上游水利水電工程對旱澇預測影響的分析

孫麗娟 李方成 王文彬

（四川省涼山水文水資源勘測局）

0 前言

水文工作通過對水位、流量、降水量、泥沙、蒸發、地下水位及水質、墑情等水文要素的監測和分析，對水資源的量、質及其時空變化規律的研究，以及對洪水和旱情的監測與預報，為國民經濟建設、防汛抗旱、水資源的配置、利用和保護提供基本信息和科學數據。在水利水電工程建設、運行中，水文工作是“前哨”。無論是長江三峽電站、還是每個小水庫、小電站，都需要水文部門及時提供基礎數據和預測預報信息。

1 水利水電工程的意義及對水文的影響

1.1 水利水電工程的意義

水利水電工程在國民生產中起著十分重要的作用，是國家基礎建設的重要組成部分，主要作用有防洪減災，灌溉，供電，生產生活用水，航運等。對中國的經濟發展有著重大的影響。近幾十年來，中國的水利水電工程取得了豐碩的成果。

1.1.1 防洪減災

上游筑壩攔水可以削減洪峰流量，降低洪水對下游的影響。修建防洪工程可以防止潮沙和河水對河岸的沖刷，保持水土，保障人民生命財產安全等。

1.1.2 灌溉

中國水資源時空分布不均衡，南方多而北方少，冬春少雨、夏秋多雨，通過水利工程合理、有效地調節水資源，滿足作物對水分要求，提高了土地的生產能力，以獲得穩產高產的農業，促進經濟發展。

1.1.3 供電水力發電是可持續發展的清潔能源，減少燃油、燃煤的使用對環境的污染，帶動經濟的快速增長。

1.1.4 生產生活用水

解決當地用水及跨流域用水，合理分配水資源。如：南水北調工程解決了北方缺水問題，也增加水資源承載能力，提高資源的配置效率。

1.1.5 航運

大壩蓄水后，使上游河道變寬變深，改善上游航運條件，減少了季節對航運的影響。

1.2 水利水電工程對水文的影響

水利水電工程對水文產生了一定影響，主要表現在水庫為供水、灌溉、發電等攔蓄河道來水，打破了水文站監測的水位、流量、泥沙等水文資料的一致性及水資源地區分布年內分配等。水利水電工程會對水文測驗以及水文預報精度造成不同程度的影響。

2 水利水電工程對尼日河旱澇預測的影響

2.1 概述

2.1.1 流域概況

四川省涼山彝族自治州境內尼日河發源于喜德縣東之力比少哈山（山峰海拔3 419 m），流域介于東經102h20′～103h00′，北緯28h14′～29h12′之間。自越西縣從甘洛縣西南入境，斜切甘洛縣全境，于黑馬鄉東部尼日附近匯入大渡河。尼日河是大渡河中游下段右岸一級支流，干流全長136 km，流域面積4 084 km2。尼日河上游由兩大支流組成，左支流為越西河，右支流為普雄河。越西河集水面積為813 km2，普雄河集水面積為876 km2。向下游，左岸的大支流有白沙河、田壩河；右岸的大支流有斯覺河、甘洛河。其中田壩河的集水面積為364 km2，甘洛河的集水面積為926 km2。

尼日河流域屬中亞熱帶氣候，垂直變化明顯，光照充足，夏秋多雨，降雨集中。尼日河屬山區性河流，一次洪水過程歷時短，變幅大，水位平均變幅在1～4 m，洪水歷時1-5 d。洪水期主要在6-10月，徑流年內變化大，年際變化較小。

2.1.2 巖潤水文站概況

巖潤水文站位于四川省甘洛縣巖潤鄉卻木里果村，東經102h47′，北緯28h59′，集水面積3 302 km2，距河口距離31.00 km，為尼日河控制站，于1959 年1 月設立，河段順直長250 m，右岸陡坡，左岸為緩坡。基本水尺斷面下游230 m是急灘，再下游是彎道。巖潤水文站5-10月降水量占全年85.90%；多年平均年徑流深938 mm，1-5 月徑流深僅占全年15.80%，6-10 月徑流深占全年75.20%，11 月至翌年4 月蒸發量占全年46.80%，11月至翌年4月蒸發量是同期降水量的3.85倍。

2.1.3 國合電站概況

2010年12月巖潤水文站上游300 m處建成一座五孔閘壩的引水式電站國合電站，電站尾水排入巖潤水文站下游。國合水電站水庫正常蓄水位1 010.00 m，校核洪水位1 010.32 m，總庫容51 萬m3，無調節，電站裝機兩臺共20. 8 ，保證出力5.79. 8 ，多年平均年發電量1.21 億kW·h，裝機利用小時數為6 028 h，該電站提供的電能促進了甘洛縣的經濟發展、民族地區的團結穩定，并為四川主網負荷提供補充電源。

2.2 尼日河流域旱澇特征分析

用河道來水（徑流深）距平百分率劃分尼日河流域旱澇等級，具體數據略。

尼日河流域1959-2018年間豐枯序列大致可劃分為4個以豐為主的階段和5 個以枯為主的階段。1960-1963 年共4 a 為枯水期，1964-1968年共5 a為豐水期，1969-1973年共5 a為枯水期，1974-1980年共7 a為豐水期，1981年-1982年共2 a為枯水期，1983-1990年共8 a為豐水期，1991-1998年共8 a為枯水期，1999-2005 年共7 a 為豐水期，2006-2008 年共3 a 為枯水期。2009 年及其以后國合電站建設及其運行引水，使巖潤水文站監測的流量偏小，故不能以實測資料判斷豐枯。

尼日河流域枯水期沒有偏豐年，豐水期也沒有偏枯年。60年間有幾次旱澇急轉。1963 年、1964 年偏枯年急轉偏豐年；1968 年、1969 年豐水年急轉偏枯年；1980 年、1981 年偏豐年急轉偏枯年；1982年、1983年偏枯年急轉偏豐年。

1959-1980 年豐水期和枯水期的轉換周期大約為5 a，1981-1982 年為過渡年，1983-2005 年豐水期和枯水期的轉換周期大約為7 a。1959-2018年間＞5 a一遇的洪水有12次，其中1959-2008 年50 a 間出現8 次，2009-2018 年10 a 間出現4次。1959-2008年50 a間，豐水年6 a，偏豐年10 a；偏枯年7 a，枯水年2 a，正常年25 a。1968 年豐水年中僅出現洪峰流量為993 m3/s（2 a 一遇）的洪水，1990 年豐水年中出現洪峰流量為1 670 m3/s（15 a 一遇）的洪水，1959 年豐水年中出現洪峰流量為1 810 m3/s（25a一遇）的洪水，1983年偏豐年中出現洪峰流量為1 550 m3/s（10 a 一遇）的洪水，1989 年偏豐年中出現洪峰流量為1 420 m3/s（7 a一遇）的洪水，1960年正常年中出現洪峰流量為1 470 m3/s（8 a一遇）的洪水，1987年正常年中出現洪峰流量為1 860 m3/s（33 a 一遇）的洪水，1992 年正常年中出現洪峰流量為1 510 m3/s（9 a一遇）的洪水，1996年正常年中出現洪峰流量為1 480 m3/s（8 a一遇）的洪水，2015年正常年中出現洪峰流量為1 520 m3/s（10 a 一遇）的洪水，2009 年出現洪峰流量為1 495 m3/s（9 a 一遇）的洪水，2010 年出現洪峰流量為1 340 m3/s（6 a 一遇）的洪水，2011 年出現洪峰流量為2 070 m3/s（75 a 一遇）的特大洪水。

2.3 尼日河巖潤水文站旱澇預測

現引用巖潤水文站1959-2018 年60 a 年徑流深實測數據對尼日河流域旱澇進行預測研究。采用梯度排列系列數據預測法進行回歸計算，可得到自回歸預報模型。此方案中許可誤差按《水文情報預報規范》規定執行。即：許可誤差為多年同期實測變幅的20%：（1232-721） 20%=102 mm。此預報方案編制率定期為1973-2008年共36 a，檢驗期為2009-2018年共10 a。各預測值見表1。

表1 尼日河流域巖潤水文站徑流深預測統計表

表2 尼日河流域巖潤水文站徑流深預測調整表

表2顯示1973-2008年36年率定期中，相對誤差＞20%的有2 a，率定期合格率94.40%；2009-2018 年10 a 檢驗期中，相對誤差＞20%的有7 a，檢驗期合格率30.00%。絕對誤差大于許可誤差的年份中，在率定期有7 a，合格率80.60%，在檢驗期有9a，合格率10.00%。

從預測值看，在率定期相對誤差大于20%的2 a，誤差在22.20%～24.20%；在率定期絕對誤差不合格的7 a中，絕對誤差的絕對值大于許可誤差值在11～38 mm之間的有5 a。

上述結論表明在天然情況下本預報方案可靠度高。

檢驗期，顯然受國合電站引水影響。通過對檢驗期預測值觀察，預測值明顯系統性偏大。于是通過多次調整計算，把預測值乘0.81，結果見表2。從表2中可以統計出，調整后在檢驗期相對誤差大于20%的有3 a，合格率70.00%；而絕對誤差的絕對值大于許可誤差的有4 a，合格率60.00%。調整后預報模型精度達到丙等，按《水文情報預報規范》規定本預報方案預測值只能作為內部參考。

3 結語

通過對尼日河流域水文資料分析可知，尼日河流域多年平均7月徑流為全年最大，8月第二，9月第三，10月第四。

通過對尼日河流域旱澇特征分析，得知該區域大致有5-7a 的連續豐、枯水期。尼日河流域洪水等級也與旱澇等級不一致。豐水年份不一定發生大洪水，而枯水年有可能發生大洪水。

2010 年12 月巖潤水文站上游300 m 處，建成一座五孔閘壩的引水式電站國合電站，由于國合電站工程的建設和運行，使巖潤水文站實測徑流、洪水的一致性受到影響。檢驗期實測徑流系列，顯然受國合電站引水影響。采用水文資料一致性受影響的長系列資料，用梯度排列法預測，通過對檢驗期預測值觀察，預測值明顯系統性偏大。通過把預測值乘0.81，結果調整后預報模型精度只能達到丙等，按《水文情報預報規范》規定本預報方案預測值只能作為內部參考。

通過對受國合電站建設和運行影響的2009-2018 年的資料向前還原，即把2009-2018年巖潤水文站的實測徑流資料加上國合電站相應的年引水量、庫區增加的年蒸發量、滲漏量；或把1973-2008 年巖潤水文站的實測徑流資料，向后修正，即把1973-2008 年巖潤水文站的實測徑流資料扣除國合電站的年引水量、庫區增加的年蒸發量、滲漏量。通過向前還原或向后修正巖潤水文站的實測徑流資料后，使巖潤水文站1973-2018年的水文資料具有一致性，再用本預報模型預報巖潤水文站的年徑流深，精度滿足《水文情報預報規范》的要求。

通過以上分析計算可知，受水利水電工程影響的河段，必須要對實測水文資料進行向前還原或向后修正，才能基本消除水利水電工程對水文資料系列一致性的影響。具有較好一致性的水文資料系列，才能用于對旱澇預測及其它水利水電工程水文水利計算。