兩江水電站流域暴雨洪水特性分析及信息化應對措施

劉建軍，鄭錫恩，李義蘭

(1.國網吉林省新能源集團有限公司 兩江水電分公司，吉林 安圖 133600； 2.吉林省安圖縣氣象局，吉林 安圖 133600)

0 引 言

兩江水電站位于吉林省延邊朝鮮族自治州安圖縣兩江鎮境內，壩址位于二道松花江與富爾河匯合口以上18 km處，控制流域面積2 970 km2，多年平均徑流量12.08×108m3，水庫總庫容2.105×108m3，屬大(II)型不完全年調節水庫。電站裝有3臺20 MW水輪發電機組，設計年平均發電量1.93×108kW·h。電站樞紐以發電為主，兼顧灌溉、養殖和旅游等綜合利用，主要由混泥土面板堆石壩、右岸泄洪隧洞、左岸岸邊開敞式溢洪道、發電引水隧洞及廠房、升壓變電站等組成。大壩、溢洪道和泄洪洞為二級建筑物，設計洪水標準為100年一遇洪水，校核洪水標準為2 000年一遇洪水，正常蓄水位545.00 m，相應庫容1.730×108m3；死水位526.60 m，相應庫容0.447×108m3；校核水位547.35 m，相應庫容2.105×108m3。

1 地理位置

兩江水電站位于長白山山脈北側，距二道松花江源頭長白山天池62 km。該流域呈扇型分布，水量豐富，由二道白河、三道白河、四道白河、五道白河匯入庫區，河流湍急，季節變化大，春季較緩，夏季較猛。兩江水電站上游流域分布十幾座小型水電站，多為引水式電站，其中301電站和302電站為日調節水庫，庫容分別為1 081×104和0.356×104m3。兩江水電站下游附近主要有兩江鎮內的西江村、漢陽屯、大興川3個村莊，下河道兩岸人煙稀少進入白山水電廠庫區。兩江水電站流域水系處于長白山脈深山狹谷區，山巒重疊，森林植被茂密，呈樹枝狀分布，河谷下切較深，均為V型河谷，到松江鎮附近河谷逐漸變寬。解放前，流域為原始森林，只有少數村屯，人煙稀少，開發較晚，歷史水文站設在漢陽屯。20世紀70年代，隨著農業開荒，流域內松江、三道區域森林植被遭到破壞。近幾年，隨著國家生態文明建設“綠水青山就是金山銀山”理念不斷加強，流域自然生態得以恢復，水系生態維持良好。見圖1。

圖1 兩江水電站流域圖

長白山天池海拔高程2 189 m，總蓄水量20×108m3，兩江水電站壩頂高程547.40 m，地勢由南向北方向傾斜。壩址以上河長141 km，河道平均比降4.1‰。由于河槽下切較深，河網比較發達，河道比降和坡面比降都較大，致使江河洪水匯集較快，洪水較為集中。見表1。

2 水文氣象概況

本流域屬大陸性季風氣候區，受西伯利亞冷高壓和太平洋季風影響，春季風大而干燥，夏季濕潤多雨，秋季涼爽多霧，冬季漫長而寒冷，一年中寒暑溫差懸殊，春秋兩季短促。多年平均降水量為682 mm，降雨主要集中在6-9月份，占全年的70%。多年平均氣溫2.2℃。河流封凍期長達半年之久。降水量的年內分配因受季風影響，分布極不均勻，流域內降水量由南向北遞減，并隨海拔降低具有明顯減小的特點，如松江氣象站的多年平均降水量為680 mm，長白山主峰天池氣象站為1 300 mm，兩站雨量相差近一倍。降水量年際變化亦較大，年最大降水量為1974年858 mm，最小年降水量為1978年461 mm。見表2。

表1 兩江水電站流域各斷面特征值表

表2 兩江水電站流域多年降雨量、來水量統計表

3 暴雨洪水特性

二道松花江流域一年兩汛，即春汛和夏汛，易產生洪災的是夏汛。流域洪水主要由7-9月份的暴雨形成，以8月份出現的頻次最多，洪水量級最大。造成兩江水電站流域暴雨的天氣系統主要為北上臺風、切變、冷渦和氣旋。盛夏季節，由于太平洋副熱帶高壓不斷北伸，配合高空槽，引導南來的氣旋臺風系統北上，在本地區發生大范圍較高強度的降雨，尤其以臺風造成的暴雨較為強烈。兩江水電站流域雖然位于長白山山脈的北坡，但由于南來的臺風是深厚的暖濕系統，盡管有2 000 m左右的長白山山脈阻擋，仍能對流域形成暴雨。另外，因受地形地勢的影響，不同高度降水量的差異很大，雨量隨高程的增加而加大。除臺風暴雨外，只要副熱帶高壓位置適當，氣旋或切變可造成流域的暴雨。暴雨最早發生在5月份，最遲發生在9月份，降水量集中且強度大的暴雨多發生在7-8月份，以8月份出現的次數最多。流域單次降雨過程一般3天左右，主要在集中在30～48 h內。歷史記錄60多年來的大暴雨有5次，即1943、1960、1965、1982和2013年。這5次暴雨都是臺風暴雨，均發生在8月份。

流域河道比降和坡面比降較大，河槽下切深，致使江河洪水匯集較快，洪水集中，洪水過程有陡漲陡落的特點。一次洪水歷時一般約為7天，洪峰上漲歷時一般約1～2天，洪峰持續時間1～4 h。一天洪量約占三天洪量的40%～60%，三天洪量約占七天洪量的60%～80%，洪水過程線多為單峰型。1999年投產發電運行以來，流域先后發生了2次大洪水，2010年的洪水重現期為20年，2013年的洪水重現期超過100年。2013年8月14-17日，流域平均降雨178 mm，歷時96 h，是兩江水電站遭遇有記錄以來的最大洪水，洪峰流量2 456 m3/s(3 h)，三日洪量26 359×104m3，與設計采用的200年一遇洪水量級相當。見圖2。

圖2 兩江水電站“8.16”洪水過程線

4 洪水發生時間及頻次分布規律分析

通過松江水文站和漢陽屯水文站實測洪水系列分析。松江站發生在6月份的洪水次數為10次，占總數的18%；發生在7月份的洪水次數為19次，占總數的34%；發生在8月份的洪水次數為22次，占總數的39%；發生在9月份的洪水次數為5次，占總數的9%。漢陽屯站發生在6月份的洪水次數為7次，占總數的12%；發生在7月份的洪水次數為28次，占總數的47%；發生在8月份的洪水次數為20次，占總數的33%；發生在9月份的洪水次數為5次，占總數的8%；7、8兩月之和占總數的80%。根據統計數據說明，兩江水電站流域洪水主要發生在每年的7、8兩月，9月份洪水明顯偏少，僅占總數的10%以下。見表3。

表3 各站汛期實測洪水發生頻次統計表

5 洪水量級分布統計規律分析

從漢陽屯站各月最大流量散布圖(圖3)可見，年最大流量主要分布在7月20日至8月31日之間，漢陽屯站峰流量超過2 000 m3/s年份為7年，7月15日以前和9月1日以后的洪水量級明顯減小。從洪水散布圖的量級分布規律充分反映出本流域洪水的分布規律，大洪水基本發生在7月中旬至8月末。見圖3。

圖3 漢陽屯站月份最大流量散布圖

6 近年典型洪水

兩江水電站近10年來發生典型洪水共9場次，主要集中在7、8月份。其中4場次受臺風影響，2013年“8.16”洪水量級最大，洪水具有明顯的季節性變化規律。見表4。

表4 兩江水電站2010-2019年歷次暴雨洪水成因統計表

7 信息化應對措施

兩江水電站歷經“7.28”和“8.16”兩次大洪水，總結經驗，融入水電防洪應急體系建設先進理念，不斷加強防洪應急網絡信息化建設，將調度指揮通信、水庫調度自動化系統、洪水預報、遠程監控、可視工業電視監視系統、防洪預警廣播系統、防汛信息自動報送系統、氣象信息預警和省防汛決策系統多信息融合，做到實時監測、早期預警、經濟調度、決策指揮、應急處置等集成化。

7.1 流域實時監測

兩江水電站2000年建成水情自動測報系統，系統由一個中心站、一個中繼站和8個遙測站組成，通訊方式為超短波電臺，目前轉為備用系統。隨著水情測報技術的發展，結合流域特點，2014年5月新建一套水庫調度綜合自動化系統，系統由一個中心站、6個遙測雨量站(三道、紅石、東方紅林場、白頭山口、奶頭山、二道白河)、3個遙測水位雨量站(松江、壩上、301電站壩下)、2個遙測水位站(尾水、量水堰)和1個氣象站(大壩)組成，通訊方式以移動短信為主、北斗衛星為輔。水調自動化系統對流域雨情、水情實時監測和采集。監測內容包括各站時段降雨量、降雨歷時、日降雨量、流域面平均降雨量，水庫上下游水位和主要支流水位變化監測等。見表5。

表5 兩江水電站流域遙測站點特性表

7.2 洪水預測

水庫調度自動化系統配有新安江洪水預報模型和降雨徑流預報模型，可實時開展短期和實時洪水預報。汛期水文預報以短期洪水預報為主，指導水庫運行，為水庫防洪調度、經濟運行和應急指揮決策服務。降雨徑流預報模型和新安江洪水預報模型入庫流量預報值預見期為6 h，產流預報合格率為82%，洪峰流量預報合格率為80%，峰現時間預報合格率為80%，預報等級為乙級，滿足預報發布要求。

7.3 氣象服務支持

兩江水電站與安圖縣氣象局簽訂氣象服務協議，氣象部門通過電話、QQ、微信、電子郵件、短信等方式，準確提供月、旬、周、日和特殊天氣預報信息，兩江水電站及時掌握本流域水情、雨情和未來氣象趨勢變化等氣象信息。根據氣象預報做出水庫調度調整，制定度汛方案和應對措施，合理安排機組運行方式，降低水庫運行水位，預留相應防洪調節庫容，在保障水庫大壩和下游人民群眾生命財產安全前提下，將洪水資源利用最大化。

7.4 網絡信息共享

主汛期通過互聯網定期查詢中央氣象部門發布的臺風和強降雨預報信息，提前掌握臺風移動路徑及降雨預報強度，結合地方氣象臺預報和預警，利用水庫調度綜合自動化系統洪水預報成果，會商判研流域洪水量級，做好防洪度汛準備工作，必要時啟動應急預案，為防洪度汛、應急搶險和指揮決策提供依據。

7.5 調度聯網

兩江水電站與吉林省人民政府防汛抗旱指揮部決策系統聯網，實現水情、雨情、山洪災害、預警等信息共享，接受吉林省人民政府防汛抗旱指揮部的調度指揮。同時利用省防決策系統雨水情監測信息與兩江水電站流域監測信息做對比驗證，進一步提高流域監測信息準確性，為洪水預報和洪水調度的科學性提供可靠支撐。

7.6 遠程可視化

生產現場安裝工業電視系統，采用數字網絡

分布式監控，做到大壩、發電廠房、升壓站生產現場設施設備視頻監視全覆蓋，實現遠程調控全方位監控，實時掌握現場生產運行狀態，遇有突發事件可以高效進行組織處置，實現應急快速反應。

7.7 依托信息化開展分期洪水調度

為了確保水庫大壩防洪度汛安全，通過分析本流域暴雨洪水特性，2018年5月經吉林省人民政府防汛抗旱指揮部批準兩江水電站汛期實行分期汛限運行方式。汛期劃分為前汛期、主汛期和后汛期，其中前汛期為6月1日至6月30日，主汛期為7月15日至8月20日，后汛期為9月1日至9月30日；前汛期與主汛期之間過渡段為7月1日至7月14日，主汛期與后汛期之間過渡段為8月21日至8月31日。主汛期起調水位為540.80 m，前汛期和后汛期起調水位為545.00 m。

8 結 語

深入貫徹學習習近平總書記關于加強應急管理體系和能力建設重要講話精神，結合企業自身生產特點不斷創新發展理念，加快防災減災應急管理體系和能力建設，依托網絡化、信息化、大數據為防洪度汛安全和經濟運行服務，加強汛情監測，積極做好大暴雨洪水有效應對準備，健全預警機制，確保水庫大壩運行安全和上下游人民群眾生命財產安全。