綽斯甲水電站設計洪水分析與研究

張 植

（中國安能集團第三工程局有限公司,四川 成都 610000）

中國經濟發展面臨的環境污染問題和節能減排壓力,使得中國能源形勢日益嚴峻[1]。水電由于具有低碳、經濟、高效等優勢,在清潔能源發展中占有重要地位[2]。近年來,中國水電建設快速發展,為東、中部經濟發展提供能源保障的同時,也為西部大開發戰略的實施帶來有力支撐[3]。水電開發建設除了具有顯著的發電、防洪、灌溉、航運等效益外,對社會經濟發展也具有很強的推動作用[4-6]。

綽斯甲河是大渡河東西兩源中的西源,發源于青海省和四川省交界的巴顏喀拉山東南端,上源稱杜柯河,東南流至青海省班瑪縣境內的達卡鄉,接右岸支流夏曲后繼續東南流進入四川省色達縣,經色達縣的年龍、知欽后進入壤塘縣,過上杜柯后折向南流不遠后又轉向東南流,經壤塘縣城后往南,在二林場上游與右岸最大支流色曲匯合后叫綽斯甲河,到上寨轉向東流,在蒲西上游左岸納入尤日柯河,蒲西下游從右岸納入斯格日溝后,繼續東流并進入金川縣,在二嘎里鄉左納磨子溝,右納俄日河,至木爾宗鄉右納入太陽河,于可爾因匯入大金川。

綽斯甲流域群山環繞,地勢西北高東南低。綽斯甲河東與足木足河分水,北與黃河為鄰,西南部與雅壟江、鮮水河相望,南與大渡河支流革什扎河為界。域內支流發育,但左右岸支溝不對稱,較大支流均位于右岸,如夏曲、色曲、俄日河、太陽河等。綽斯甲河流域位于青藏高原東南邊緣,系典型的高山峽谷地貌,受高空西風環流和西南季風氣流影響,高原季風性氣候十分顯著。

本文參照綽斯甲河流域地理位置,通過對綽斯甲河流域的徑流特性分析和綽斯甲水電站壩址徑流計算,進行設計洪水,充分利用綽斯甲河流域的水資源,設計洪水參數以期作為試驗數據選取的參考。

1 綽斯甲河流域的徑流分析

1.1 徑流特性

流域的徑流主要由降水形成,其次為融雪、地下水等。由于域內植被良好,流域調節性能相對較好。

據綽斯甲水文站1960 年5 月～2018 年4 月徑流系列統計,多年平均流量為179 m3/s,折合成年徑流量為56.5 億m3。徑流的年內分配和降雨的年內分配基本相應,豐水期（5 月～10 月）多年平均流量為292 m3/s,占年徑流量的81.9%,枯水期（11 月～翌年4 月）多年平均流量為65.4 m3/s,占年徑流量的18.1%。綽斯甲水文站最豐水年（2012 年5 月～2013 年4 月）和最枯水年（2002 年5 月～2003 年4 月）平均流量分別為270 m3/s和99.5 m3/s,分別為多年平均值的1.51 倍和0.56 倍,徑流的年際變化不大。

1.2 綽斯甲水電站壩址徑流計算

根據殼三水文站1960 年2 月～1962 年7 月實測徑流系列,按面積比一次方推求得到綽斯甲電站～綽斯甲水文站區間同期徑流系列,再由綽斯甲水文站減去區間徑流,得到閘址1960 年2 月～1962 年7 月的徑流系列,建立閘址與綽斯甲水文站同期月徑流相關,相關關系較好,據此推求閘址徑流系列,得到綽斯甲水電站閘址1960 年～2018 年徑流系列。

根據綽斯甲水電站閘址1960 年6 月～2018 年5 月共58 年徑流系列,分別進行年（5 月～翌年4 月）、枯水期（11 月～翌年4 月）平均流量的頻率計算,用數學期望公式：計算經驗頻率,以P－Ⅲ型曲線適線確定其統計參數,由此得到閘址徑流設計成果。經與可研階段成果相比,差異不大,本次仍采用可研階段徑流成果。綽斯甲水電站閘址設計徑流成果見表1。

表1 綽斯甲水電站閘址徑流設計成果表

2 綽斯甲水電站設計洪水分析

2.1 暴雨洪水特性

綽斯甲流域屬青藏高原邊緣地區,遠離水汽源地,并受青藏高原大地形的影響,暴雨的量級不大,實測最24 小時暴雨僅為61.9 mm（1991 年9 月9 日）。

洪水主要由暴雨形成,洪水以單峰為主,洪水歷時一般7 天左右。

據綽斯甲水文站1960 年～2018 年資料統計,歷年實測年最大流量最大值為1550 m3/s（發生在1992 年6 月29 日）；最小值為410 m3/s（發生在2002 年6 月23 日）。年最大流量最早出現在6 月13 日（1971 年）,洪峰流量為846 m3/s；最晚出現在9 月29 日（1988 年）,流量為688 m3/s。年最大洪水一般發生在6 月～9 月,其中發生在6 月～7 月約占的69.5%,其中尤以7 月份發生的次數最多,占總數的47.5%。綽斯甲水文站年最大流量各月出現頻次見表2。

表2 綽斯甲水文站年最大流量各月出現頻次表

2.2 歷史洪水

為大渡河規劃設計需要,成都院于1966 年在綽斯甲河段進行了洪水調查。訪問河段以觀音巖、麥斯卡為中心,上至二崗里、下至森工局約18 km 范圍內進行,共訪問20 多位老人。由于沿河居民居住較高且離河較遠,洪水對當地居民威脅較小,洪水給當地人印象不深,訪問條件亦較差。調查到的首大洪水1904 年,洪痕點2 個,可靠性較差,二大洪水1927 年,洪痕點2 個,較可靠。此外,調查到較大洪水還有1917、1948 年,但年份述說不夠確切,未作排序。

根據《四川省洪水調查資料》,1904 年和1927 年洪峰流量分別為2850 m3/s 和1390 m3/s。由于1927 年洪水流量小于實測的1992 年（1550 m3/s）、1993 年（1420 m3/s）,量級不突出,且有上游海子爆漲水等非天然因素,設計洪水計算不予考慮。由于本地區屬少數民族地區,缺少歷史文獻資料,歷史洪水重現期難以追溯到更遠的年代,故只能從1904 年起算,1904 年洪水作為1904 年來的首大洪水,重現期為115 年。

2.3 分期設計洪水

根據綽斯甲流域的降雨洪水特性及綽斯甲水文站1960 年～2018 年的年、月最大流量散布圖,全年可分為1 月、2 月、3 月、4 月、5 月、6 月～9 月、10 月、11 月、12 月共9 個時段。在各時段內采用年獨立最大取樣,分別組成各分期連序系列,進行頻率計算,汛期6 月～9 月采用年最大洪峰流量頻率計算成果。

綽斯甲水電站閘址分期設計洪水由綽斯甲水文站各分期設計洪水按面積比的不同次方推求。其中,1 月、2 月、3 月和11 月、12 月采用面積比一次方,4 月、5 月、10 月采用面積比0.8 次方。汛期（6 月～9 月）采用閘址設計洪水成果。由于5 月末6 月初洪水量級較大,故將汛期設計成果提前5 天使用,其余各分期成果按分期使用。

綽斯甲水電站閘址分期設計洪水成果見表3。

表3 綽斯甲水電站閘址分期設計洪水成果表

2.4 設計洪水計算

根據綽斯甲水文站1960 年～2018 年年最大洪水系列,加入調查的1904 年歷史洪水（歷史洪水重現期難以追溯到更遠的年代,故只能從1904 年起算,1904 年洪水作為1904 年來的首大洪水,重現期為115 年）,組成不連序系列進行頻率計算。經驗頻率按期望公式計算,用P-Ⅲ型理論頻率曲線適線確定統計參數。

根據大渡河上游流域各支流水文站洪水頻率計算成果,繪制區域洪峰流量地區綜合關系,可以看出,地區綜合面積比指數與通常采用的2/3 基本接近,故本次電站設計洪水計算時,采用面積比的2/3 次方,將綽斯甲水文站頻率計算成果推算到綽斯甲電站閘址,成果見表4。

表4 綽斯甲水電站閘址設計洪水成果表

3 結語

通過對綽斯甲河流域的徑流特性分析,綽斯甲水文站最豐水年和最枯水年平均流量分別為270 m3/s 和99.5 m3/s,分別為多年平均值的1.51 倍和0.56 倍,徑流的年際變化不大。經綽斯甲水電站壩址徑流計算,與可研階段成果相比,差異不大,仍可采用可研階段徑流成果。依據大渡河上游流域各支流水文站洪水頻率數據,得到區域洪峰流量地區綜合關系,得出該地區綜合面積比指數與通常采用的2/3 基本接近,因此,綽斯甲水電站設計洪水計算,采用面積比的2/3 次方為宜。