基于电站工程的径流系列及其代表性分析

2012-10-24高志国

黑龙江水利科技 2012年1期

关键词：牡丹江代表性水文站

胡湘，周龙，高志国

( 牡丹江市水务科学研究院，黑龙江牡丹江157000)

0 引言

水文计算是进行水利计算、论证设计方案经济合理性的基础，是确定水工建筑物规模尺寸的依据，是一项重要的前期工作。

水文过程是一种复杂的过程，由于自然变迁及人类活动等的影响，改变了河段天然径流的情况，径流系列发生变化，进行水文计算时就需要首先对变化后的径流系列进行系列代表性分析。

本文以三间房水电站为例，浅谈一下电站工程的径流系列及其代表性分析。

1 工程概述

牡丹江市三间房水电站在牡丹江干流上，位于牡丹江市西安区温春镇老黑山村下游1.4 km处，上游距镜泊湖发电厂100 km，距石头发电厂约50 km，距石头水文站46.7 km，距温春镇12 km，下游距牡丹江市区14 km。流域面积16 664 km2，占全流域面积的44.3%。

牡丹江为松花江第二大支流，发源于长白山牡丹岭，经吉林省敦化市境内流入宁安市镜泊湖，河流大致近南北向，全长725 km，平均坡降1.39‰，总落差为1 007 m，流域面积37 600 km2。

牡丹江为山区性河流，流域内植被覆盖率高，水量充沛，水能资源极为丰富。

流域地形的基本特点是坡降陡的山地丘陵，故暴雨过后集流很快，形成洪水过程陡涨陡落。

2 水文测站概况

牡丹江流域水文气象观测较早。牡丹江站1907年开始观测雨量，之后依兰、敦化分别于1916、1929年开始观测雨量，到1945年停止观测。自1950年又陆续恢复和增加新的雨量站，到目前为止共有雨量站89 处。水位最早于1934年在敦化、宁安开始观测，至1945年全流域先后设立水位站共18 处。流量测验早在1935—1945年间，曾在四季通、牡丹江市、二道沟、泥什哈等处进行过。1945年6月—1948年期间，除镜泊湖有些水文纪录外，全流域水文观测中断。解放后逐步恢复了以往的水文测站，同时在干、支流上增设一些水文站及水位站，至今全流域有水文站19 处，水位站22 处。

三间房水电站建在牡丹江干流上，邻近有两处水文站，即石头水文站和牡丹江水文站。

2.1 石头水文站

该站位于牡丹江中游宁安市石岩镇，流域面积为13 771 km2，建站始于1955年7月1日，同时开始水位流量的观测，测验河段基本断面的上、下游500 m内，断面变化很小，冲淤甚微，断面呈U 型，河床为砂卵石，无杂草灌木。建站后遭遇过1956年、1957年和1960年大洪水，1956年、1957年有高水位资料，1960年测流设备被冲毁，高水位相应流量是采用比降法推算的。

东勘院在1964年、1991年两次复查，都提出用1957年H～Q 修正1956年、1960年H ～Q 成果。设计采用东勘院修正后成果，即1960年洪峰流量为2 700 m3/s。经多次审查，资料可靠，测验精度较高，其测验资料均由省水文局统一整编。

2.2 牡丹江水文站

该站位于牡丹江市城区，1934年2月8日成立，1945年抗战胜利后停测，1949年9月由松江省人民政府农业厅水利局在海浪大桥设水位站，1954年改为水文站，观测项目有水位、流量、输沙率、水温、冰凌。当时流量测验断面在海浪大桥下游300 处，1961年1月1日流量测验断面上迁800 m，大连高程系统，此处集雨面积为22 194 km2。测验河段附近河道顺直，基本水尺和水准点没有变动，流量测验均为流速仪测流，断面垂线、测点布置和仪器检测均按水文测验规范进行。H ～Q 曲线比较稳定，基本成一狭窄的条带，离差很小，各年水位历时曲线衔接。经多次复查，资料可靠，测验精度较高，其测验资料均由黑龙江省水文局统一整编。

3 径流系列及其代表性分析

3.1 水文资料复核

牡丹江水文站及石头水文站水文资料复查分别由东勘院、松辽委、省院和牡丹江市院等单位进行过多次，资料可靠，测验精度较高。

3.2 分析计算

石头水文站上游53.3 km处为镜泊湖发电厂。镜泊湖老电厂自1939年开始兴建，于1942年建成，电站装机容量36 000 kW。镜泊湖新电厂自1979年并网发电，电站装机容量60 000 kW。由于新、旧电厂的建成，改变了本河段天然径流的情况，因此需要分别对短系列1958—1978年、1979—2005年进行系列代表性分析。

利用石头站为参证站，借用牡丹江站1908—2005年长系列年降水资料，用差积曲线法进行系列代表性分析。

首先分析石头站与牡丹江站短系列同期年降水和年径流差积曲线的一致性，进而分析牡丹江站短系列对长系列降水的代表性。牡丹江站及石头站差积曲线成果详见表1、表2及图1 ～图4。

表1 牡丹江站年降水长、短系列比较表

表2 1979—2005 石头站年降水量差积曲线计算

图1 系列代表性分析图

图2 系列代表性分析图

从差积曲线图1、2 中可以看出，1958—1978年石头站同期年降水和年径流差积曲线的变化基本相对应，和牡丹江站的同期年降水变化也基本上是一致的，因此可以通过年降水系列代表性分析年径流系列的代表性。从牡丹江站长系列降水差积曲线来看，1958—1965年是丰水年，1965—1974年是平水年，1974—1978年为枯水年。由于新电厂的建成，改变了径流情势，虽然该系列有一个较完整的丰、平、枯水周期，但对于三间房水电站建成后的径流不具有代表性，故设计中不采用1958—1978年系列。

图3 系列代表性分析图

图4 系列代表性分析图

从差积曲线图3、4 可以看出，1979—2005年的石头站同期年降水和年径流差积曲线的变化基本相对应，和牡丹江站的同期年降水变化也是一致的，因此可以通过年降水系列代表性分析年径流系列的代表性。从牡丹江站长系列降水差积曲线来看，1979—1994年是丰水年，1994—1999年为枯水年，1999—2005年为平水年。1979—2005年系列是一个完整的丰、平、枯水周期，系列代表性较好，并且从1979年至今镜泊湖电厂到石头站，通过分析气候因素、地理因素、人类活动影响，发现径流还是比较稳定的，系列的一致性较好。三间房电站建成运行后的径流情势与1979—2005年相似，故设计中采用1979—2005年系列做为计算系列。