丰满水电站对径流影响评价研究

贾 凤

(河北工程大学，河北 邯郸 056000)

1 研究背景

丰满电站是我国最早建成的大型水电站，位于吉林省吉林市丰满区南源松花江中上游河段。丰满水电站作为我国最早建成的大型流域控制性水电工程，具有不可替代的区域重要性及流域重要性[1-2]。由于开发年代较早，且建设处于特殊历史时期，松花江流域相关环境保护工作开展相对较少，丰满水电站及上游的白山、红石水电站建设之初也未进行环境影响评价[3]。随着我国环境保护事业的迅速发展，对水电项目的环境影响关注不断提高，为了合理、科学地分析丰满水电站主要的环境、径流影响及有关机制，针对工程制定有效的环境保护与减缓措施，本文对丰满水电站径流影响进行评价研究，系统客观地总结分析电站建设、运行以来对丰满水电站及其所属的水环境系统产生的综合效益和主要环境影响。

2 研究区域概况

丰满水电站于1937年开始建设，至1953年大坝才全面建成。建成后，松花江其他梯级电站也相继建成运行，对松花江径流产生较大的影响。尤其是丰满水电站及其上游的白山水电站，由于水库库容较大(调节库容分别为56.71×108、29.5×108m3)，具有多年调节能力，它们的建成，对天然径流产生了较强的调节作用，改变了下游水库、河流水量的分配状况，使径流分配更加均匀[4-5]。本次径流分析主要是按各梯级建设时序对白山、红石、丰满电站径流分段进行还原。

3 径流影响还原评价

3.1 梯级径流还原时段划分

本次按各梯级建设时序对白山、红石、丰满电站径流进行分段还原，时段划分如下：

1933年1月～1943年3月，为天然径流；

1943年4月～1982年，丰满单库运行，仅对丰满水库单库进行入库流量还原计算；

1983～1985年，白山、丰满两库联合运行，根据两个水库的出入库流量资料进行丰满入库流量还原计算；

1986～2008年，白山、红石、丰满三库联合运行，其中红石水库为日调节，对丰满入库流量调节作用不大，本时段根据白山、丰满两个水库的出入库流量资料进行丰满入库流量还原计算[6]。

最后，将还原后天然状态的径流与受水库调蓄影响后的径流进行对比分析。

3.2 梯级电站运行后径流量变化

3.2.1 全系列水文过程变化比较

根据1933～2008年丰满水库上游水文过程进行还原计算，对丰满水库天然状态下的径流和丰满水库(包括上游梯级)运行影响后的径流成果进行比较，年内分配变化情况、汛枯期变化情况见表1、表2。

表1 丰满水库运行后对天然径流年内分配影响比较表

注：丰满运行后，出库流量已扣除库区取用水及水库损耗水量。

表2 丰满水库运行后对径流汛枯期变化影响比较表

注：丰满运行后，出库流量已扣除库区取用水及水库损耗水量。

表1、表2中，径流量变化值负值表示联合运行流量值小于天然状态流量值；正值表示联合运行流量值大于天然状态流量值。

从多年平均径流年内分配与天然情况比较的变化可以看出(图1)：

1) 汛期4～9月份，运行径流量小于天然径流量；枯期10月份～翌年3月份运行径流量大于天然径流量。

2) 汛期4～9月份，联合运行径流量比天然径流量减少34.7×108m3；枯期10月份～翌年3月份，典型丰水年联合运行径流量比天然径流量增加22.4×108m3，变化率为19.4%。

图1 丰满水库运行后对天然状态下年径流过程的影响对比图

3.2.2 不同时期变化比较

根据白山、红石丰满电站建设时序，将各时段丰满坝址还原之后的天然径流与丰满电站出库流量进行对比如下。

根据丰满水库1943～1982年间单独运行期间的径流还原变化比较可以看出(图2)，在近40年的运行过程中，丰满水库对天然径流过程的调节作用表现明显。枯期(10～3月份)流量平均增加163 m3，汛期(4～9月份)流量平均减少219 m3。其中，最枯期月流量增幅为224 m3/s；汛期最大洪水消减幅度391 m3/s。

图2 丰满水库单库运行(1943～1982年)径流变化图

根据白山水库建成后，丰满、白山水库1983～1985年间联合运行期间的径流还原变化比较可以看出(图3)，梯级水库对天然径流过程的调节作用进一步增强。枯期(10～3月份)流量平均增加144 m3/s，汛期(4～9月份)流量平均减少315 m3/s。其中，最枯期月增加流量增幅为217 m3/s；汛期最大洪水消减幅度455 m3/s。可见，白山水库投入运行以后，其调蓄性能即已显现，汛期丰满水库的下泄流量进一步减少。

图3 丰满、白山水库联合运行(1983～1985年)径流变化图

1986年红石水库建成，由于其仅具备日调节性能，其对径流分配的影响不大。在丰满、白山、红石水库1986～2008年间联合运行过程中，主要得益于白山水库的运行不断趋于稳定，梯级水库运行对天然径流过程的调节作用最大程度显现。从径流还原变化比较可以看出(图4)，枯期(10～3月份)流量平均增加174 m3/s，汛期(4～9月份)流量平均减少295 m3/s。其中，最枯期月增加流量增幅为225 m3/s；汛期最大洪水消减幅度595 m3/s。可见，白山水库运行以后，与丰满水库形成的联合调蓄性能已非常明显，汛期对丰满水库出库流量的削弱作用显著。

图4 丰满、白山、红石水库联合运行(1986～2008年)径流变化图

4 典型年选择及流量变化情况

考虑丰满、白山水库建成前后对丰满水库及下游影响，以丰满电站第一台机组发电到一期工程完工(1943～1952年)、白山电站第一台机组发电(1983年)来对丰满径流系列进行时段划分，分段选取典型年。

径流典型年的选择是采用水量选年法，兼顾枯期水量，并考虑丰满水库长系列年、枯期多年平均流量与代表年、枯期平均流量接近的原则选定。选定的典型年如下：

4.1 1943～1952年

丰水年(10%)：1944年；平水年(50%)：1943年；枯水年(90%)：1950年。丰水年、平水年和枯水年流量变化见表3。

表3 丰满水库受梯级运行影响和天然状态典型年流量变化对照表

4.2 1953～1982年

丰水年(10%)：1953年；平水年(50%)：1962年；枯水年(90%)：1970年。丰水年、平水年和枯水年流量变化见表4。

表4 丰满水库受梯级运行影响和天然状态典型年流量变化对照表

4.3 1983～2008年

丰水年(10%)：2005年；平水年(50%)：2002年；枯水年(90%)：2000年。丰水年、平水年和枯水年流量变化见表5。

表5 丰满水库受梯级运行影响和天然状态典型年流量变化对照表

由各典型年的月平均径流量变化可看出:

1) 丰满电站正式运行(1953年以后)，运行径流量与天然径流量比较，各典型年均有4～9月份运行径流量小于天然径流量、10月份～翌年3月份运行径流量大于天然径流量的特点。其中，1962年6月、1970年6月运行径流量大于天然径流量，是由于上游来水量较小，为满足下游用水需求，电站放水致使运行径流量大于天然径流量。

2) 从1953年以前典型年年均径流量的变化可知，典型丰水年梯级运行径流量比天然情况减少205 m3/s；平水年梯级运行径流量比天然径流量减少105 m3/s；枯水年梯级运行径流量比天然径流量大，增加127 m3/s。

3) 从1953～1982年典型年年均径流量的变化可知，典型丰水年梯级运行径流量比天然情况减少64.9 m3/s；平水年梯级运行径流量比天然径流量减少44.8 m3/s；枯水年梯级运行径流量比天然径流量减少3.96 m3/s，基本持平。

4) 从1983～2008年典型年年均径流量的变化可知，典型丰水年梯级运行径流量比天然情况减少164 m3/s；平水年梯级运行径流量比天然径流量减少59.9 m3/s；枯水年梯级运行径流量比天然径流量大，增加25.8 m3/s。

5) 比较各典型年径流量过程的变化，梯级电站运行径流量和径流过程改变天然状态，枯水年影响最大，其次是平水年，丰水年影响相对小。

5 结 论

从以上分析可知，丰满水电站的运行改变了河流天然状态年际径流量和径流量分布。汛期丰满电站出库径流量比天然情况减少，平均变化率为-29.5%，将水蓄积；枯期梯级电站断面径流量比天然状况增大，平均变化率为13.4%。改变了径流的年内分配，减少了汛期水量，增加了枯期水量，相应地使汛期和枯期水位发生变化。在上游径流量小的情况下，仍可正常发电。丰水年情况下，各梯级电站年平均流量比天然坝址流量减少，而枯水年各梯级电站年平均流量比天然坝址流量持平或增加，表明丰满水库的多年调节作用显著，将丰水年水量调至枯水年用，增加了枯水年的水量。

梯级电站联合运行后，改变径流的年际分配，通过白山水库和丰满水库的多年调节作用，将丰水年水量调节至枯水年用，增加了枯水年的水量。这些影响对下游地区开发能源、发展农田灌溉、提高航运能力、改善生态环境等，都有着极其重要的意义，其效益是十分巨大的。

由此可见，梯级开发对径流的人工控制完全改变了松花江中下游自然河流状态的径流量年内分配，影响很大。