清江流域梯级电站对河流水文的影响

杨娇

摘 要：为系统地分析清江流域梯级电站的开发利用对河流水文情况的具体影响，基于清江流域梯级电站多年实测资料，结合水文比拟方法，分析清江流域梯级电站对径流的实际影响与差异。调查结果显示，梯级水电站在清江流域丰平枯水文年对下游河道水文情势的影响具有较大差异，不同的水文年梯级水电站都可以降低下游河道丰水期的净流量，进而增加平水期与枯水期的径流量，具有很好的削峰减枯功能。

关键词：清江流域;梯级水电站;河流水文

中图分类号：TV747 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）34-00-03

Influence of Cascade Hydropower Stations on River Hydrology in Qingjiang River Basin

YANG Jiao

（Hubei Minzu University， Enshi Hubei 445000）

Abstract： In order to systematically analyze the specific impact of the development and utilization of cascade hydropower stations in the Qingjiang River Basin on the hydrological situation of the river， based on the relevant data of the cascade hydropower stations in the Qingjiang River Basin for many years， and based on the method of hydrological comparison， the analysis of the actual runoff of the cascade hydropower stations in the Qingjiang River Basin Impact and difference. The investigation results of the relevant data analysis show that the cascade hydropower stations in the Qingping River Basin have a great difference in the impact on the hydrological situation of the downstream channels during the high flow year， normal flow year and low flow year. The cascade hydropower stations in different hydrological years can reduce the net flow of the downstream channel during the flood season. ， And then increase the runoff in the flat and dry periods， and has a good function of peak reduction and dryness.

Keywords： Qingjiang River Basin;cascade hydropower stations;river hydrology

水文條件是影响河流生态系统变化的具体因素，影响着河流的物质循环、能量传递和自然栖息地。为此，基于清江流域梯级电站的具体情况，分析水电站对流域径流调节控制的具体影响[1-2]。

1 研究区域概况

清江属于长江在湖北省境内的第二大支流，发源自利川市齐岳山龙洞沟，整个流域含有利川、恩施、宣恩、建始、巴东、长阳及宣都等7个县市，干流全长为423 km，流域面积为16 700 km。从1994年开始，湖北省人民政府实施《清江流域规划补充纲要》，在清江中下游建设水布垭、隔河岩、高坝洲3个梯级工程，完成清江流域梯级滚动综合开发的宏伟目标[3-4]。其中，较为主要的水电站为水布垭、高坝洲、隔河岩，在发电、航运以及防洪、泄洪等方面都发挥着较为重要的作用[5-6]。3大水电站的基本情况如表1所示。

2 数据来源与研究方法

清江流域内无径流测站。对于本梯级水电站坝址天然径流，通过水文站的数据实测其径流和降水，采用水文比拟的方法开展计算[7]。具体的计算公式为：

Q=F/FxP/PxQ

式中：Q表示坝址的径流，m/s;Q为水文站实测的径流，m/s;F坝为坝址控制流域的面积，km;F水为水文站控制流域的面积，为311 km;P坝为坝址以上流域的年面雨量，mm;P水为水文站站址以上流域年面雨量，mm[8-10]。

基于湖北省水资源历史数据，本设计的流域多年平均径流深1 400 mm左右，同水文站比较接近，可以通过水文比拟的方法开展径流计算[11]。

3 结果与讨论

3.1 第一级水电站对水文情势的作用

各水电站联合运行前后，各个水平年流量的具体变化情况如图1至图3所示。相比天然的情况，高坝洲水电站同其他水电站联合运营之后的丰、平、枯年份的径流流量变化幅度小，4—6月份的净流量明显小于天然情况的状态，7月份的径流流量水电站在联合运行前后几乎一样，1—3月份、8—12月份各年份的水电站运行之后的径流流量高于自然情况[12]。基于上述分析可以看出，在高坝洲水电站的调控作用之下，高坝洲水电站的水量变化较为平稳，尤其是在平水期和枯水期，下泄水量基本可以维持水平，在丰水期下游河流的水量减少。丰水期径流的流量有所下降，减小的幅度最大为69%，其他月份的径流则有所增加，尤其是在枯水期下泄的流量相比于天然的情况有明显增加时[13]。

3.2 所有梯级水电站联合运行对下游的影响

在梯级水电站的高坝洲、水布垭、隔河岩水电站的联合运行下，各处水电站的径流流量变化与分析如图4至图6所示。从具体分析可以看出，联合运行后相比天然状态下，水平年的月平均流量的峰谷差减小，4—6月份的径流流量明显小于天然情况，7月份的径流流量水电站联合运行前后几乎一样，1—2月份、8—12月份各年份水电站运行之后的径流流量比自然情况高很多[14]。

表2为梯级电站联合运行后流量变化的情况。基于表2的数据可以看出：对于年际的变化情况，联合运行之后丰水年年平均流量有所增加，但是增加不多，仅仅为0.36 m/s，增加幅度为0.27%;平水年和枯水年的年均流量分别下降到2.86 m/s和9.32 m/s，其中年平均流量在枯水年下降幅度最大，下降幅度达11.14%。对于年内分配的变化模块，梯级水电站联合运行后，梯级水电站的进水量和自然条件在丰水年、平水年和枯水年都发生了较大的变化。高水期（3—6月）流量下降13.38%～34.26%;常水期（7—10月）流量下降5.78%;枯水年正常时期，增幅分别为21.25%和12.65%;枯水期（11月至次年2月）流量明显增加，增幅为28.35%～83.83%，流量增幅最大[15]。

4 水电梯级开发保护的对策

4.1 具体工程措施

一是可持续规划建设。对流域开展较为科学的规划，有效利用水能资源。清江流域的梯级开发需要注意合理利用与保护水土等，实现经济与环境的协调发展[16]。

二是创新自身技术管理。对于流域的治理模块，需要通过遥感技术开展获取和处理数据，分析流域实际情况。

4.2 生物措施

一是原始自然环境的修复。水文环境修复需要兼顾流域生态情况和可持续发展功能。流域土地植被开展土壤土质、植被覆盖的保护，避免水土流失，以免土壤贫瘠[17]。

二是社会生态环境的修复。对于区域移民安置问题，需要，切实改善农村基础设施条件，促进移民文化的认同与融合。

4.3 积极开展综合治理

一是建立多层次的管理体制。清江流域管理部门主要为长江水利委员会以及地方政府相关职能部门，具体的工作为开展水资源的管理，功能较为单一[18-19]。

二是综合发展模式的设计。促进资金和人才的流动，以便更好地促进流域整体经济发展和社会稳定。以流域梯级开发与旅游产业合作为目标，发展独具特色的生态旅游[20]。

5 结语

梯级水电站的建设使得清江流域的水资源达到蓄丰补枯的效果，丰水期流量开始减少，降低了清江流域的洪涝灾害风险;枯水期流量明显增加，保证了流域之内农田的灌溉以及生活生产用水，进而大幅度地提升了流域水資源调蓄的能力，基本解决了流域水资源的供需矛盾。

参考文献：

[1]张海荣，鲍正风，汤正阳，等.流域梯级水资源管理决策支持系统关键技术研究：以金沙江下游三峡梯级水电站为例[J].中国水利，2020（11）：47-50.

[2]梁媛.金沙江上游梯级电站联合运行对下游河道生态影响分析[J].水电站设计，2019（4）：42-44.

[3]肖鹏，醋院科.梯级水电站汛期错峰调度效益的补偿方法[J].黑龙江水利科技，2019（7）：51-53.

[4]马昱斐，钟平安，徐斌，等.基于全微分法的多主体梯级水电站群联合调度增益归因及分配[J].水利学报，2019（7）：881-893.

[5]赵梦龙.黑河干流梯级水电站水库多目标优化调度研究[D].西安：西安理工大学，2019：33.

[6]廖云.考虑多流域耦合的梯级水电站群优化运行研究[D].武汉：华中科技大学，2019：57.

[7]冯宇.气候变化影响下流域梯级水电站优化调度与系统集成应用研究[D].武汉：华中科技大学，2018：46.

[8]何关洪.分布式水文模型SWAT在国外水利水电工程水文设计中的应用[J].科技创新与应用，2018（34）：161-163.

[9]谢海华.人工蜂群算法的改进及其在水库优化调度中的应用[D].南昌：南昌工程学院，2019：36.

[10]赵云发，刘志武.智慧梯调研究思路探讨[J].水电与新能源，2018（9）：1-4.

[11]李士辉.中小河流梯级水电站群短期及厂内优化调度研究[D].西安：西安理工大学，2018：33.

[12]高新稳.梯级水电站群长中短期多目标优化调度及系统设计研究[D].武汉：华中科技大学，2018：25.

[13]武文杰.考虑入库径流预报误差的水电站短期发电调度及模糊风险分析[D].武汉：华中科技大学，2018：16.

[14李传刚.考虑水流演进的梯级水库短期优化调度模型及其算法研究[D].北京：华北电力大学，2018：36.

[15]李远哲.水电站多时间尺度径流预报及发电调度嵌套研究[D].武汉：华中科技大学，2018：43.

[16]张秀飞.“一库两调”巨型水电站源网协调方法研究[D].大连：大连理工大学，2018：41.

[17]董亚迪.梯级水电站群中长期优化调度的多Agent进化算法研究[D].大连：大连理工大学，2018：18.

[18]段志鹏.基于极点对称模态分解的水库中长期预报及调度[D].北京：华北电力大学，2018：23.

[19]刘强，钟平安，陈宇婷，等.梯级水电站优化调度的改进社会情感优化算法[J].水力发电学报，2018（1）：21-30.

[20]江方利，湛洋，刘刚，等.基于改进花粉算法的梯级水电站多目标优化[J].水力发电，2018（1）：90-93.