昌北溪华光潭一级水电站坝址断面径流还原分析与计算

王卫远，陈美丹，唐俊龙，郭 靖

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

随着经济社会的快速发展，各地在江河湖库上修建了大量的水利水电工程，设立了很多水库观测站。水库站的建立为弥补站网定位观测的不足、增强资料的完整性发挥了重要作用。但是，由于水库站所测的径流资料受工程本身的影响，在数量和时程分配上不能代表河流的天然状况，因此，在利用这些资料进行工程设计时，必须将测验断面的实测径流还原为天然径流[1]。通过对径流的还原计算，使得还原结果满足水利工程设计和规划要求，为区域水资源合理配置、高效利用提供技术保障[2]。

华光潭一级水电站坝址断面设计阶段采用的是1952—1983年流量系列资料，电站建成后，取得电厂整编的2007—2021年调度运行资料。鉴于昌北溪流域水文资料匮乏，为保持单站天然径流系列的一致性，消除人类活动对河川径流的影响，本文通过入库径流还原计算并结合当地的降雨径流关系，对缺测时段进行插补，得到华光潭一级水电站坝址断面的长系列天然径流系列资料，以期对其他水利水电工程设计提供依据和参考。

1 流域概况

分水江是钱塘江干流富春江上最大的支流，发源于安徽省绩溪县山云岭，流向东北入境浙江，左纳仁里溪后称昌北溪，转东南流，右纳昌西溪始称昌化溪，续流至青山殿，与左岸天目溪汇合后称分水江，于桐庐县汇入富春江，干流全长164.2km，流域面积3444km2，平均比降2.32‰。其中，昌北溪河长67.9km，平均比降12.3‰，流域面积385.5km2；昌化溪以上河长106.9km，平均比降8.6‰，流域面积1440.2km2。

华光潭一级水电站坝址位于昌北溪干流，坝址以上集水面积266.1km2，工程以发电为主，兼有防洪作用。电站装机60MW，水库总库容8257万m3。电站厂房布置在坝址下游约11km处，发电引水系统全长8373m。早在1967年，相关设计单位就对昌北溪流域梯级开发方式作了初步规划，直到1992年，完成了华光潭水电站初步设计工作。大坝主体工程于2002年4月1日正式开工，2005年5月底基本完成，6月3日下闸蓄水，2005年9月23日第一台机组投产发电。华光潭一级水电站工程及邻近流域水系和测站分布示意如图1所示。

图1 华光潭一级水电站工程及邻近流域水系和测站分布示意图

2 基础资料

2.1 流域面雨量

华光潭一级水电站坝址1952—2021年流域面雨量系列由以下3部分组成：1952—1983年降水量采用文献[3]中的资料数据；2005—2021年降水量采用华光潭一级水电站自设站观测数据，由岛石、新桥、中梅、一级大坝4个雨量站加权平均计算求得，4个站权重分别为0.33、0.35、0.21、0.11；1984—2004年降水量采用2005—2020年华光潭一级水电站面雨量与岛石坞雨量站相关插补求得，相关关系如图2所示。

图2 华光潭一级水电站坝址2005—2020年流域面雨量与岛石坞雨量站月降水量相关图

2.2 调度运行资料

从电厂处收集到华光潭一级水电站2007—2021年逐日入库、出库流量和2005—2021年逐日平均水位资料，以及华光潭一级水电站水库水位～库容对照表见表1—2。可以看出，华光潭一级水电站2007—2021年多年平均出库流量为10.9m3/s。

表1 华光潭一级水电站2007—2021年逐年平均出库流量

表2 华光潭一级水电站2007—2021年多年平均逐月出库流量 单位：m3/s

3 径流还原计算

3.1 还原计算方法

采用水量平衡法，对华光潭一级水电站2007—2021年逐月入库径流进行还原计算，并将还原计算成果与收集到的2007—2021年逐月入库径流进行比较分析。其中，水量平衡法计算公式如下。

W入库=W库蓄+W出库+W蒸发+W渗漏

(1)

式中，W入库—还原后的天然入库径流量，m3；W库蓄—月初、月末水库蓄水变量，增加取正值，减少取负值，m3；W出库—出库水量，包括发电流量、泄洪流量等，m3；W蒸发—水库蒸发损失水量，m3；W渗漏—水库渗漏水量，m3。

水库蒸发损失水量即为库区由陆面变成水面引起的蒸发增量。水库渗漏水量主要包括坝身闸门漏水量、水轮机漏水量、坝基和坝的两翼漏水量、通过库底流向较低透水层的渗流量、向库外的渗水量等[4]。在水文地质良好(透水性不强)的地方，以月计的水库渗漏水量可按月均库容的1%粗估。计算发现，蒸发和渗漏水量在总的入库水量中占比较小，约在2%左右，可以忽略。经比较，本次还原计算得到的2007—2021年逐月平均流量成果与电厂提供的入库径流成果接近，可以采用。

3.2 降雨径流关系

将上述华光潭一级水电站2007—2021年逐月入库径流换算为相应的径流深，建立不分段的2007—2021年降雨径流关系如图3所示，相关系数为0.95，但降水量在350.0mm以下部分拟合相对略差一些。

图3 华光潭一级水电站坝址2007—2021年1—12月降雨径流关系图

为了探究更好的降雨径流关系，可分段建立2007—2021年降雨径流关系，分别如图4—6所示。由图4—6可见，分段的降雨径流关系相关系数均在0.90以上，尤其是4—6月，相关系数可达0.98。

图4 华光潭一级水电站坝址2007—2021年4—6月降雨径流关系图

图5 华光潭一级水电站坝址2007—2021年7—9月降雨径流关系图

图6 华光潭一级水电站坝址2007—2021年10—3月降雨径流关系图

比较而言，分段相关的降雨径流关系较优。

综上分析，可以利用上述分段的降雨径流关系插补华光潭一级水电站坝址1984—2006年逐月径流深，并换算为相应的流量。

4 分析与讨论

由上述分析计算可知，华光潭一级水电站坝址以上流域1952—2021年的径流系列由以下3部分组成：1952—1983年，沿用文献[3]中的成果；1984—2006年，根据降雨径流关系插补；2007—2021年，采用水量平衡法进行还原计算。华光潭一级水电站坝址以上流域不同时段逐月径流成果见表3。

表3 华光潭一级水电站坝址1952—2021年逐月流量特征 单位：流量，m3/s；降水量，mm；占比，%

由表3可以看出，华光潭一级水电站坝址以上流域不同时段逐月径流量主要集中在3—9月，占全年总径流量的80%左右。建库前，坝址处1952—1983年多年平均流量为9.42m3/s。建库后，经径流还原，坝址处2007—2021年多年平均流量为10.1m3/s。插补计算得到的坝址处1984—2006年多年平均流量为8.98m3/s。2个时段的径流与降水基本相应。坝址处1952—2021年多年平均降水量、多年平均径流深分别为1770.6、1117.1mm，与查文献[5]相应地区的多年平均降水量1750mm、多年平均年径流深1060mm接近。由此可以认为，华光潭一级水电站坝址以上流域1952—2021年的流量成果相对合理。

5 结语

根据华光潭一级水电站所在流域的面雨量和电厂的调度运行资料，通过入库径流还原计算并建立当地的降雨径流关系，对缺测时段进行插补，加上华光潭一级水电站设计阶段的径流资料系列，最终得到了华光潭一级水电站坝址断面1952—2021年历年逐月天然流量系列资料。

分时段流量成果与同期降水量基本相应，基本上能真实、可靠地反映所在断面的实际径流情况，采用的方法基本合适，所得成果相对合理，弥补了昌北溪流域无长系列流量资料的不足，可为今后其他工程的规划设计提供有益参考，具有一定的实际应用价值。