沅水流域径流变化与电能影响分析

李玲

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 沅水流域概况及规划情况

1.1 沅水流域概况

沅水流域跨湘、黔、渝、鄂4省市，干流分南北两源，南源为主流。北源重安江发源于湖北省宣恩与鹤峰两县交界之酉源山，穿行于鄂、渝、湘3省边境，属典型的省际边界河流；南源马尾河（又名龙头江）发源于贵州省云雾山，流经都匀、凯里，在汊河口与重安江会合后称清水江，然后流经剑河、锦屏，至銮山进入湖南省芷江县境，至黔城汇入河舞水后，水量大增，始称沅水。沅水在湖南省境内先后流经芷江、会同、黔阳、怀化、溆浦、辰溪、泸溪等县境，至沅陵折向东北，经桃源、常德注入洞庭湖。全流域面积89163km2，包括湘西、黔东南、渝东及鄂西等地，其中湖南省流域面积51600km2，占全流域的57.9%。沅水干流全长1028km，其中湖南省境内干流长568km，落差187m。

沅水支流众多，呈羽状分布，流域面积大于2000km2的有渠水、河舞水、巫水、溆水、辰水、酉水及二级支流花垣河和猛洞河9条，其中河舞水和酉水的流域面积均大于10000km2。支流总流域面积54244km2，占沅水流域面积的61%，两岸支流分布不对称，左岸支流面积为右岸的2.8倍。

沅水干流及支流基本情况见表1。

1.2 河流规划情况

沅水干流未开发的梯级多为调节性能相对较差的中低水头电站，效益相对不够好，根据国民经济发展要求，2003年《沅水干流规划复核报告》，提出将三板溪至洪江河段远口和白市、托口和江市分别合并，将5个梯级（挂治、远口、白市、托口、江市）合并为3级，即挂治+天柱+托口，形成一个反调节、两个不完全年调节水库。洪江至五强溪河段基本维持原规划方案，仅个别梯级水位等规模有一些变化，调整后为13级开发，即革东（505m）+三板溪（475m）+挂治（322m）+白市（300m）+托口（250m）+洪江（190m）+安江（165m）+铜湾（152.5m）+清水塘（139m）+大洑潭（129m）+渔潭（115m）+五强溪（108m）+凌津滩（51m）。

表1 沅水干、支流基本情况表

目前，上游三板溪、挂治、下游五强溪、凌津滩及中游洪江、铜湾、大洑潭、清水塘电站已先后建成发电，上游白市、中游托口电站已开工建设。

2 沅水流域径流变化分析

2.1 沅水流域径流基本情况

流域暴雨发生在3～10月份，以5～10月份出现次数最多，大面积长历时的暴雨一般发生在6～7月份。暴雨发生季节，有先（5～7月份）东南、后（6～8月份）西北的趋势。流域内实测最大1d、3d点雨量为325mm、446mm。暴雨的地区分布大致分为全流域、中下游、上游、中上游等4种情况，以中下游暴雨居多，且常与澧水、清江形成同一雨带。暴雨走向一般自北向南，或自西北向东南。暴雨中心多出现在北部的沅陵、古丈及南部的雷山、丹寨一带。全流域性暴雨（面平均雨量大于或等于50mm）历时一般为1d，单站暴雨最长持续4d。除上游清水江为少雨区，湖南境内平均降雨量约1500mm，下游地区及酉水流域较大，为（1500～1800）mm。沅水上、中游汛期4～9月份，降雨量为全年降雨量的70%～80%，下游及洞庭湖区汛期雨量占全年雨量的60%～70%。

受降雨特征影响，沅水流域径流总量的75%在4～9月份，连续最大4个月的径流量多发生在4～7月份，占全年径流的62%左右，尤以5、6两个月份为最大，可占全年的35%～40%，枯水期12月份及次年1月份的径流量仅占全年的5%左右。

径流的地区分配不均衡，下游的酉水、武水和溆水较大，上游渠水、河舞水和巫水较少，径流模数最大相差1.66倍。

沅水流域设立最早的水文站为常德站，1924年10月开始观测水位。全流域现有水文站43个，水位站12个，基本上控制了干、支流的水情变化，其中桃源站为沅水入洞庭湖的控制站。沅水干、支流主要水文站多年平均流量见表2。

表2 沅水干、支流主要水文站多年平均流量表

根据1956～2009年系列统计，桃源站多年平均流量1998m3/s。

多年平均年径流量达630亿m3（桃源站），占洞庭湖四水总量的39%。径流分布与降雨的分布基本一致。洪水多发生在5月份下旬至7月份上旬，比年径流量与之相近的湘江约滞后1个月。而汛期沅水入湖洪量约占四水总量的40%～50%。桃源站典型年径流量逐月分配见表3。

2.2 沅水流域径流变化分析

2.2.1 基本资料

（1）资料。

径流资料为五强溪水库的入库资料。五强溪水库位于沅水干流上，坝址控制流域面积83800km2，占全流域面积的93%。水库正常蓄水位108.0m，相应库容29.9亿m3；死水位90.0m，相应库容10.37亿m3；汛限水位98.0m，防洪库容13.6亿m3，有效库容20.21亿m3，库容系数0.033，为季调节水库，电站装机容量1200MW，多年平均发电量53.7亿kW·h。

（2）分界年份的选取。

三板溪水电站位于沅水上游，在贵州省黔东南锦屏县境内，下距锦屏县县城25km，坝址控制流域面积11050km2，多年平均流量240m3/s。水库正常蓄水位475.0m，相应库容37.5亿m3，死水位425.0m，相应库容11.3亿m3，有效库容26.2亿m3，库容系数0.346，具多年调节性能。工程以发电和提高下游梯级电站的效益为主，并兼有防洪、航运、养殖、旅游等综合利用效益。电站总装机容量1000MW，保证出力23.5万kW，年发电量24.3亿kW·h，是沅水干流上唯一具有多年调节能力的龙头电站。

表3 沅水流域桃源站典型年径流量月分配表

三板溪水电站主要供电湖南，承担湖南电力系统的调峰、调频和事故备用。三板溪工程2002年7月开工建设，2003年9月大江截流，2006年7月首台机组投产发电，12月4台机组全部建成投产。本次以三板溪开工年份2002年作为分界年份，对径流系列进行统计分析。

2.2.2 分析方法及结果

对五强溪水库1951年1月～2010年10月平均流量序列和各月平均流量序列进行统计，以2002年为界分析多年径流变化情况、趋势及径流变化年内分布情况，分析结果见表4、表5。

表4 沅水流域五强溪水库多年平均流量统计表（按旬统计）

表5 沅水流域五强溪水库多年平均流量统计表（按月统计）

从表中可以看出，1951年1月～2010年10月共60年长系列逐旬径流资料统计得，五强溪坝址多年平均流量1910m3/s；以2002年为分界，2002年以前（不包括2002年）五强溪坝址多年平均流量1931m3/s，2002年以后五强溪坝址多年平均流量1791m3/s，2002年以后多年平均流量与全系列（1951～2006年）距平为-6.23%，与2002年以前距平为-7.27%，显示2002年以后径流量呈减少趋势。1951～2010年沅水流域年径流变化情况见图1。

图1 1951～2010年沅水流域年径流变化情况图

月径流量序列中，2002年以后的径流序列全年数值尽管呈微弱的减少趋势，但1月、2月、3月、11月、12月月平均流量较全系列平均值及2002年以前系列平均值均呈增长趋势。其中1月、2月、3月、11月、12月各月份2002年以后的径流序列平均流量分别为707，843，1439，1400，695 m3/s。其中2月、11月径流变化过程见图2、图3。

无论是1951～2010年序列，还是2002～2010年序列，夏秋季各月份的距平值均为负，反映夏秋季的径流呈现减少趋势，特别是在2002～2010年序列中，由于径流总体减少明显，在夏秋季表现径流减少也更明显。

图2 1951～2010年沅水流域2月份径流变化情况图

图3 1951～2009年沅水流域11月份径流变化情况图

2.2.3 径流变化的成因

从1951～2010年沅水流域径流分析可知，2002～2010年的9年间，年径流量呈递减趋势，从图1可以看出，2006年径流量已到长系列的最小值，2007年径流量开始回升，从长系列看，仍属正常波动。

2002年以后的1～3月平均流量较全系列平均值及2002年以前系列平均值均呈增长趋势，经分析，影响因素较多，从水量平衡的角度，区域径流量受降水、蒸发、土壤含水量等因素影响，也可能受上游水利工程对径流的重新分配影响。该时段内，上游有三板溪和天柱等水库在建，三板溪水库2005年开始蓄水，对下游的径流分配产生一定的影响，从降雨资料来看，2002年以后1～3月降雨量较以前系列略偏大，也对径流分配产生一些影响。

3 径流变化对已建电站电能影响分析

（1）设计年发电量是一个多年平均指标，由于径流的变化，年发电量有高亦有低，从以上分析可知，2002年以后，流域的径流量正处于一个周期性的低值区，从2007年开始径流量有回升趋势，通常情况下年发电量也会上升。

（2）设计发电量是非常理想情况下设计的一种电站调度方式下的电量，而实际运行过程中，因受电力系统负荷变化、水库防洪调度、河川径流以及调度经验和管理水平的影响，难以达到设计发电量，从已建电站统计分析，多年平均实际发电量一般只能达到设计发电量的90%左右。对于承担防洪库容较重的水库，因受防汛调度的影响，多年平均实际发电量往往低于90%。

（3）五强溪电站和凌津滩电站实际发电量见表6。

从表6可知，五强溪电站运行后的多年平均发电量47.72亿kW·h，为设计年发电量53.7亿kW·h的88.9%。

从2004年开始，五强溪水库作为省内汛期汛限水位动态控制的试点，后被列入我国12座汛期汛限水位动态控制试点水库之一，应该说，从2004～2010年间，水库汛期的调度是在挖潜的，2005年和2006年发电量较小，仅为设计发电量的80.4%和81.5%；2007年径流量仅为多年平均值的87.5%，由于受三板溪水库调蓄影响，五强溪水库上游来水较均匀，使得沅水流域下游的洪江、五强溪、凌津滩电站年发电量均超设计发电量。随着水库调度水平的提高，上游三板溪水库的调蓄作用将进一步发挥。

表6 五强溪和凌津滩电站历年发电量

综合分析认为：沅水流域从2002～2006年径流量为周期性的低值区，从2007年开始径流量又在上升。2005年和2006年发电量减少，主要是由于周期性的径流变化引起的。从五强溪水库实际运行12年来看，多年平均发电量为47.72亿kW·h，为设计发电量的88.9%。凌津滩电站2003～2010年平均发电量10.56亿kW·h，仅为设计发电量11.6亿kW·h的91.0%。由于凌津滩电站全部机组投产运行的时间不长，正好又遇上2005年、2006年较枯年份，使得8年平均发电量偏小。