乌江银盘水电站水文特性分析（范可旭,贾建伟,张晶）

摘要: 乌江银盘水电站是乌江梯级开发的第11个梯级，其上游10个梯级均已建或在建，受梯级调蓄和拦截影响，径流、洪水、泥沙等水文特性已发生改变。在分析上游各工程调节特性和建设进度的基础上，提出了银盘水电站径流、坝址设计洪水、施工分期设计洪水、泥沙等水文成果，为银盘水电站的设计和施工提供决策依据。分析研究的思路、方法和成果可供其它类似工程参考。

关 键 词: 梯级开发;径流;洪水;泥沙;水文特性;乌江

中图分类号: P331 文献标识码: A

1 流域概况

乌江流域位于东经104°10′～109°12′，北纬25°56′～30°22′，发源于贵州省西北部乌蒙山东麓，有南、北两源，南源为三岔河，北源为六冲河。干流流经贵州、重庆，于重庆市涪陵汇入长江，全长1037km，其中以南北两源汇合口化屋基以上为上游，化屋基—思南为中游，思南以下为下游，全流域集水面积87920km2 。

乌江银盘水电站坝址位于乌江下游河段重庆市武隆县，上距彭水县城约47.3km，下距河口90.7km，集水面积为74910km2 。坝址上游约39.3km处有郁江从右岸汇入库区，下游约2.7km处有芙蓉江汇入乌江。

乌江干流规划有12个梯级，银盘水电站上游接彭水水电站，下游为规划的白马梯级，已建成的水电站有普定、引子渡、洪家渡、东风和乌江渡水电站;正在建设的有索风营、构皮滩、思林、沙陀和彭水水电站。银盘库区的主要支流郁江上已建成长顺水电站，正在建设的马岩洞水电站将于2007年发电，白溪口、斑竹园水电站正在进行前期工作。乌江流域调节库容较大的水库位置见图1（略）。坝址以上乌江干支流的一系列工程投入运行，调节径流和洪水并拦蓄泥沙，将改变银盘水电站的天然水文特性。

2 降水

乌江流域降水多以大雨和阵性暴雨为主，间歇性的小雨和毛毛雨历时长，雨量不大，占年降水总量的比重小。

乌江流域多年平均年降水量1160mm左右，分布大致呈“上游、下游大，中间小”的马鞍型，且右岸大于左岸。上游各地年降水量为800～1600mm，自西北向东南递增，西北部年降水量不足1000mm，东南部年降水量在1200mm以上;中游年降水量一般为1000～1300mm，清水江与干坝河流域西北有一个局部多雨区;下游年降水量一般为800～1800mm，降水分布自西向东递增，西北部一带为少雨区，年降水量少于1000mm。彭水—银盘水电站坝址区间有两个多雨区，中心分别位于郁江上游的文斗和沿昌河上游的接龙，下游右岸多年平均年降水量在1100～1800mm。

降水量年内分配有明显的雨季（4～10月）和旱季（11～3月），88%降水量集中在4～10月，5～9月降水量约占全年的70%，其中5～7月占全年50%，各月降水量占全年的百分比，以6月份的比重最大。银盘水电站坝址多年平均降水量为1248mm，略多于流域平均降水量，年内分配与流域一样，也主要集中于4～10月。

3 径流

银盘水电站坝址多年平均流量1380m3/s，径流量436亿m3 。径流资料系列为1959～2004年，采用彭水水文站径流加上彭水至银盘坝址区间径流的方法计算。区间集水面积4910km2 ，设计依据站为保家楼水文站，集水面积4282km2 。由于坝址上游已建成多座水库，根据它们的运行资料，对受百花、普定、洪家渡、东风、乌江渡等水库影响年份的径流还原到建库前的天然情况。

在坝址采用的1959～2004年共46a径流系列中，大于平均值有23a，小于平均值有23a。在该系列中，连续大于平均值的丰水年不超过6a（1995～2000年），连续小于平均值的小水年长达10a（1985～1994年）。点绘坝址径流差积曲线，可以看出径流系列有明显的丰枯变化规律:1995～2000年为丰水段;1959～1963、1985～1994年为枯水段;1964～1984、2001～2004年为平水段。从滑动平均看:20a滑动平均值，最大1410m3/s，最小1280m3/s，相对差10%;30a滑动平均值，最大1410m3/s，最小1320m3/s，相对差6.8%。说明径流系列达到30a以上时，均值已趋于稳定。因此，银盘水电站采用的1959～2004年径流系列具有较好的代表性。

银盘水电站坝址以上大中型水库的运行，对改善银盘入库径流的年内分配、增加枯季径流产生了有益的影响。据上游水库运行资料及彭水站实测资料分析，乌江渡、百花、普定3座水库的调蓄影响可使银盘枯季（11～4月）径流量由天然情况下的84.8亿m3 增加到95.6亿m3 ，枯季径流占年径流的百分比由天然状况下的22.9%增加到25.9%。部分年份枯季可使银盘的天然月径流量增加50%以上。还原后的银盘水电站天然年径流变差系数为0.21，极值比2.35，年际变化较小。随着上游的构皮滩、思林、沙沱、彭水等在建水库的建成，加上已建水库对径流的调节能力，达到多年调节，银盘水电站径流的年际、年内变化将更小，其入库径流变得平稳、均匀。

4 洪水

4.1 暴雨洪水特性

乌江流域暴雨出现最多的地方是乌江上游三岔河一带，其次是乌江中、下游的右岸和湄谭一带。暴雨主要发生时间为汛期5～10月，暴雨日数、暴雨量均占全年的90%左右;6月上旬至7月中旬多出现面积广、强度大的暴雨。一次暴雨过程最长持续时间一般为1～2d。流域内24h点雨量均值为90～100mm，最大3d点雨量均值为100～140mm。

乌江暴雨的天气系统主要有冷峰低槽、两高切变、长江横切变，其次是西槽东脊、印缅低槽等。形成乌江流域较大洪水的暴雨，其水汽主要来自孟加拉湾。

乌江流域洪水主要由暴雨形成，暴雨集中在5～10月。年最大洪峰流量出现在汛期5～10月，集中于6、7两月，尤以6月中、下旬发生的机会最多。由于暴雨急骤，乌江为山区性河流，坡降大，汇流迅速，洪水涨落快，峰型尖瘦，洪量集中。乌江下游一次洪水过程约20d，其中大部分水量集中在7d内，7d洪量占15d洪量的65%以上，3d洪量占7d洪量的60%，而1d洪量占3d洪量的40%，大水年份则更为集中。

4.2 坝址设计洪水

银盘水电站坝址设计洪水的设计依据站为彭水水文站。彭水水文站历史洪水在彭水水电站可研设计时已进行了复核和考证，历史洪水有1830、1909年，洪峰流量分别为26000～26500、23000m3/s，重现期分别为100～120a一遇和50a一遇。

设计洪水峰、量频率计算，实测系列采用1939～2004年（缺1950年，共65a）与1830、1909年历史洪水组成一个不连序系列，其中1939～1970年根据上游龚滩站资料建立相关关系插补，197l～2004年为实测系列，1978年以后考虑上游乌江渡水库调蓄影响进行了还原，资料一致性较好。1999年洪峰流量22900m3/s，从实测系列中提出作特大值处理，重现期为45a一遇。频率曲线采用P-Ⅲ型，适线确定统计参数。在彭水水电站可研阶段洪水系列已至2000年，银盘水电站的设计延长至2004年，由于这几年洪水均为中小洪水，不影响设计洪水的统计参数。因此，彭水水文站设计洪水采用彭水水电站可研阶段的审定成果。银盘水电站天然情况下的坝址设计洪水采用设计依据站计算，其中洪峰为面积比的2/3次方放大，洪量为面积比放大，成果见表1。

银盘水电站上游的洪家渡水库，虽然库容大，但控制的集水面积只占银盘水库集水面积13.2%，距离也较远，东风水库和乌江渡水库防洪库容小，距离银盘水电站也较远，据实测资料定性分析，它们对银盘水电站的洪水影响较小，其它库容较小的水库，对银盘水电站洪水影响更小。因此，它们对银盘坝址洪水影响可不予考虑。银盘水电站上接彭水水电站，是彭水水电站的反调节梯级。彭水水电站调节库容5.18亿m3 ，防洪库容为2.32亿m3 。构皮滩水电站位于银盘水电站上游357km，防洪库容2～4亿m3 。需定量分析构皮滩水库和彭水水库对银盘水电站坝址设计洪水的影响。

选取对防洪最不利的1963、1964、1991年3个典型年分析计算彭水水电站入库设计洪水，经构皮滩水库调蓄后的彭水入库设计洪峰流量与其天然情况下的洪峰流量比较，在频率为0.02%校核标准下，1963典型年增大了2.5%，1964典型年相当，1991典型年减小了2.8%，构皮滩水库调蓄后的洪水和天然入库洪水二者差别较小。考虑到构皮滩水库的防洪库容主要为长江中下游预留，只有当乌江洪水与长江中下游洪水不遭遇时，构皮滩水库才有可能为彭水运用这部份库容，而且构皮滩水库下泄与构—彭区间洪水组成遭遇多变，特别是乌江洪水与长江中下游洪水的组成遭遇更为复杂，不确定性因素较多，因此，银盘水电站设计洪水可不考虑构皮滩水库的调蓄影响。按照彭水水库的调洪规则，水库的防洪库容主要为长江中下游预留，只有当长江中下游遭遇灾情严重的大洪水，才可能动用这部份库容，以配合三峡水库对长江中下游防洪，彭水水库还需同时满足库区内沿河县城防护及坝下彭水县城防洪的要求（防御20a一遇洪水），动用彭水水库的防洪库容具有较大的不确定性和较严格的限制。经分析，与银盘水电站同频率的彭水水电站设计洪水经彭水水库调蓄后，洪峰最大削减1.5%。因此，可不考虑彭水水库的调蓄作用。

综上所述，乌江集水面积大、洪水组成复杂、构皮滩和彭水水库预留防洪库容的目的主要为长江中下游防洪且它们对洪水的调蓄作用较小，为银盘水电站防洪安全起见，其坝址设计洪水采用天然情况下的成果。

4.3 施工分期设计洪水

彭水水文站为银盘水电站坝址施工设计洪水的设计依据站。施工分期设计洪水先分析计算天然情况下的成果，再考虑已建成的乌江渡水库影响值，然后，分析上游在建工程的建设进度，考虑它们的影响。

受乌江渡水库蓄水影响，彭水水文站1980年以后的实测水文资料，不满足《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-2006对资料一致性的要求，须进行还原，但现有的水库运行观测资料精度不满足对枯期洪水还原的要求。由于彭水水文站插补延长后的1939～1979年系列长度已达41a，满足规范对资料系列长度的要求，因此，银盘水电站各施工分期设计洪水采用彭水水文站1939～1979年洪水系列进行频率分析计算，成果见表2。

由于乌江渡水电站满发下泄瞬时流量在枯水期增大619m3/s，主要为调峰，每天调峰时间按12h分析计算，经河道调蓄后可使银盘水电站在枯期施工时的流量增大392m3/s。

乌江在建的工程，构皮滩、思林、沙沱建成时间晚于银盘水电站，因此，在建工程只考虑彭水水电站的影响。彭水水电站将在银盘水电站施工后期建成，对银盘水电站的三期围堰和吊箱围堰的建设存在一定的影响。由于银盘三期围堰防渗平台和吊箱围堰采用12～3月20%频率的瞬时流量为设计标准，因此，只对银盘三期围堰防渗平台和吊箱围堰的设计洪水进行分析，即彭水水电站对12～3月分期瞬时流量的影响与考虑乌江渡水库影响情况比较，分为减小、不变和增大3种情况。

（1）减小。乌江渡水库已建成，12～3月分期瞬时流量受乌江渡水库的影响，从天然情况下的1810m3/s增加到2200m3/s。而彭水水库建成后形成5.18亿m3 的调节库容，当银盘的三期围堰防渗平台和吊箱围堰需要彭水拦蓄时，降低彭水水电站蓄水位，预留足够的库容，彭水水电站下泄按最小通航流量和发电基荷流量280m3/s计，银盘12～3月20%频率的最大瞬时洪峰可最大限度减小至750m3/s。经过技术经济比较，此时银盘三期围堰防渗平台高程可降低4.5m，对降低三期围堰工程造价和提前基坑开挖影响不大，而在这4个月内彭水水电站因预留库容损失的电量远大于三期围堰和吊箱围堰降低的工程造价，此种方案在技术经济上不合算。

（2）不变。如果以彭水水电站不恶化银盘水电站在12～3月分期的防洪形势为原则，彭水水电站将在银盘水电站三期围堰防渗平台施工期间和吊箱围堰工作期间减小下泄流量。由于银盘水电站与彭水水电站河道距离短（53km），河道对洪水的调蓄作用小，加上区间来水，要维持银盘12～3月20%频率的最大瞬时洪峰为2200m3/s不变，彭水水电站在5台装机情况下，调峰机组不应超过3台（每台机组额定流量为577m3/s），下泄流量须在1731m3/s以下。此方案下彭水水电站有一定的发电量损失，但小于方案1。

（3）增大。彭水水电站独立运行时，5台机组参与调峰满发时发电流量为2885m3/s，加上区间来水，银盘12～3月20%频率的最大瞬时洪峰达3360m3/s，大于2200m3/s。此方案下彭水水电站不损失发电量，但银盘水电站三期围堰防渗平台和吊箱围堰的工程量大于方案2。

银盘水电站枯期洪水受上游水电站影响主要为三期围堰防渗平台和吊箱围堰，标准为12～3月20%频率的最大瞬时洪峰流量，在采取彭水水电站预留库容、限制机组发电台数和独立运行的措施下，其洪峰流量在750～3360m3/s之间。上述3个方案经过经济比较，方案3的优势较为明显，银盘水电站12～3月20%洪峰采用3360m3/s。银盘水电站施工分期设计洪水成果见表2。

5 泥沙

乌江是长江上游一条水量丰沛、沙量较小的河流。武隆站多年平均输沙量3180万t，占宜昌站沙量的6%，其年水量约占宜昌站的12%。由于乌江渡等工程拦沙作用的影响，20世纪80、90年代平均年输沙量明显减少，90年代平均年沙量降低至最小值，相比70年代减少47%，水量反而增至最大值达516亿m3 。

乌江渡水库蓄水前，银盘坝址多年平均含沙量0.599kg/m3 ，多年平均输沙量为2630万t，多年平均径流量439亿m3 。乌江渡水库蓄水后，拦蓄大量上游来沙，输沙量大大减少，银盘坝址多年平均含沙量为0.373kg/m3 ，多年平均输沙量仅为1648万t，多年平均径流量442亿m3 ，输沙量减少了37%，且悬移质泥沙较细，中值粒径0.007mm，平均粒径0.029mm，最大粒径1.73mm。彭水水库建成后，银盘水电站入库悬移质将会大幅减小。

由于乌江干流已有普定、洪家渡、乌江渡等大型水库建成，上游大部分推移质泥沙被拦截，特别是随着彭水水电站的建成，银盘水电站的推移质将来自彭水—银盘区间。根据推移质泥沙调查取样分析，采用长江科学院输沙经验曲线公式法和爱因斯坦公式计算，与武隆站实测的推移质进行对比分析，彭水—银盘区间推移质输沙量为6.66万t，其中郁江年推移质输沙量为5.20万t。当郁江白溪口水电站建成后，郁江绝大部分推移质将被拦蓄淤积，进入银盘水库的郁江推移质泥沙将会大幅减少。

6 结语

乌江银盘水电站为乌江干流梯级开发的第11个梯级，上游各梯级均已建或在建，径流、洪水均受到上游梯级的调蓄和泥沙被拦截，天然的水文特性发生变化。受上游工程的影响，银盘水电站坝址径流年际、年内变化较小，径流变得平稳、均匀;上游工程对坝址设计洪水的影响较小，可不予考虑;在枯期，各梯级独立运行时，施工分期洪水将增大;泥沙受上游工程的拦截，入库沙量大幅减少，粒径细化。

作者简介: 范可旭，男，长江水利委员会水文局水资源处，高级工程师。