賈 鳳

(河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056000)

1 研究背景

豐滿電站是我國(guó)最早建成的大型水電站，位于吉林省吉林市豐滿區(qū)南源松花江中上游河段。豐滿水電站作為我國(guó)最早建成的大型流域控制性水電工程，具有不可替代的區(qū)域重要性及流域重要性[1-2]。由于開發(fā)年代較早，且建設(shè)處于特殊歷史時(shí)期，松花江流域相關(guān)環(huán)境保護(hù)工作開展相對(duì)較少，豐滿水電站及上游的白山、紅石水電站建設(shè)之初也未進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)[3]。隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)水電項(xiàng)目的環(huán)境影響關(guān)注不斷提高，為了合理、科學(xué)地分析豐滿水電站主要的環(huán)境、徑流影響及有關(guān)機(jī)制，針對(duì)工程制定有效的環(huán)境保護(hù)與減緩措施，本文對(duì)豐滿水電站徑流影響進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，系統(tǒng)客觀地總結(jié)分析電站建設(shè)、運(yùn)行以來(lái)對(duì)豐滿水電站及其所屬的水環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生的綜合效益和主要環(huán)境影響。

2 研究區(qū)域概況

豐滿水電站于1937年開始建設(shè)，至1953年大壩才全面建成。建成后，松花江其他梯級(jí)電站也相繼建成運(yùn)行，對(duì)松花江徑流產(chǎn)生較大的影響。尤其是豐滿水電站及其上游的白山水電站，由于水庫(kù)庫(kù)容較大(調(diào)節(jié)庫(kù)容分別為56.71×108、29.5×108m3)，具有多年調(diào)節(jié)能力，它們的建成，對(duì)天然徑流產(chǎn)生了較強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用，改變了下游水庫(kù)、河流水量的分配狀況，使徑流分配更加均勻[4-5]。本次徑流分析主要是按各梯級(jí)建設(shè)時(shí)序?qū)Π咨?、紅石、豐滿電站徑流分段進(jìn)行還原。

3 徑流影響還原評(píng)價(jià)

3.1 梯級(jí)徑流還原時(shí)段劃分

本次按各梯級(jí)建設(shè)時(shí)序?qū)Π咨?、紅石、豐滿電站徑流進(jìn)行分段還原，時(shí)段劃分如下：

1933年1月～1943年3月，為天然徑流；

1943年4月～1982年，豐滿單庫(kù)運(yùn)行，僅對(duì)豐滿水庫(kù)單庫(kù)進(jìn)行入庫(kù)流量還原計(jì)算；

1983～1985年，白山、豐滿兩庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行，根據(jù)兩個(gè)水庫(kù)的出入庫(kù)流量資料進(jìn)行豐滿入庫(kù)流量還原計(jì)算；

1986～2008年，白山、紅石、豐滿三庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行，其中紅石水庫(kù)為日調(diào)節(jié)，對(duì)豐滿入庫(kù)流量調(diào)節(jié)作用不大，本時(shí)段根據(jù)白山、豐滿兩個(gè)水庫(kù)的出入庫(kù)流量資料進(jìn)行豐滿入庫(kù)流量還原計(jì)算[6]。

最后，將還原后天然狀態(tài)的徑流與受水庫(kù)調(diào)蓄影響后的徑流進(jìn)行對(duì)比分析。

3.2 梯級(jí)電站運(yùn)行后徑流量變化

3.2.1 全系列水文過(guò)程變化比較

根據(jù)1933～2008年豐滿水庫(kù)上游水文過(guò)程進(jìn)行還原計(jì)算，對(duì)豐滿水庫(kù)天然狀態(tài)下的徑流和豐滿水庫(kù)(包括上游梯級(jí))運(yùn)行影響后的徑流成果進(jìn)行比較，年內(nèi)分配變化情況、汛枯期變化情況見表1、表2。

表1 豐滿水庫(kù)運(yùn)行后對(duì)天然徑流年內(nèi)分配影響比較表

注：豐滿運(yùn)行后，出庫(kù)流量已扣除庫(kù)區(qū)取用水及水庫(kù)損耗水量。

表2 豐滿水庫(kù)運(yùn)行后對(duì)徑流汛枯期變化影響比較表

注：豐滿運(yùn)行后，出庫(kù)流量已扣除庫(kù)區(qū)取用水及水庫(kù)損耗水量。

表1、表2中，徑流量變化值負(fù)值表示聯(lián)合運(yùn)行流量值小于天然狀態(tài)流量值；正值表示聯(lián)合運(yùn)行流量值大于天然狀態(tài)流量值。

從多年平均徑流年內(nèi)分配與天然情況比較的變化可以看出(圖1)：

1) 汛期4～9月份，運(yùn)行徑流量小于天然徑流量；枯期10月份～翌年3月份運(yùn)行徑流量大于天然徑流量。

2) 汛期4～9月份，聯(lián)合運(yùn)行徑流量比天然徑流量減少34.7×108m3；枯期10月份～翌年3月份，典型豐水年聯(lián)合運(yùn)行徑流量比天然徑流量增加22.4×108m3，變化率為19.4%。

圖1 豐滿水庫(kù)運(yùn)行后對(duì)天然狀態(tài)下年徑流過(guò)程的影響對(duì)比圖

3.2.2 不同時(shí)期變化比較

根據(jù)白山、紅石豐滿電站建設(shè)時(shí)序，將各時(shí)段豐滿壩址還原之后的天然徑流與豐滿電站出庫(kù)流量進(jìn)行對(duì)比如下。

根據(jù)豐滿水庫(kù)1943～1982年間單獨(dú)運(yùn)行期間的徑流還原變化比較可以看出(圖2)，在近40年的運(yùn)行過(guò)程中，豐滿水庫(kù)對(duì)天然徑流過(guò)程的調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)明顯?？萜?10～3月份)流量平均增加163 m3，汛期(4～9月份)流量平均減少219 m3。其中，最枯期月流量增幅為224 m3/s；汛期最大洪水消減幅度391 m3/s。

圖2 豐滿水庫(kù)單庫(kù)運(yùn)行(1943～1982年)徑流變化圖

根據(jù)白山水庫(kù)建成后，豐滿、白山水庫(kù)1983～1985年間聯(lián)合運(yùn)行期間的徑流還原變化比較可以看出(圖3)，梯級(jí)水庫(kù)對(duì)天然徑流過(guò)程的調(diào)節(jié)作用進(jìn)一步增強(qiáng)?？萜?10～3月份)流量平均增加144 m3/s，汛期(4～9月份)流量平均減少315 m3/s。其中，最枯期月增加流量增幅為217 m3/s；汛期最大洪水消減幅度455 m3/s?？梢?，白山水庫(kù)投入運(yùn)行以后，其調(diào)蓄性能即已顯現(xiàn)，汛期豐滿水庫(kù)的下泄流量進(jìn)一步減少。

圖3 豐滿、白山水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行(1983～1985年)徑流變化圖

1986年紅石水庫(kù)建成，由于其僅具備日調(diào)節(jié)性能，其對(duì)徑流分配的影響不大。在豐滿、白山、紅石水庫(kù)1986～2008年間聯(lián)合運(yùn)行過(guò)程中，主要得益于白山水庫(kù)的運(yùn)行不斷趨于穩(wěn)定，梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)行對(duì)天然徑流過(guò)程的調(diào)節(jié)作用最大程度顯現(xiàn)。從徑流還原變化比較可以看出(圖4)，枯期(10～3月份)流量平均增加174 m3/s，汛期(4～9月份)流量平均減少295 m3/s。其中，最枯期月增加流量增幅為225 m3/s；汛期最大洪水消減幅度595 m3/s。可見，白山水庫(kù)運(yùn)行以后，與豐滿水庫(kù)形成的聯(lián)合調(diào)蓄性能已非常明顯，汛期對(duì)豐滿水庫(kù)出庫(kù)流量的削弱作用顯著。

圖4 豐滿、白山、紅石水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行(1986～2008年)徑流變化圖

4 典型年選擇及流量變化情況

考慮豐滿、白山水庫(kù)建成前后對(duì)豐滿水庫(kù)及下游影響，以豐滿電站第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電到一期工程完工(1943～1952年)、白山電站第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電(1983年)來(lái)對(duì)豐滿徑流系列進(jìn)行時(shí)段劃分，分段選取典型年。

徑流典型年的選擇是采用水量選年法，兼顧枯期水量，并考慮豐滿水庫(kù)長(zhǎng)系列年、枯期多年平均流量與代表年、枯期平均流量接近的原則選定。選定的典型年如下：

4.1 1943～1952年

豐水年(10%)：1944年；平水年(50%)：1943年；枯水年(90%)：1950年。豐水年、平水年和枯水年流量變化見表3。

表3 豐滿水庫(kù)受梯級(jí)運(yùn)行影響和天然狀態(tài)典型年流量變化對(duì)照表

4.2 1953～1982年

豐水年(10%)：1953年；平水年(50%)：1962年；枯水年(90%)：1970年。豐水年、平水年和枯水年流量變化見表4。

表4 豐滿水庫(kù)受梯級(jí)運(yùn)行影響和天然狀態(tài)典型年流量變化對(duì)照表

4.3 1983～2008年

豐水年(10%)：2005年；平水年(50%)：2002年；枯水年(90%)：2000年。豐水年、平水年和枯水年流量變化見表5。

表5 豐滿水庫(kù)受梯級(jí)運(yùn)行影響和天然狀態(tài)典型年流量變化對(duì)照表

由各典型年的月平均徑流量變化可看出:

1) 豐滿電站正式運(yùn)行(1953年以后)，運(yùn)行徑流量與天然徑流量比較，各典型年均有4～9月份運(yùn)行徑流量小于天然徑流量、10月份～翌年3月份運(yùn)行徑流量大于天然徑流量的特點(diǎn)。其中，1962年6月、1970年6月運(yùn)行徑流量大于天然徑流量，是由于上游來(lái)水量較小，為滿足下游用水需求，電站放水致使運(yùn)行徑流量大于天然徑流量。

2) 從1953年以前典型年年均徑流量的變化可知，典型豐水年梯級(jí)運(yùn)行徑流量比天然情況減少205 m3/s；平水年梯級(jí)運(yùn)行徑流量比天然徑流量減少105 m3/s；枯水年梯級(jí)運(yùn)行徑流量比天然徑流量大，增加127 m3/s。

3) 從1953～1982年典型年年均徑流量的變化可知，典型豐水年梯級(jí)運(yùn)行徑流量比天然情況減少64.9 m3/s；平水年梯級(jí)運(yùn)行徑流量比天然徑流量減少44.8 m3/s；枯水年梯級(jí)運(yùn)行徑流量比天然徑流量減少3.96 m3/s，基本持平。

4) 從1983～2008年典型年年均徑流量的變化可知，典型豐水年梯級(jí)運(yùn)行徑流量比天然情況減少164 m3/s；平水年梯級(jí)運(yùn)行徑流量比天然徑流量減少59.9 m3/s；枯水年梯級(jí)運(yùn)行徑流量比天然徑流量大，增加25.8 m3/s。

5) 比較各典型年徑流量過(guò)程的變化，梯級(jí)電站運(yùn)行徑流量和徑流過(guò)程改變天然狀態(tài)，枯水年影響最大，其次是平水年，豐水年影響相對(duì)小。

5 結(jié) 論

從以上分析可知，豐滿水電站的運(yùn)行改變了河流天然狀態(tài)年際徑流量和徑流量分布。汛期豐滿電站出庫(kù)徑流量比天然情況減少，平均變化率為-29.5%，將水蓄積；枯期梯級(jí)電站斷面徑流量比天然狀況增大，平均變化率為13.4%。改變了徑流的年內(nèi)分配，減少了汛期水量，增加了枯期水量，相應(yīng)地使汛期和枯期水位發(fā)生變化。在上游徑流量小的情況下，仍可正常發(fā)電。豐水年情況下，各梯級(jí)電站年平均流量比天然壩址流量減少，而枯水年各梯級(jí)電站年平均流量比天然壩址流量持平或增加，表明豐滿水庫(kù)的多年調(diào)節(jié)作用顯著，將豐水年水量調(diào)至枯水年用，增加了枯水年的水量。

梯級(jí)電站聯(lián)合運(yùn)行后，改變徑流的年際分配，通過(guò)白山水庫(kù)和豐滿水庫(kù)的多年調(diào)節(jié)作用，將豐水年水量調(diào)節(jié)至枯水年用，增加了枯水年的水量。這些影響對(duì)下游地區(qū)開發(fā)能源、發(fā)展農(nóng)田灌溉、提高航運(yùn)能力、改善生態(tài)環(huán)境等，都有著極其重要的意義，其效益是十分巨大的。

由此可見，梯級(jí)開發(fā)對(duì)徑流的人工控制完全改變了松花江中下游自然河流狀態(tài)的徑流量年內(nèi)分配，影響很大。