張婷

（湖北文理學(xué)院理工學(xué)院，湖北 襄陽(yáng)441025）

水電站的能量指標(biāo)反映水電站的能量特性，主要包括保證出力、多年平均發(fā)電量和多年平均耗水率；能量指標(biāo)復(fù)核前往往需要對(duì)流域的徑流規(guī)律進(jìn)行分析。肖文瓊[1]等通過(guò)研究水文規(guī)律和電站的實(shí)際運(yùn)行調(diào)度得到影響電站能量指標(biāo)的因素；李子婷[2]和李慧[3]則以安康水電站為例，研究分析徑流序列延長(zhǎng)后能量指標(biāo)的變化趨勢(shì)。

目前對(duì)于徑流分析的方法較為單一；肖文瓊等使用的徑流數(shù)據(jù)較短，缺乏規(guī)律性，李子婷和安慧雖然分析了較長(zhǎng)的水溫序列，但僅以水文序列長(zhǎng)度來(lái)劃分歷史水文序列的方法缺乏代表性和說(shuō)服力。本文以某流域?yàn)檠芯繉?duì)象，從徑流周期、徑流過(guò)程和徑流總量三個(gè)角度入手，對(duì)比分析徑流規(guī)律并提出分類標(biāo)準(zhǔn)分類。

1 連續(xù)徑流的豐枯分段

1.1 豐枯周期

通過(guò)小波分析方法得到相應(yīng)的時(shí)間尺度下歷史徑流序列存在的平均周期和豐枯變化特征。

目前，可以選擇的小波函數(shù)有Mexican hat 小波、Haar 小波、Morlet 小波和Meyer 小波。根據(jù)研究需要，我們選用Morlet 連續(xù)復(fù)小波變換[4]，將系數(shù)代入式小波方差公式（1）得到徑流變化的小波方差，并可繪制小波方差圖（如圖1 所示）。

圖1 小波方差圖

由圖1 可知，最大峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間尺度為29 年，這說(shuō)明此時(shí)間尺度下震蕩最強(qiáng)，是歷史徑流時(shí)間序列的第一主周期。

1.2 豐枯分段

依據(jù)豐枯周期的計(jì)算結(jié)果，找出時(shí)間尺度為29 年所對(duì)應(yīng)的小波系數(shù)，并繪制出其小波系數(shù)圖（如圖2 所示）。

圖2 水電站A 壩址年徑流量的29 年特征時(shí)間尺度小波實(shí)部過(guò)程線

由圖2 可知，在29 年特征時(shí)間尺度上歷史徑流序列總共出現(xiàn)了7 次豐枯交替，而豐枯交替的周期大約為10 年。選擇歷史徑流序列中1960～2009 年作為研究對(duì)象，將徑流序列劃分成5個(gè)連續(xù)的豐枯段（1960-1969，…）進(jìn)行分析，并分別用Ai（i=1～5）表示。

2 按徑流過(guò)程分類

2.1 分類標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)P 為每月徑流量占全年徑流總量的百分比，計(jì)算公式為：

進(jìn)一步逐年逐月分析Pi,j后可知，雖然水電站A 的來(lái)水都集中在汛期2-8 月，按但汛期內(nèi)的具體來(lái)水情況卻存在差異；有的年份汛期內(nèi)來(lái)水集中在汛前期2～5 月，而有的年份汛期內(nèi)來(lái)

表1 歷史徑流序列按徑流過(guò)程分類結(jié)果

表2 歷史徑流序列按徑流總量分級(jí)

水則集中在汛后期6～8 月?？紤]來(lái)水在汛期存在的時(shí)間差異，依據(jù)月平均流量為前豐后枯和前枯后豐徑流過(guò)程將歷史徑流序列劃分為兩類水文子序列。

根據(jù)流域的徑流特性，設(shè)P1為2～5 月徑流量占全年徑流總量百分比的平均值，P2為6～8 月徑流量占全年徑流總量百分比的平均值，計(jì)算公式分別為：

式中，Pi,j表示第i 年第j 月徑流量占當(dāng)年徑流總量的百分比。

2.2 分類結(jié)果

3 按徑流總量分級(jí)

流域的年徑流量波動(dòng)較大且有明顯的豐枯規(guī)律，將歷史徑流序列按年徑流總量分級(jí)，劃分成豐、平、枯三個(gè)級(jí)別的水文子序列。

3.1 分類標(biāo)準(zhǔn)

參照《能量指標(biāo)復(fù)核》中對(duì)于水電站A 典型年的選取標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)Qi為年平均流量，取Q 為多年平均流量，Q25%為保證率為25%的年平均流量，為保證率為Q75%的年平均流量，Qi的計(jì)算公式如下：

式中：Qi,j為第i 年第j 月的平均流量，單位m3/s。

3.2 分類結(jié)果

4 結(jié)論

本文從徑流周期、徑流過(guò)程和徑流總量三個(gè)方面劃分歷史徑流序列，解決了能量指標(biāo)研究中徑流序列劃分方法單一且缺乏科學(xué)依據(jù)的問(wèn)題，通過(guò)不同的分類方式全面闡釋了流域徑流的特征。