ABSTRACT

In the past, the analysis of the water and sediment characteristics in the Jinsha River, mainly aims at the overall analysis of the trunk stream in the downstream of Jinsha River, rather than the single analysis on water and sediment characteristics in a certain period of downstream river. In recent years, affected by changes of climate and watershed underlying surface conditions, and the influence of water storage operation on cascade hydropower stations in Jinsha River, river water and sediment characteristics also had a series of new changes. Therefore, it is necessary to analyze the characteristics of water and sediment in the reservoir section of the proposed Baihetan hydropower station at present. This paper is starting from this demand, based on the existing data, in Baihetan Hydropower Station Reservoir area of the object. In addition to focusing on the main stream reach, the analysis of the tributary of the reservoir is also included, and by choosing the Baihetan reservoir area located in a storage library control station, outbound control station and tributary control station, using the methods of hydrological mathematical statistics and comparative analysis, taking Baihetan reservoir reach as the object to summarize the basic characteristics of the river water and sediment analysis over the years and adopting conventional hydrological mathematical statistics method and comparative analysis method, the coming water and sediment characteristics in Baihetan reservoir reach over the years have been systematically analyzed, finding out the specific time node of water sediment characteristics and analyzing the causes of change. In conclusion, with current commonly used hydrological statistics method and comparative analysis method, this paper used the existing hydrological data to make systematic analysis on river water and sediment characteristics, laying good foundation for optimizing the operation and management methods of Baihetan reservoir, comparing the change influences and predicting the change trend of water and sediment characteristics after the operation of Baihetan reservoir.

Keywords:Hydropower Development, The Lower Reaches of Jinsha River, Baihetan Reservoir, Characteristics of Water and Sediment

白鹤滩库区河段水沙特性初步分析研究

彭畅，冉啟香，平妍容

长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局，重庆

收稿日期：2017年12月15日；录用日期：2017年12月29日；发布日期：2018年1月5日

摘 要

过去在对金沙江进行水沙特性分析时，大多主要针对金沙江下游河段干流进行整体分析，未单独对下游某一段河道进行水沙特性分析。而近年来，受气候、流域下垫面条件变化，以及金沙江梯级水电站蓄水运行等影响，河道水沙特性也发生一系列新的变化，因此有必要在现阶段对拟建白鹤滩水电站库区河段的水沙特性进行分析研究。本文正是从这种需求出发，基于现有资料，以拟建白鹤滩水电站库区河段为对象，除关注干流河段外，还加入库区所含支流河段的分析，通过选择白鹤滩库区所在河段入库控制站、出库控制站以及支流控制站，采用常规的水文数理统计和对比分析等方法，从入库、出库及区间来水来沙变化情况三个方面对白鹤滩库区所在河道历年来的来水来沙特性进行系统分析，找出水沙特性变化的具体时间节点并分析变化原因等。为优化白鹤滩水库运行和管理方式、对比水库建成投入使用后河道水沙特性变化影响，以及为预测白鹤滩水库建成投入使用后出入库水沙变化趋势奠定一些基础。

关键词 :水电开发，金沙江下游，白鹤滩水电站，水沙特性

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1. 引言

正在建设中的白鹤滩水电站是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站，具有以发电为主，兼有防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益 [1] 。白鹤滩水电站库区所在河段的来水来沙条件将直接影响白鹤滩水库的调度运行，且白鹤滩电站的投入使用将改变河道的边界条件，使下游河道的水沙条件发生较大变化，对下游溪洛渡水电站的运行及下游河道的健康状况都有着巨大影响 [2] 。本文通过对现状条件下白鹤滩水电站所在河段水沙特性展开分析研究，为优化白鹤滩电站运行管理方式、对比水库建成投入使用后河道水沙特性变化影响，以及为预测白鹤滩水库建成投入使用后出入库水沙变化趋势奠定一些基础。

从收集的其他资料文献看出，过去在对金沙江水沙特性分析时，所选资料系列时间久远，对近年水沙特性分析不多，且主要针对金沙江下游河段干流，未单独对某一段河道进行水沙特性分析。近年来，受气候、流域下垫面条件变化，以及金沙江中上游梯级水电站陆续建成蓄水运用等影响，加之2013年5月溪洛渡水电站开始初期蓄水，2013年白鹤滩水电站主体工程正式开工建设 [3] ，金沙江下游河道水沙特性出现了一些新变化，河道水沙特性也发生一系列变化。因此有必要在现有环境状态下单独对白鹤滩库区的水沙特性进行分析研究。本文以白鹤滩库区为对象进行近年出入库水沙特性分析，除关注干流水沙特性外，还进一步分析了库区所含支流的水沙特性。基于现有资料基础上采用数理统计、对比分析等方法，从白鹤滩出库和入库径流、泥沙的年际、年内变化方面入手，详细分析白鹤滩库区所在河道历年水沙特性；通过径流量与输沙量的双累积水沙相关关系曲线对比，找出水沙特性变化的具体时间节点并分析变化原因。

2. 流域水沙概况

白鹤滩库区内洪水是在金沙江上游融雪(冰)径流的基础上，加金沙江中下游暴雨洪水所形成，且以暴雨洪水为主。每年5月开始降雨逐渐增多，一般雨区自上游向下游移动发展。库区内洪水一般发生在6月下旬至10月中旬，尤以7~9月最集中。

金沙江攀枝花以下为金沙江下游，区域内地质构造复杂，极易形成滑坡、泥石流 [4] 。巧家地区华弹站年均输沙模数365 t/km²∙a，向家坝(屏山)站年均输沙模数454 t/km²∙a。攀枝花–华弹区间输沙模数为1896 t/km²∙a (不含雅砻江)，华弹–向家坝(屏山)区间输沙模数约为2105 t/km²∙a，是金沙江流域主要产沙区 [5] 。

金沙江流域水文站点分布较多较广，本文收集了乌东德站、华弹站、攀枝花站、桐子林站、宁南站、尼格站、小江站7个站至2014年的长系列水文资料进行分析，如表1。

3. 入库站水沙特性分析

白鹤滩水电站上接乌东德水电站，采用乌东德水电站控制出口站乌东德站作为白鹤滩水电站入库控制站。

乌东德站年径流量多年均值为1149亿m³，从图1看出，各年年径流量有一定变化，变化幅度在20%左右，主要是水文随机过程的一种波动，无明显趋势性变化。从图2看出，乌东德站所在河段主汛期在7~9月，洪峰多出现在7月，汛期(6~10月)径流量占全年总量的70%左右，该比例近年来有所变化，但未表现出规律性。

由于乌东德站输沙量数据系列较短，本文通过分析上游干流攀枝花站和支流雅砻江桐子林站输沙情况，以了解白鹤滩水库上游控制站来沙变化规律 [6] 。

通过对攀枝花站和桐子林站的输沙量统计及点绘攀枝花站累积径流量与累积输沙量关系曲线(图3)看出，白鹤滩库区上游干流攀枝花站年输沙量和径流量的点据较集中，相关关系较好。1991~2010年间同径流量下输沙量较1990年前略有增加，至1998年该趋势仍得以保持，2005年左右同径流量下输沙开始减少，分析原因主要是水土保持工作的展开，输沙量转为减少。2010后由于上游水电站陆续投入使用，使得清水下泄，同径流量下输沙量大幅减少。2014年较1991~2010年均值减少87.4%。

支流雅砻江年输沙量波动较大，但无明显趋势性变化，年径流量各年间变化较小，年均输沙量约为1420万t。

4. 出库水沙特性分析

白鹤滩水文站位于白鹤滩坝址上游附近，是2014年由华弹站下迁至坝址下游改为白鹤滩站，因白鹤滩站资料系列较短，故仍采用华弹站资料分析白鹤滩库区出库水沙特性。

从表2和图4看出，华弹站径流量近年来变化较小，无趋势性变化，主要表现为随机波动变化。河段年内

表1. 白鹤滩库区各站资料情况一览表

图1. 乌东德站径流量多年变化对比图

图2. 乌东德站流量过程线图

图3. 攀枝花站累积水沙相关曲线图

图4. 华弹站流量过程线图

分配汛期、非汛期径流量占全年的百分比并未发生较大变化，汛期径流量约占全年水量75%，非汛期约占25%。从白鹤滩库区范围内上下游站洪枯比对比可知，乌东德站2006年来洪枯比均值为16.2，最大最小分别为华弹站多年来洪枯比在15左右，均未表现出趋势性变化。库区内洪枯比沿程减小。

从表2和图5看出华弹站近年来汛期输沙量占全年的百分比持续减少，非汛期输沙量占全年的百分比持续增加，但汛期输沙量占全年的百分比仍保持在90%以上，非汛期在10%以下，输沙仍较集中。

通过累积水沙相关曲线(图6)和表2可以看出来沙年际变化较大，近年沙量不断减小。华弹站1990年左右同径流量下输沙量开始增加，1991~1998年间华弹站年均输沙量呈增加的趋势，平均增多32.54%，主要是由于期间金沙江段人类活动影响加大，水流含沙量增加。1998年后同径流量下输沙量骤减，较1990年前减少13.61%，较1991~1998年均值减少34.82%，除上游二滩水电站的修建使得雅砻江一部分泥沙在库区内淤积外，主要还是

由于对水土保持的越来越重视，使得区间产沙量减少。至2010年后由于上游金安桥、阿海等水电站的陆续投入使用，同径流量下输沙量进一步减少。2011年水量较枯，同时受金安桥水电站蓄水影响，输沙量较1990年前均值减少73.6%，2012年、2014年年输沙量较1990年前均值分别减少30.8%和59.59%。

5. 库区主要支流水沙特性

5.1. 黑水河

黑水河是金沙江白鹤滩库区内左岸一级支流，位于金沙江下游四川省凉山彝族自治州境内，河口距白鹤滩坝址约33 km。干流河长174 km，流域面积3596 km²。黑水河河口上游约25 km处设有宁南水文站，集水面积3074 km²控制流域面积的85% [6] 。据收集到的宁南站多年资料看来，黑水河汛期为6~10月，与金沙江干流一致，汛期水量占全年水量的70%左右，输沙高度集中在汛期，沙峰多出现在7月，见图7和图8。

1990年前宁南站多年年平均径流量为21.40亿m³，多年年输沙量为413万t。2006年以来，多数年份年径流量在20亿m³左右变化，输沙量变化范围则较大。2008年、2012年径流量明显偏大，分别偏多27.43%、32.62%，同年输沙量则分别偏多136.56%、173.61%，见表3。

从宁南站多年水沙相关关系图(图9)中可以看出：宁南站年输沙量和径流量的点据较为散乱，相关关系较差，特别是中大水时，输沙量变化幅度较大，尤其是2008年和2012年分别发生了地震和泥石流，导致沙量大幅增加。较1964~1990年相比，2006年后宁南站水沙相关关系尚未发现明显变化。

从表4看出支流黑水河与干流的来水来沙关系。黑水河宁南站集水面积占干流华弹站集水面积的7.89‰，1964~1990年间宁南站年均径流量占华弹站的17.43‰，2006年以来，该比例有一定变化，但变化幅度较小。

表2. 华弹站径流量和输沙量多年变化对比表

图5. 华弹站含沙量变化过程图

图6. 华弹站累积水沙相关曲线图

图7. 宁南站流量过程线图

图8. 宁南站输沙率过程图

图9. 宁南站水沙相关关系图

表3. 宁南站多年水沙量统计表

注：“变化率”为相对1964~1990年均值变化。

表4. 宁南站、华弹站径流量比和输沙量比对照表

1964~1990年间宁南站年均输沙量占华弹站的23.33‰，2006年以来，该比例有较明显的提升。

5.2. 普渡河

普渡河为白鹤滩库区右岸的一级支流，位于云南省中部，金沙江下游地区，河口距白鹤滩坝址约143 km。普渡河全流域面积11,751 km²，河长346 km，总落差1943 m，干流平均比降约5.38‰。年输沙量约为149万t。普渡河河口控制站为尼格站，建于2009年，断面以上控制面积为11,634 km²，占全流域面积的99%。根据尼格站的径流资料，普渡河汛期为6~10月，与金沙江干流一致，汛期水量占全年水量的70%左右。从尼格站年输沙过程来看，黑水河输沙集中在汛期，汛期沙量占全年沙量的95%左右，沙峰多出现在6月，见图10和图11。

根据尼格站2009~2014年水沙相关资料(表5)，2009~2014年间尼格站年平均径流量为13.96亿m³，年均输沙量为56.5万t。点绘尼格站2009~2014年水沙相关关系图(图12)，各年点据较为散乱，暂无明显相关关系。

表5. 尼格站多年水沙量统计表

图10. 尼格站流量过程线图

图11. 尼格站含沙量过程线图

图12. 尼格站水沙相关关系图

5.3. 小江

小江为库区右岸一级支流，河口距白鹤滩坝址约93 km。小江河口控制站小江水文站，控制流域面积的72%。小江长134 km，流域面积约3120 km²，天然落差约1510 m，多年平均流量约51 m³/s，水能理论蕴藏量25.6万KW。流域内植被稀少，有50多条泥石流冲沟，是著名的泥石流频繁暴发地区。

小江上曾设有小江水文站，位于云南省东川市绿茂镇河里湾村，控制流域面积2241 km²，占小江流域面积72%。目前小江水文站因故已被撤销，下游没有合适的水文控制站。根据小江站1964~1966年、1974~1989年径流资料，小江年均径流量为10.4亿m³，占华弹站径流量的8.53‰，小江站集水面积占华弹站的4.97‰。

5.4. 以礼河

以礼河为库区右岸一级支流，河口距白鹤滩坝址约57 km。入汇口距离白鹤滩坝址约57 km。以礼河全长120 km，流域面积2558 km²，年均输沙量约为160万t。以礼河上游会泽县钟屏镇毛家村建有世界第二、全国最大的土坝—毛家村水库大坝，库容5.53亿m³，库区回水长30 km。目前以礼河上已经建成了4座梯级电站，装机容量32.15万kw，年平均发电量16亿kwh，其开发程度占全河水电蕴藏量的96%以上，是长江支流中水电资源利用得最充分的河流之一。以礼河出口无控制水文站。

6. 主要结论

1) 白鹤滩库区入库乌东德站各年年径流量有一定变化，无明显趋势性变化。上游干流攀枝花站年输沙量和径流量相关关系较好。2010后同径流量下输沙量大幅减少。支流雅砻江年输沙量波动较大，但无明显趋势性变化，年径流量各年间变化较小。

2) 白鹤滩库区出库华弹站径流量近年来变化较小，无趋势性变化，库区径流在时间上分配不平衡程度沿程减小。华弹站输沙量呈现先增加后减少的趋势，2010年后输沙量进一步减少，年内分配上，近年来汛期输沙量占全年的百分比持续减少，但仍保持在90%以上，输沙仍较集中，但水沙相关关系较差。

3) 库区支流黑水河年径流量在21亿m³左右，多年来无趋势性变化。黑水河输沙量占华弹站的比例近年来有一定提升。宁南站水沙相关关系较差，中高水时输沙量变幅较大，输沙高度集中在汛期。

4) 库区支流普渡河尼格站年均径流量和输沙量分别为13.96亿m³、56.5万t，暂无明显水沙相关关系。

文章引用

彭 畅,冉啟香,平妍容. 白鹤滩库区河段水沙特性初步分析研究
Preliminarily Analyze the Water and Sediment Characteristics of Baihetan Reservoir[J]. 水资源研究, 2018, 07(01): 97-108. http://dx.doi.org/10.12677/JWRR.2018.71011

参考文献 (References)