梯级水库建设背景下金沙江上游水沙变化特性_王远龙.pdf
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1、第 40 卷 第 1 期2023 年 1 月长江科学院院报Journal of Changjiang iver Scientific esearch InstituteVol 40No 1Jan 2023收稿日期:2022 03 01;修回日期:2022 07 31基金项目:长江水科学研究联合基金项目(U2040218)作者简介:王远龙(1977 ),男,四川冕宁人,工程师,主要从事水利水电工程管理工作。E-mail:374754106 qq com通信作者:朱玲玲(1984 ),女,江西鄱阳人,正高级工程师,博士,主要从事水沙输移及河道演变分析工作。E-mail:Zhull1012 foxm
2、ail comdoi:10 11988/ckyyb 202201772023,40(1):18 23,36梯级水库建设背景下金沙江上游水沙变化特性王远龙1,李圣伟2,朱玲玲2(1 华电金沙江上游水电开发有限公司,成都610041;2 长江水利委员会 水文局,武汉430010)摘要:金沙江上游水能资源丰富,规划开发 13 个梯级电站,河道水文泥沙情势及其变化对电站建设、调度运行有重要的影响。以金沙江上游岗拖、巴塘和石鼓水文站 19712020 年实测水文泥沙资料为基础,分析了近 50 a 金沙江上游水沙变化特性。结果表明:金沙江上游年际径流量和输沙量均呈现一定的增加趋势,且输沙量增幅较径流量明显
3、偏大,水沙相关关系和双累积曲线关系都在发生变化;年内汛期径流量占比较为稳定,输沙汛期集中的现象更为明显,受 2018 年白格大型滑坡事件的影响,20112020 年的 10、11 月份输沙量占比较以往有所提高;导致金沙江上游水沙变化的主要因素有降雨变化、大型滑坡事件和人类活动等,2018 年的白格滑坡和堰塞湖事件导致该年和 2020 大水年输沙量较近 50 a 均值偏大 91 7%148%。关键词:金沙江上游;梯级水库;径流量;输沙量;趋势性中图分类号:TV14文献标志码:A文章编号:1001 5485(2023)01 0018 06Water and Sediment Variations
4、in the Upper Jinsha iverunder the Background of Cascade eservoir ConstructionWANG Yuan-long1,LI Sheng-wei2,ZHU Ling-ling2(1.Huadian Jinsha iver Upstream Hydropower Development Co,Ltd,Chengdu610041,China;2.Bureau of Hydrology,Changjiang Water esources Commission,Wuhan430010,China)Abstract:Endowed wit
5、h abundant hydropower resources,the upstream of Jinsha iver is going to witness thirteencascade hydropower stations in planning The hydrological and sediment situation and its changes will have signifi-cant impact on the construction,dispatching and operation of the hydropower stations In this paper
6、,the varia-tions of water and sediment in the upper Jinsha iver in recent five decades are examined according to measuredhydrological and sediment data of Gangtuo,Batang and Shigu hydrological stations esults unveiled that the in-terannual runoff and sediment discharge in the upper Jinsha iver prese
7、nted increasing trend,and the increase ofsediment discharge was obviously larger than that of runoff In the meantime,the correlation between water andsediment and the double accumulation curve were both changing The proportion of runoff in flood season was rela-tively stable during the year,and the
8、concentration of sediment discharge in flood season was more obvious Af-fected by the Baige large landslide in 2018,the proportion of sediment discharge in October and November,2011 2020,was higher than that in the past The main factors leading to the changes of water and sediment in the upperJinsha
9、 iver include rainfall changes,large-scale landslide events and human activities The Baige landslide andthe following barrier lake led to a 91.7%148%increase in sediment discharge in 2018 and 2020 compared withthe average value in recent five decadesKey words:upper Jinsha iver;cascade reservoirs;run
10、off;sediment discharge;tendency第 1 期王远龙 等梯级水库建设背景下金沙江上游水沙变化特性1研究背景金沙江上游自巴塘河口以下进入横断山纵谷区,南流至石鼓,河长约 965 km,区间流域面积 7 65 万km2,为典型的深谷河段。特别是横断山纵谷段,河流穿行于高山峡谷之间,河道下切深,平均比降176,水流湍急,两岸山势陡峭,河谷至两岸山顶相对高差可达2 500 m 以上。金沙江上游水电规划河段为青海玉树巴塘河口云南迪庆奔子栏河段,全长约 772km,天然落差1 516 m,河道平均坡降196,采用 13级开发。其中,巴塘河段(从上游到下游)的叶巴滩、拉哇和巴塘(各
11、坝址间距离分别为 88、18 5 km)3 个梯级电站因不涉及环境敏感对象,且建设条件较好、工程规模较大、经济指标较优被推荐为近期开发工程。3 级电站的开发任务均以发电为主,同时兼顾保护生态环境、促进地区社会经济发展等综合效益 1 2。2021 年1 月31 日,苏洼龙水电站成功下闸蓄水,叶巴滩、巴塘电站已分别于 2019 年、2020 年大江截流,拉哇水电站于 2021 年 11 月 29 日实现大江截流。梯级电站开发阻隔河流,对河道径流、泥沙输移规律造成影响 3 4,进而影响梯级水库调度运行。本文以金沙江上游段岗拖、巴塘、石鼓水文站的长系列观测数据为对象,详细分析了金沙江上游水文泥沙年际、
12、年内变化特征及其主要影响因素,以期为梯级水电站规划建设及调度运行提供依据。2研究方法及数据源2012 年7 月,金沙江上游规划“一库十三级”的水电开发方案获得批复,2021 年1 月31 日,苏洼龙水电站成功下闸蓄水,叶巴滩、巴塘、拉哇电站已分别于2019 年、2020 年和 2021 年实现大江截流,预计都可在2025 年前建成。金沙江中游水电开发规划方案为“一库八级”,目前已建成的第一个电站为梨园,其下游依次是阿海、金安桥、龙开口、鲁地拉、观音岩电站,中游6 级电站从 2010 年开始陆续蓄水运行,2015 年均建成完工,总调节库容约 16 38 亿 m3。金沙江上游水沙的变化同时关系上游
13、和中游梯级水库的建设与调度运行。本文以金沙江上游岗拖至石鼓段为主要研究对象,基于河道内 19712020 年岗拖、巴塘、石鼓等水文站长系列的流量、含沙量观测数据,采用统计分析、M-K 趋势检验等方法,分析金沙江上游段近50 a的径流泥沙变化规律,观测数据均来源于长江水利委员会水文局(观测数据具体情况如表 1),其中岗拖和巴塘站水文序列不够完整,M-K 趋势检验主要针对石鼓站的径流和泥沙。表 1金沙江上游控制站观测数据情况Table 1Observation data in the upper Jinsha iver控制站集水面积/km2观测内容时间序列岗拖149 072流量19712020 年
14、(缺 1990 年和 1994 年)巴塘179 612石鼓214 184流量、含沙量19712020 年(流量缺 19891991 年,含沙量缺 19891996 年)19712020 年岗拖水文站位于分析河段进口,集水面积约14 9 万 km2,其上游为少沙区域,因此该站不开展泥沙观测,巴塘水文站位于岗拖站下游约 280 km处,集水面积约为 18 0 万 km2,上、下游分别为在建的巴塘和苏洼龙水电站,石鼓站为金沙江上游出口控制性水文站,集水面积约为 21 4 万 km2,位于巴塘水文站下游约 400 km。岗拖至巴塘区间的支流相对发育,其中,叶巴滩水电站坝址至苏洼龙水电站库尾河段长约11
15、9 km,流域面积16 149 km2,区间河段多年平均流量为 114 m3/s;其间汇入的支流主要有罗麦曲、斜曲、西曲和玛曲,支流流域面积总计10 454 km2,约占该河段流域面积的 64 7%,支流多年平均流量总计81 0 m3/s,约占该河段多年平均流量的 71 1%1。巴塘和石鼓站均有泥沙观测项目。3径流泥沙变化特征分析31年际变化在分时段统计金沙江上游控制性水文站年径流量和输沙量变化特征时,岗拖站和巴塘站有部分年份观测资料缺失,但上下游控制站年径流量和年输沙量存在较好的相关关系(如图 1 所示),因此,对于缺失的年份,采用上下游站相关关系进行插补,统计插补完整后的序列各时段年径流量
16、和年输沙量均值如表 2 所示。自 1971 年以来,金沙江上游控制站年径流量和年输沙量均呈递增的变化趋势,20112020 年岗拖、巴塘和石鼓站年均径流量分别为 215亿、329 亿、433 亿 m3,相较于此前的各时段,大多有所增 大,其 中 较 19711980 年 均 值 分 别 偏 大36 9%、27 5%和 11 6%,增幅沿程递减;20112020 年巴塘和石鼓站年均输沙量分别为2 431万 t和 3 453 万 t,两个控制站年均输沙量自 1971 年以来持续增加,相较于 19711980 年均值增幅分别高达 92 9%和 99 1%,年均含沙量分别由 0 488、0 447 k
17、g/m3增大至 0 739、0 797 kg/m3,石鼓站含沙量增幅较巴塘站更为明显。91长江科学院院报2023 年图 1金沙江上游不同控制站年径流量和年输沙量相关关系Fig1Correlation between annual runoff and annualsediment discharge among different control stationsin the upper Jinsha iver表 2金沙江上游不同时段多年平均径流量和输沙量变化Table 2Changes of multi-year average runoff and sedimentdischarge in
18、 different periods in the upper Jinsha iver年限岗拖巴塘石鼓径流量/(亿m3)径流量/(亿m3)输沙量/(万t)含沙量/(kgm3)径流量/(亿m3)输沙量/(万t)含沙量/(kgm3)197119801572581 2600 4883881 7340447198119901832791 6140 5784222 5120595199120001482771 6730 6044343 0070693200120101963131 9180 6134393 0940705201120202153292 4310 7394333 4530797一般地,流域
19、水沙关系发生明显变化,其主要控制站年径流量和年输沙量双累积曲线斜率将明显改变。用双累积关系分析产沙量的变化能反映一定径流量水平条件下的相对产沙比例,不仅能反映产沙量绝对量的变化,且可在一定程度上扣除径流量变化的影响,反映流域植被及人类活动等因素的变化对产沙的影响。金沙江上游巴塘和石鼓站的水沙双累积曲线见图 2,巴塘站大概在 2009 年前后、石鼓站自 1998 年开始出现输沙量增幅超过径流量的现象,双累积曲线的斜率发生改变,且石鼓站变化更为明显。相应地,巴塘站 20112020 年的年均输沙量相较于 20012010 年增大了 26 7%,而年径流量仅增加 9 7%,石鼓站 20112020
20、年的年均输沙量相较于 19912000 年增大了 14 8%,但径流量基本无变化。径流量和输沙量非一致性变化也可以通过两者的相关关系来体现(如图 3),巴塘站在 2009年之后,径流相对偏丰的年份,同径流条件下年输沙量偏大,石鼓站不同,几乎在各类年份,1998 年之后与之前相比,同径流条件下年输沙量都呈增加的趋势。图 2金沙江上游巴塘站和石鼓站年径流量和年输沙量双累积曲线Fig2Double cumulative curves of runoff and sedimentdischarge at Batang station and Shigu stationin the upper Jins
21、ha iver2018 年10 月10 日和11 月3 日,大量强降雨及持续降雨作用下,西藏昌都市江达县波罗乡白格村日安组先后发生 2 次大型库岸岩质滑坡,总方量约3 380万 m3,滑坡体迅速形成长约 270 m、可见高近60 m的堰塞坝,阻断金沙江干流,形成堰塞湖。两次堰塞湖险情先后经自然和人工泄流后解除,最大下泄流量分别达到 10 000、31 000 m3/s5(万年一遇洪水),大洪水同时挟带滑坡体泥沙和河道河床上的泥沙往下游输移,下游巴塘站先后出现 21 6、42 0 kg/m3的沙峰过程,两次滑坡堆积至金沙江河道内的土体体积约 5 300 万 t6,从而导致 2018 年及此后,堰
22、塞湖下游的巴塘和石鼓站年输沙量再次增加。02第 1 期王远龙 等梯级水库建设背景下金沙江上游水沙变化特性图 3金沙江上游巴塘站和石鼓站年径流量 年输沙量相关关系Fig3Correlation between annual runoff and sedimentdischarge at Batang station and Shigu stationin the upper Jinsha iver进一步采用 M-K 趋势检验方法,针对 19712020 年石鼓站的年径流量、年输沙量变化的趋势性和突变性进行分析,通过分析统计序列 UF 值和 UB值的具体变化,可以研究其趋势性,且可以明确突变的时间
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