不同水文序列下的径流规律分析

张婷

（湖北文理学院理工学院，湖北 襄阳441025）

水电站的能量指标反映水电站的能量特性，主要包括保证出力、多年平均发电量和多年平均耗水率；能量指标复核前往往需要对流域的径流规律进行分析。肖文琼[1]等通过研究水文规律和电站的实际运行调度得到影响电站能量指标的因素；李子婷[2]和李慧[3]则以安康水电站为例，研究分析径流序列延长后能量指标的变化趋势。

目前对于径流分析的方法较为单一；肖文琼等使用的径流数据较短，缺乏规律性，李子婷和安慧虽然分析了较长的水温序列，但仅以水文序列长度来划分历史水文序列的方法缺乏代表性和说服力。本文以某流域为研究对象，从径流周期、径流过程和径流总量三个角度入手，对比分析径流规律并提出分类标准分类。

1 连续径流的丰枯分段

1.1 丰枯周期

通过小波分析方法得到相应的时间尺度下历史径流序列存在的平均周期和丰枯变化特征。

目前，可以选择的小波函数有Mexican hat 小波、Haar 小波、Morlet 小波和Meyer 小波。根据研究需要，我们选用Morlet 连续复小波变换[4]，将系数代入式小波方差公式（1）得到径流变化的小波方差，并可绘制小波方差图（如图1 所示）。

图1 小波方差图

由图1 可知，最大峰值对应的时间尺度为29 年，这说明此时间尺度下震荡最强，是历史径流时间序列的第一主周期。

1.2 丰枯分段

依据丰枯周期的计算结果，找出时间尺度为29 年所对应的小波系数，并绘制出其小波系数图（如图2 所示）。

图2 水电站A 坝址年径流量的29 年特征时间尺度小波实部过程线

由图2 可知，在29 年特征时间尺度上历史径流序列总共出现了7 次丰枯交替，而丰枯交替的周期大约为10 年。选择历史径流序列中1960～2009 年作为研究对象，将径流序列划分成5个连续的丰枯段（1960-1969，…）进行分析，并分别用Ai（i=1～5）表示。

2 按径流过程分类

2.1 分类标准

设P 为每月径流量占全年径流总量的百分比，计算公式为：

进一步逐年逐月分析Pi,j后可知，虽然水电站A 的来水都集中在汛期2-8 月，按但汛期内的具体来水情况却存在差异；有的年份汛期内来水集中在汛前期2～5 月，而有的年份汛期内来

表1 历史径流序列按径流过程分类结果

表2 历史径流序列按径流总量分级

水则集中在汛后期6～8 月。考虑来水在汛期存在的时间差异，依据月平均流量为前丰后枯和前枯后丰径流过程将历史径流序列划分为两类水文子序列。

根据流域的径流特性，设P1为2～5 月径流量占全年径流总量百分比的平均值，P2为6～8 月径流量占全年径流总量百分比的平均值，计算公式分别为：

式中，Pi,j表示第i 年第j 月径流量占当年径流总量的百分比。

2.2 分类结果

3 按径流总量分级

流域的年径流量波动较大且有明显的丰枯规律，将历史径流序列按年径流总量分级，划分成丰、平、枯三个级别的水文子序列。

3.1 分类标准

参照《能量指标复核》中对于水电站A 典型年的选取标准，设Qi为年平均流量，取Q 为多年平均流量，Q25%为保证率为25%的年平均流量，为保证率为Q75%的年平均流量，Qi的计算公式如下：

式中：Qi,j为第i 年第j 月的平均流量，单位m3/s。

3.2 分类结果

4 结论

本文从径流周期、径流过程和径流总量三个方面划分历史径流序列，解决了能量指标研究中径流序列划分方法单一且缺乏科学依据的问题，通过不同的分类方式全面阐释了流域径流的特征。