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摘要 利用2008～2012年贵州清水河流域大花水水电站逐日入库流量、库水位和面雨量资料进行了相关分析和多元回归计算，针对电站300和500 m3/s 2个关键入库流量，研究给出了该电站流域洪水临界面雨量指标。结果表明，大花水水电站库容水位涨落与入库流量密切相关，入库流量>300 m3/s时，水位上涨明显；电站入库流量分别与前1 d流量、前1 d面雨量和前10 d累积面雨量的相关性均较好，相关系数R2分别为0.512、0.426和0.500；临界面雨量指标表明，前日入库流量相对较小时，需要较大的面雨量才有可能形成300或500 m3/s流量洪水，而前日入库流量相对较大时，仅需要相对较小的面雨量就有可能形成300或500 m3/s流量洪水。
关键词 大花水水电站；入库流量；相关分析；临界面雨量
中图分类号 S164 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）12-166-03
Abstract Dahuashui hydropower station daily inflow， reservoir water level and area rainfall data are used to the correlation analysis and multiple regression calculation， aiming at the 300 and 500 m3/s two key inflow of the power station， study gives the power station critical area rainfall index. The result showed that： Dahuashui hydropower station reservoir water level is closely related to reservoir inflow. When the inflow is greater than 300 m3/s， water level rose significant. The reservoir inflow of hydropower station has fairly good correlation with the yesterday’s flow， yesterday’s area rainfall and the cumulative area rainfall before ten days， the correlation coefficient R2 is 0.512， 0.426 and 0.500. The critical area rainfall index showed that： when yesterday’s flow is relatively low， needs greater area rainfall to form 300 or 500 m3/s flow； when yesterday’s flow is relatively high， only needs litter area rainfall to form 300 or 500 m3/s flow.
Key words Dahuashui hydropower station； Reservoir inflow； Correlation analysis； Critical area rainfall
大花水水电站位于贵州省开阳县与福泉市交界处，是乌江南岸支流清水河干流水电梯级规划中的第3个梯级[1]。电站位于清水河中游，坝址控制流域面积4 328 km2，多年平均流量75.8 m3/s。水库正常蓄水位868 m，死水位845 m。
一定量级和强度的降雨是造成山洪灾害的主要因素。一个流域或区域某时段内雨量达到或超过某一量级和强度时，该流域或区域将发生洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害，这时的降雨量称为该流域或区域的临界面雨量。国内许多学者针对地质灾害临界面雨量研究方面做了一些有益的探索[2-8]。
面雨量是某一确定区域给定时段内平均雨量的大小，是影响水电站入库流量的主要因素。对于水电站来说，降雨诱发的洪水对电站安全生产影响重大，因此，水电站流域洪水临界面雨量的研究具有重要意义。
笔者利用2008～2012年贵州清水河流域大花水水电站逐日入库流量、库水位和面雨量资料进行相关分析和多元回归计算，针对电站关键入库流量，研究确定电站流域洪水临界面雨量，为电力调度和电站生产管理提供参考，以保障电力安全运营，更好地服务于经济社会。
1 资料和方法
资料来源于贵州乌江水电开发有限责任公司，包括大花水水电站流域2008～2012年逐日面雨量、库水位、入库流量等。利用SPSS软件中多元回归分析功能计算大花水水电站流域面雨量和其他因子对入库流量的影响关系，建立回归方程，同时，针对电站入库流量关键值，分析给出临界面雨量指标。
多元线性回归分析是指建立因变量与多个自变量之间的回归关系函数表达式，关系式表达为：
Y=a+b1X1+b2X2+…+bkXk，式中，Y为因变量，在此表示入库流量；X1、X2、…、Xk为自变量，在此分别表示前1 d面雨量、前10 d累积面雨量和前1 d入库流量；a为常数项；b1、b2、…、bk为回归系数。
某一时刻的入库流量除了与前1 d面雨量和前1 d流量相关外，与前期累积面雨量也有很好的相关性，主要原因是雨量降落地面并汇集到河流形成流量的过程需要一定时间，也就是说电站入库流量的大小相对于流域面雨量来说具有时间上的滞后性，所以除了选取前1 d面雨量和前1 d流量作为自变量外，还选取前10 d累积面雨量作为自变量进行回归分析。 2 结果与分析
2.1 大花水水电站水文基本特征
大花水水电站近5年观测资料显示，坝址入库流量平均为67.5 m3/s，最大流量为1 243.4 m3/s，出现在2008年7月24日。
由于大花水水电站处于乌江支流，来水量不受乌江干流电站人为因素影响，因此，通常情况下，该电站库容水位的涨落除与发电状况有关外，更主要与降雨产生的入库流量密切相关。对比分析入库流量和坝上水位数据（图1）发现，多数情况下，入库流量>300 m3/s时，水位上涨明显，平均涨幅为2.19 m，因此大于300 m3/s流量的来水对大花水水电站安全生产具有一定的威胁性。5～10月是洪水较为频发的时期，300 m3/s以上的洪水过程相对较多，11月～次年4月流域来水流量较小。5年中共出现31次入库流量达300 m3/s的脉动过程，平均每年约为6次，多数情况下，一次脉动过程持续1～2 d，占78%，最长持续4 d；入库流量超过500 m3/s的脉动过程相对较少，5年中共出现11次，脉动持续1～2 d。
2.2 大花水水电站流域洪水临界面雨量
将大花水水电站入库流量分别与前1 d流量、前1 d面雨量和前10 d累积面雨量进行相关分析，绘制散点图（图2），结果表明，大花水水电站入库流量与三者的相关性均较好，相关系数R2分别为0.512、0.426、0.500。大花水水电站所处流域属于乌江支流，其上游无大型电站，受人为因素影响较小，所以其入库流量与面雨量的相关性较好。
通过SPSS软件建立大花水水电站入库流量与3个因子的回归关系表达式为：Y=1.828 + 7965R1+0.441R10+0.515F，式中，R1表示前1 d面雨量，R10表示前10 d累积面雨量，F表示前1 d流量。回归方程的R2值为0.77。
根据电站实际工作要求，300 和500 m3/s入库流量是该电站安全生产的2个关键值。为此，针对这2个关键流量值，通过上述回归方程可以计算出不同条件下的面雨量值，形成该电站流域洪水临界面雨量指标（表1～2）。根据表1～2可以绘制不同条件下大花水水电站达300和500 m3/s流量洪水时可能需要的临界面雨量图（图3）。
从表1～2和图3可以看出，前1 d入库流量相对较小时（如50 m3/s），需要较大的面雨量（25.9～32.0 mm）才有可能形成300 m3/s流量洪水，而前1 d入库流量相对较大时（如250 m3/s），仅需要较小的面雨量（13.0～19.1 mm）就有可能形成300 m3/s流量洪水；同样，前1 d入库流量在200 m3/s时，需要较大的面雨量（41.3～47.4 mm）才有可能形成500 m3/s流量洪水，而前1 d入库流量为450 m3/s时，仅需要相对较小的面雨量（25.1～31.2 mm）就有可能形成500 m3/s流量洪水。
3 小结
（1）大花水水电站库容水位的涨落除与发电状况有关外，更主要与降雨产生的入库流量密切相关，入库流量>300 m3/s时，水位上涨明显。
（2）大花水水电站入库流量与前1 d流量、前1 d面雨量和前10 d累积面雨量的相关性均较好，相关系数R2分别为0.512、0.426、0.500。
（3）针对300和500 m3/s这2个关键流量，通过回归计算给出了不同条件下的临界面雨量指标，临界面雨量指标表明，前日入库流量相对较小时，需要较大的面雨量才有可能形成300或500 m3/s流量洪水，而前日入库流量相对较大时，仅需要相对较小的面雨量就有可能形成300或500 m3/s流量洪水。
参考文献
[1]冯欢.清水河流域水电站梯级联合优化调度管理[J].科技与创新，2014（16）：94-95
[2]朱家敏，姚素香，顾小丽，等.浙江宁波市地质灾害的雨量阈值及预报分析[J].中国地质灾害与防治学报，2011，22（4）：85-87，42-47.
[3] 陈静静，姚蓉，文强，等.湖南省降雨型地质灾害致灾雨量阈值分析[J].灾害学，2014，29（2）：42-47.
[4] 白利平，孙佳丽，南赟.北京地区泥石流灾害临界雨量阈值分析[J].地质通报，2008，27（5）：674-680.
[5] 王继竹，郭英莲.湖北省中小流域山洪临界面雨量计算方法及应用[J].安徽农业科学，2013，41（17）：7535-7537.
[6] 樊建勇，单九生，管珉，等.江西省小流域山洪灾害临界雨量计算分析[J].气象，2012，38（9）：1110-1114.
[7] 周秀美，苗芸，程林.红河州地质灾害临界雨量及预报方法初探[J].云南地理环境研究，2012，24（3）：37-42.
[8] 胡伯谦.河北省诱发山洪灾害的临界雨量分析[J].南水北调与水利科技，2006（4）：28-29.
关键词 大花水水电站；入库流量；相关分析；临界面雨量
中图分类号 S164 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）12-166-03
Abstract Dahuashui hydropower station daily inflow， reservoir water level and area rainfall data are used to the correlation analysis and multiple regression calculation， aiming at the 300 and 500 m3/s two key inflow of the power station， study gives the power station critical area rainfall index. The result showed that： Dahuashui hydropower station reservoir water level is closely related to reservoir inflow. When the inflow is greater than 300 m3/s， water level rose significant. The reservoir inflow of hydropower station has fairly good correlation with the yesterday’s flow， yesterday’s area rainfall and the cumulative area rainfall before ten days， the correlation coefficient R2 is 0.512， 0.426 and 0.500. The critical area rainfall index showed that： when yesterday’s flow is relatively low， needs greater area rainfall to form 300 or 500 m3/s flow； when yesterday’s flow is relatively high， only needs litter area rainfall to form 300 or 500 m3/s flow.
Key words Dahuashui hydropower station； Reservoir inflow； Correlation analysis； Critical area rainfall
大花水水电站位于贵州省开阳县与福泉市交界处，是乌江南岸支流清水河干流水电梯级规划中的第3个梯级[1]。电站位于清水河中游，坝址控制流域面积4 328 km2，多年平均流量75.8 m3/s。水库正常蓄水位868 m，死水位845 m。
一定量级和强度的降雨是造成山洪灾害的主要因素。一个流域或区域某时段内雨量达到或超过某一量级和强度时，该流域或区域将发生洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害，这时的降雨量称为该流域或区域的临界面雨量。国内许多学者针对地质灾害临界面雨量研究方面做了一些有益的探索[2-8]。
面雨量是某一确定区域给定时段内平均雨量的大小，是影响水电站入库流量的主要因素。对于水电站来说，降雨诱发的洪水对电站安全生产影响重大，因此，水电站流域洪水临界面雨量的研究具有重要意义。
笔者利用2008～2012年贵州清水河流域大花水水电站逐日入库流量、库水位和面雨量资料进行相关分析和多元回归计算，针对电站关键入库流量，研究确定电站流域洪水临界面雨量，为电力调度和电站生产管理提供参考，以保障电力安全运营，更好地服务于经济社会。
1 资料和方法
资料来源于贵州乌江水电开发有限责任公司，包括大花水水电站流域2008～2012年逐日面雨量、库水位、入库流量等。利用SPSS软件中多元回归分析功能计算大花水水电站流域面雨量和其他因子对入库流量的影响关系，建立回归方程，同时，针对电站入库流量关键值，分析给出临界面雨量指标。
多元线性回归分析是指建立因变量与多个自变量之间的回归关系函数表达式，关系式表达为：
Y=a+b1X1+b2X2+…+bkXk，式中，Y为因变量，在此表示入库流量；X1、X2、…、Xk为自变量，在此分别表示前1 d面雨量、前10 d累积面雨量和前1 d入库流量；a为常数项；b1、b2、…、bk为回归系数。
某一时刻的入库流量除了与前1 d面雨量和前1 d流量相关外，与前期累积面雨量也有很好的相关性，主要原因是雨量降落地面并汇集到河流形成流量的过程需要一定时间，也就是说电站入库流量的大小相对于流域面雨量来说具有时间上的滞后性，所以除了选取前1 d面雨量和前1 d流量作为自变量外，还选取前10 d累积面雨量作为自变量进行回归分析。 2 结果与分析
2.1 大花水水电站水文基本特征
大花水水电站近5年观测资料显示，坝址入库流量平均为67.5 m3/s，最大流量为1 243.4 m3/s，出现在2008年7月24日。
由于大花水水电站处于乌江支流，来水量不受乌江干流电站人为因素影响，因此，通常情况下，该电站库容水位的涨落除与发电状况有关外，更主要与降雨产生的入库流量密切相关。对比分析入库流量和坝上水位数据（图1）发现，多数情况下，入库流量>300 m3/s时，水位上涨明显，平均涨幅为2.19 m，因此大于300 m3/s流量的来水对大花水水电站安全生产具有一定的威胁性。5～10月是洪水较为频发的时期，300 m3/s以上的洪水过程相对较多，11月～次年4月流域来水流量较小。5年中共出现31次入库流量达300 m3/s的脉动过程，平均每年约为6次，多数情况下，一次脉动过程持续1～2 d，占78%，最长持续4 d；入库流量超过500 m3/s的脉动过程相对较少，5年中共出现11次，脉动持续1～2 d。
2.2 大花水水电站流域洪水临界面雨量
将大花水水电站入库流量分别与前1 d流量、前1 d面雨量和前10 d累积面雨量进行相关分析，绘制散点图（图2），结果表明，大花水水电站入库流量与三者的相关性均较好，相关系数R2分别为0.512、0.426、0.500。大花水水电站所处流域属于乌江支流，其上游无大型电站，受人为因素影响较小，所以其入库流量与面雨量的相关性较好。
通过SPSS软件建立大花水水电站入库流量与3个因子的回归关系表达式为：Y=1.828 + 7965R1+0.441R10+0.515F，式中，R1表示前1 d面雨量，R10表示前10 d累积面雨量，F表示前1 d流量。回归方程的R2值为0.77。
根据电站实际工作要求，300 和500 m3/s入库流量是该电站安全生产的2个关键值。为此，针对这2个关键流量值，通过上述回归方程可以计算出不同条件下的面雨量值，形成该电站流域洪水临界面雨量指标（表1～2）。根据表1～2可以绘制不同条件下大花水水电站达300和500 m3/s流量洪水时可能需要的临界面雨量图（图3）。
从表1～2和图3可以看出，前1 d入库流量相对较小时（如50 m3/s），需要较大的面雨量（25.9～32.0 mm）才有可能形成300 m3/s流量洪水，而前1 d入库流量相对较大时（如250 m3/s），仅需要较小的面雨量（13.0～19.1 mm）就有可能形成300 m3/s流量洪水；同样，前1 d入库流量在200 m3/s时，需要较大的面雨量（41.3～47.4 mm）才有可能形成500 m3/s流量洪水，而前1 d入库流量为450 m3/s时，仅需要相对较小的面雨量（25.1～31.2 mm）就有可能形成500 m3/s流量洪水。
3 小结
（1）大花水水电站库容水位的涨落除与发电状况有关外，更主要与降雨产生的入库流量密切相关，入库流量>300 m3/s时，水位上涨明显。
（2）大花水水电站入库流量与前1 d流量、前1 d面雨量和前10 d累积面雨量的相关性均较好，相关系数R2分别为0.512、0.426、0.500。
（3）针对300和500 m3/s这2个关键流量，通过回归计算给出了不同条件下的临界面雨量指标，临界面雨量指标表明，前日入库流量相对较小时，需要较大的面雨量才有可能形成300或500 m3/s流量洪水，而前日入库流量相对较大时，仅需要相对较小的面雨量就有可能形成300或500 m3/s流量洪水。
参考文献
[1]冯欢.清水河流域水电站梯级联合优化调度管理[J].科技与创新，2014（16）：94-95
[2]朱家敏，姚素香，顾小丽，等.浙江宁波市地质灾害的雨量阈值及预报分析[J].中国地质灾害与防治学报，2011，22（4）：85-87，42-47.
[3] 陈静静，姚蓉，文强，等.湖南省降雨型地质灾害致灾雨量阈值分析[J].灾害学，2014，29（2）：42-47.
[4] 白利平，孙佳丽，南赟.北京地区泥石流灾害临界雨量阈值分析[J].地质通报，2008，27（5）：674-680.
[5] 王继竹，郭英莲.湖北省中小流域山洪临界面雨量计算方法及应用[J].安徽农业科学，2013，41（17）：7535-7537.
[6] 樊建勇，单九生，管珉，等.江西省小流域山洪灾害临界雨量计算分析[J].气象，2012，38（9）：1110-1114.
[7] 周秀美，苗芸，程林.红河州地质灾害临界雨量及预报方法初探[J].云南地理环境研究，2012，24（3）：37-42.
[8] 胡伯谦.河北省诱发山洪灾害的临界雨量分析[J].南水北调与水利科技，2006（4）：28-29.