第二松花江水文特性分析

第二松花江水文特性分析
摘要:第二松花江(简称二松)为吉林省境内流域面积最大的一条江,占全省总面积的42%,流域内水文站网分布较密集,水资源丰富,利用干流水文站实测丰枯水量、泥沙、冰情等成果分析二松水文特性,对于取水及防洪工程意义重大。

关键词:二松水文站水文特性
1 二松流域水系概况
二松是松花江南源,除540.8km2的面积属辽宁外,其余全部位于吉林省境内,是吉林省的主要河流。

二松发源于长白山天池,海拔高程2744m,由天池流出的水流经闼门外流成为二道白河,习惯上以此为二松正源。

二松流域面积为7.34×104km2,河道长度为958km,河道平均比降为0.4‰,流域平均宽度为97.8km,主要支流有头道松花江、辉发河、鳌龙河和饮马河等。

整个流域地势东南高、西北低江道自东南流向西北,流经白山、红石、丰满、吉林、长春、松原等地纵贯吉林省的中部。

流域内年平均降水量比较充沛,水资源较为丰富,特别是上游山区,山高河流坡降陡,对开发水利资源特别有利,根据地形、地貌等综合条件,可将干流江段大致分为四个区段,即河源江段、上游江段、丘陵江段和下游江段。

从河源到二道松花江与头道松花江汇合的两江口,为河源江段,江道长388.3km,积水面积18290km2;从两江口至丰满水电站坝址,为二松上游江段,长208.1km,积水面积24237km2;由丰满电
站坝址至沐石河口,为二松丘陵区江段,长度190.7km,积水面积9457km2;由沐石河口至二松河口为下游江段,江道长170.9km,区间积水面积21416km。

二松流至三岔河附近与自北向南流的嫩江汇合,以下称为松花江干流。

2 气候特征
二松流域地处中纬度地带,东部隔朝鲜半岛靠近日本海,西部隔松辽平原与蒙古高原相望,特殊的地理位置决定了流域内大陆性季风气候。

气候特点是四季分明、雨热同季。

有明显的四季更替。

冬季受西北季风影响处于西伯利亚大陆气团控制下,严寒而漫长;夏季受东南季风影响,湿热同季,南来气旋活动频繁多暴雨天气。

春秋两季是季风转换的过渡季节,历时较短,春季干旱多大风,秋季降温急骤,多早霜。

二松流域多年平均降水量在550～750mm之间,降水量地区分布由上游向下游递减,降水多集中在夏季,汛期6～9月降水量约占全年70%～80％,其中7、8月份降水量占年降水量的65%以上,是暴雨发生频次最多的季节。

从流域内28个雨量站的资料统计来看,各种历时的年实测最大值,绝大多数出现在7、8月份。

建国以来的几个大水年份,如1953年、1956年、1960年、1995年等场次暴雨都是发生在这两个月。

而历时短、范围小、雨量大的雷暴雨在6月份也时有发生。

二松流域多年平均(1980年～2000年)蒸发量700mm～
800mm(E601蒸发皿观测值),干旱指数在1.0～1.5,自上游至下游递增。

一年中春季干燥多风,为蒸发量最大时期,进入汛期以后又逐渐减小,一直递减,至冬季达到最小。

本区全年寒暑温差悬殊,春秋两季短暂,冬季受西北季风影响,处于西伯利亚大陆气团控制之下,气候寒冷,日平均气温低于零度的期间,一般从11月上旬到翌年3月下旬,长达5个月之久。

1月平均气温-15.8℃～-18.4℃,7月平均气温20.1～22.4℃,年平均气温在2.9～4.2℃,其分布大致是由西北向东南递减。

3 水文站站网
二松流域水文站网分布比较密集,共有水文(水位)站50个,雨量站142个,其中干流6个水文站、2个水位站。

设于丰满以下二松干流的水文测站有吉林水文站、石屯水位站、半拉山子水位站、松花江水文站。

松花江水文站建于1932年,1933年11月由伪满交通部理水调查处设立为水文站,1935年10月断面下移约90m,站名分别为松花江(一)、(二)站,1945年8月停测。

1950年5月由吉林省水利局复设为水位站,断面下移60m,1952年4月改为水文站,断面下移90m,1953年4月断面又下移220m,1963年改由吉林水文总站领导,1966年又将断面上移250m,1985年补改名为松花江(五)站,高程系统为1956年黄海高程,控制流域面积51500km2。

1942年10月丰满蓄水发电,该站测流受到水库调节的影响。

4 水利工程
目前第二松花江干、支流上已兴建了多个水利水电工程,对径流调节作用较大的主要是白山、丰满两座水电站。

丰满水库控制流域面积42500km2,约占第二松花江流域面积的55%。

水库正常蓄水位263.5m,相应库容92.33×108m3,兴利库容53.5×108m3,是一座多年调节水库。

电站原装机容量554MW,发电量
18.9×108kWh;经丰满二期扩建后装机724MW,发电量20.5×108kWh;三期扩建后,总装机1004MW。

由于历史原因,丰满大坝在运行中不断修补和加固,大坝原坝高266.5m,经加高后,现为267.7m。

大坝按千年一遇洪水设计,万年一遇洪水校核。

白山水电站位于丰满水电站上游约200km的桦甸市境内,距头、二道江汇口约12km,控制流域面积19000km2,占丰满以上流域面积的44.7%。

该电站1975年正式开工,1983年建成,装机容量1500MW,正常蓄水位413m,相应库容53.1×108m3,是一座多年调节水库,大坝按500年一遇洪水设计,5000年一遇洪水校核。

红石水电站位于白山电站下游38km处,库末与白山电站尾水相接,控制流域面积20300km2。

该电站于1982年9月开工兴建,1985年、1987年4台机组全部并网发电,装机200MW。

电站正常蓄水位290m,相应库容1.625×108m3,是一座日调节的径流式电站。

白山、丰满电站多年平均入库径流量分别为235m3/s和439m3/s,两水库均为多年调节水库,对径流的调节作用十分显著,丰满水库多年平均天然入库径流量139×108m3,扣除上游工农业用水消耗量,多年平均入库水量132.70×108m3,水库多年平均出库水量130.15×108m3。

经水库调节后,改变了径流的年内分配,一般年份冬季月平均流量由天然状态下的50m3/s～60m3/s,增加到300m3/s以上。

5 地表水资源
5.1 水资源主要特点
二松送花江站最大年降水量1035.1mm,最小年降水量267.5mm,最大年降水量是最小年降水量的4倍左右,丰水年、枯水年降水量年际变化大。

二松流域年内降水量分布集中,年内降水量最大的3个月(6月～8月)降水量占到全年降水量的70%左右,最大月降水量占年降水量的30%左右,年降水量主要集中在6月～8月份,集中程度较高。

近40年来流域水资源量变化较为明显,引起水资源量变化的原因主要是气候变化和人类活动影响。

流域内平均气温升高、土地利用格局改变、水利工程的修建等都改变了流域下垫面产汇流特性,改变了水资源的天然时空分布。

5.2 年径流计算
二松松花江站天然径流计算,选用1956年～2000年实测资料进行,以松花江站实测流量减去丰满水库出流演进至松花江站,得丰～松区间天然流量,丰满入流演进至松花江,然后加上丰～松区间天然流量,再加上工业、农业及生活用水,得出松花江站天然流量,计算公式如下: Q(丰～松)=Q松实测-Q(丰出)演
Q松天然=Q(丰～松)天+Q(丰入)演+Q工业、生活、灌溉
再经径流系列代表性、稳定性分析,最终确定年径流均值为
475m3/s,Cv=0.34,Cs/Cv=2.0,松花江站(天然情况下)不同保证率平均流量成果如表1所示,松花江站各月多年平均年内分配成果见表2。

5.3 枯水径流分析
受气候影响,二松流域冬季来水很少,主要靠一些地下水补给,流量很小,枯水期从每年11月中下旬至翌年4月中旬,松花江站枯水期最小月平均流量为66.6m3/s,发生在1971年2月,多年平均枯水期流量为105.7m3/s,未发生过断流情况。

据松花江水文站实测资料进行枯水期流量计算,不同保证率流量见表3。

6 洪水分析
二松流域大洪水主要由暴雨形成,大洪水主要发生在7、8两月,尤以7月下旬至8月下旬为多。

每年7、8月,吉林省处于副高西北部,有利于西南气流输送,此间台风、气旋活动频繁,易造成大暴雨。

造成二松流域大洪水的暴雨地面天气系统主要是台风、气旋、冷涡和切变线。

二松干流洪水多为单峰型,过程线7～11天,一般涨水历时2～3天,落水历时7天左右,当几次连续降水发生时,过程线形状为双峰型,过程线历时一般不超过15天。

支流洪水过程线多为单峰型,洪水过程陡涨陡落,历时3～7天。

据吉林省洪水调查,松花江站调查到的历史洪水年份及顺位为1856、1909、1923年,1856年洪水按1856年以来首位洪水处理,重现期定为145年一遇。

1856年洪峰为13800m3/s,1909年洪
峰为10400m3/s,1995年洪峰为9790m3/s,1923年洪峰为9540m3/s,1953年洪峰为8640m3/s。

洪水经验频率采用计算,频率曲线的线型选用P-Ⅲ型曲线,用矩法初估洪水参数,在初估基础上用目标函数优选参数,根据试线情况调整参数,最后根据松花江站及地区综合分析确定洪水参数,确定松花江站设计洪水成果见表4。

7 泥沙
二松是吉林省泥沙较小的河流,泥沙观测最早始于1935年的吉林站,二松流域已建大型水库8座,中型水库40余座,这些水库阻断了上游的来沙条件,拦蓄了大量泥沙。

松花江水文站1955年开始有泥沙观测资料,根据泥沙系列资料统计分析,吉林站、松花江站泥沙特征值见统计表5。

8 冰清
二松丰满以下河段受丰满水库调节影响,丰满至哨口(吉林市乌拉街满族镇)常年不封冻,只在11月下旬到翌年3月中旬有岸冰出现,哨口到松花江水文站自下而上于11月上旬到11月底陆续有结冰现
象,12月初到12月中旬陆续封江。

松花江站平均初冰日期为11月中旬,终冰日期为4月上旬,最大冰厚1.35m,最大岸冰厚1.55m,最大流冰块为50m×25m,最大冰速0.96m/s,发生在1974年。

参考文献
[1]水利部东北勘测设计院,松花江流域防洪规划,2003年11月.
[2]吉林省水利厅,吉林省河流流域特征值,1988年12月.
[3]吉林省水利厅,吉林省场次洪水.
[4]吉林省水利厅,吉林省洪水调查.
[5]吉林省水文水资源局,松花江流域水文年鉴.。