城陵磯水位對洞庭湖徑流變化的響應研究

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

城陵磯水位對洞庭湖徑流變化的響應研究

黎昔春 王維俊

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

由于全球氣候和江湖關系的變化以及人類活動的影響，進入洞庭湖區的徑流在年際之間和年內分布均呈現一定的變化，反映洞庭湖區水文變化特性的城陵磯的水位對徑流變化產生響應。文章根據30多年水文資料的分析，分3個時段研究了城陵磯水位對洞庭湖徑流變化的相互關系。研究成果對于洞庭湖水資源配置、水生態環境保護方案的制定具有指導和借鑒意義。

洞庭湖城陵磯水位徑流變化響應

1 研究背景

洞庭湖南接湘、資、沅、澧四水及湖周中小河流，北聯松滋、太平、藕池、調弦（1958年冬建閘控制）四口分流，然后于岳陽城陵磯注入長江。洞庭湖出口有城陵磯水文站，其水文情勢的變化基本能代表洞庭湖區的水文變化特性。洞庭湖區水系示意見圖1。

洞庭湖徑流由長江四口、四水及區間徑流組成。從新中國成立后水文資料統計分析，四水及區間徑流基本穩定，長江四口徑流則由于江湖關系的變化、人類活動的影響而產生了較大的變化，重大人類活動主要包括：1958年冬調弦口建閘控制、1967～1972年下荊江3處裁灣、1981年葛洲壩截流、2003年三峽工程投入使用期（又分為2003～2008年的初期蓄水時期和2008年以后的正式蓄水時期）等。

洞庭湖出口城陵磯的水位變化和徑流的變化息息相關，21世紀以來出現的枯水位出現時間提前、持續時間延長對洞庭湖區的水資源綜合利用、水生態環境保護也帶來了不利的影響。研究洞庭湖區中枯水位的變化特性和形成機理、城陵磯水位對徑流變化的響應是非常必要的。洞庭湖的徑流變化主要是由于四口徑流的變化，以四口分流產生較大變化的三個時段進行對比：第一時段為葛洲壩截流至三峽工程初期蓄水前（1981～2002年，即江湖關系相對穩定時期）、第二時段為三峽工程初期蓄水期（2003～2008年）、第三時段為三峽工程蓄水期（2009～2013年）。

圖1 洞庭湖區水系示意圖

2 洞庭湖徑流及來流組成變化

2.1 城陵磯徑流變化

2003～2008年城陵磯多年平均流量7270m3/s，比1981～2002年減少1405m3/s，減少幅度19.3%；2009～2013年城陵磯多年平均流量7230m3/s，比1981～2002年減少1445m3/s，減少幅度19.9%；2009～2013年和2003～2008年城陵磯多年平均流量差別僅40m3/s，基本相當。

分析對比城陵磯9月～次年4月月均流量（見表1，其中9月和10月分旬統計）可以看出：①2003～2008年和1981～2002年相比，除1～3月月均流量略有增加（200～300）m3/s外，其余月份減少（500～3900）m3/s。9月上旬、10月中旬和下旬減少幅度3000m3/s以上，其中9月上旬減少幅度最大，達3900m3/s，占當月月均流量的31.0%。10月上旬和4月減少幅度2000m3/s以上。9月下旬減少幅度1000m3/s以上。9月中旬、11月和12月減少幅度1000m3/s以下；②2009～2013年和1981～2002年相比，除1月份增加300m3/s外，其余月份減少（200～5200）m3/s。9月上旬和中旬減少幅度5000 m3/s以上，幅度最大的為9月上旬，達5200m3/s，占當旬旬均流量的41.3%。10月中旬和下旬減少幅度3000m3/s以上。9月下旬減少幅度2000m3/s以上。10月上旬和11月減少幅度1000m3/s以上。12月、2月、3月和4月減少幅度1000m3/s以下。城陵磯月（旬）平均流量變化趨勢見圖2。

表1 四口、四水和城陵磯不同時段平均流量表

2.2 四口流量變化

圖2 城陵磯不同時期流量、水位變化趨勢圖

2003～2008年四口多年平均流量1579m3/s，比1981～2002年減少593m3/s，減少幅度27.3%；2009～2013年四口多年平均流量1482m3/s，比1981～2002年減少690m3/s，減少幅度31.8%；2009～2013年比2003～2008年進一步減少889m3/s，減少幅度增加4.5%。

分析對比四口9月～次年4月月（旬）均流量（見表1）可以看出：①2003～2008年和1981～2002年相比，除2～3月月均流量略有增加（1～10）m3/s外，其余月份減少（2～1300）m3/s。9月下旬、10月上旬和中旬減少幅度1000m3/s以上，其中10月上旬減少幅度最大，達1300m3/s，占當旬旬均流量的38.2%。9月中旬、10月下旬減少幅度500m3/s以上。9月上旬減少100m3/s。11月、12月、1月和4月減少幅度100 m3/s以下；②2009～2013年和1981～2002年相比，除1～3月月均流量增加（10～24）m3/s外，其余月份減少（30～2900）m3/s。9月上旬、中旬、下旬和10月上旬減少幅度2000m3/s以上，其中9月上旬減少幅度最大，達2900m3/s，占當旬旬均流量的50.9%。10月中旬、下旬減少幅度1000m3/s以上。11月減少幅度100m3/s以上。12月和4月減少幅度100m3/s以下。四口月（旬）平均流量變化趨勢見圖2。

從城陵磯徑流組成變化看，2003～2008年比1981～2002年的減少主要受四口影響的有9月中旬、下旬和10月上旬，2009～2013年比1981～2002年的減少主要受四口影響的有9月上旬、中旬、下旬和10月上旬、中旬、下旬。

2.3 四水流量變化

2003～2008年湘、資、沅、澧四水多年平均流量4873m3/s，比1981～2002年減少587m3/s，減少幅度10.7%；2009～2013年四水多年平均流量4779m3/s，比1981～2002年減少684m3/s，減少幅度14.0%；2009～2013年和2003～2008年四水多年平均流量差別僅94m3/s，基本相當。

分析對比四水9月～次年4月月均流量（見表1）可以看出：①2003～2008年和1981～2002年相比，除1月～2月月均流量略有增加（200m3/s～300m3/s）、11月和3月基本持平外，其余月份減少500m3/s～2200m3/s。10月中旬和4月減少幅度2000m3/s以上，其中4月減少幅度最大，達2200m3/s，占當月月均流量的28.6%。10月上旬和下旬減少幅度1000m3/s以上。9月上旬、中旬、下旬和12月減少幅度500m3/s以上；②2009～2013年和1981～2002年相比，除9月下旬、10月上旬、12月和1月分別增加1000m3/s、100m3/s、100m3/s、和400m3/s外，其余月份減少180 m3/s～1200m3/s。10月中旬和下旬減少幅度1000m3/s以上，幅度最大的為10月下旬，達1200m3/s，占當旬旬均流量的35.3%。9月中旬、11月、2月、3月和4月減少幅度500m3/s以上。9月上旬減少幅度在500 m3/s以下。四水月（旬）平均流量變化趨勢見圖2。

從城陵磯徑流組成變化看，2003～2008年比1981～2002年的減少主要受四水影響的有9月中旬、10月上旬、中旬、下旬、12月1月和4月，2009～2013年比1981～2002年的減少主要受四水影響的有10月下旬、11月、2月、3月和4月。

3 城陵磯水位變化

2003～2008年城陵磯多年平均水位24.94m，比1981～2002年低0.40m；2009～2013年城陵磯多年平均水位24.82m，比1981～2002年低0.52m。

分析對比城陵磯9月～次年4月月（旬）均水位（見表2）可以看出：①2003～2008年和1981～2002年相比，除9月中旬和1～3月月均水位分別抬高0.20m、0.29m、0.37m和0.67m外，其余月份水位降低（0.36～1.99）m。10月上旬、中旬和下旬水位降低1.00m以上，其中10月下旬水位降低幅度最大，達1.99m。9月下旬、11月和4月水位降低0.50m以上。9月上旬和12月水位降低0.50m以下；②2009～2013年和1981～2002年相比，除1～3月水位分別抬高0.77m、0.44m和0.31m外，其余月份水位降低（0.28～3.11）m。10月中旬水位下降幅度最大，為3.11m。9月上旬、中旬、10月上旬和下旬水位降低2.00m以上。9月下旬和11月水位下降1.00m以上。12月和4月水位下降0.50m以下。城陵磯月（旬）平均水位變化趨勢見圖2。

表2 城陵磯不同時期平均水位表

4 城陵磯水位對徑流變化的響應

對比洞庭湖出口城陵磯9月～次年4月水位、流量變化趨勢（詳見表1、表2和圖2）可以看出：①2003～2008年和1981～2002年相比，1～3月城陵磯流量分別增加（200～300）m3/s，其余時間均減少（500～3900）m3/s。相應城陵磯水位1～3月分別抬高（0.29～0.67）m，除9月中旬流量減少3900m3/s情況下水位仍抬高0.20m外，其余時間水位降低（0.36～1.99）m；②2009～2013年和1981～2002年相比，只有1月城陵磯流量增加300m3/s，其余時間減少（200～5200）m3/s。相應城陵磯水位1月抬高0.77m，除2月、3月在城陵磯流量分別減少900m3/s、920 m3/s的情況下水位仍分別抬高0.44m、0.31m外，其余時間水位降低0.28m～3.11m。

從總體變化趨勢看，隨著城陵磯徑流量減少值的增加，城陵磯水位降低值也為增加的趨勢，點繪2003～2008年和2009～2013年相比1981～2002年城陵磯徑流量和水位降低值之間的關系，如圖3。從圖3可以看出：①城陵磯徑流量的減少值和水位的降低值之間的數量關系可以統計為直線關系，且隨著徑流量減少值的增加,兩時段的水位降低值均呈增加的趨勢；②2009～2013年的水位降低值和徑流量減少值的關系比2003～2008年更敏感。2003～2008年的水位降低值=流量減少值/1419.6-0.55，2009～2013年的水位降低值=流量減少值/1021.5-0.78。

圖3 城陵磯水位降低和徑流減少關系圖

5 結論

洞庭湖的徑流主要來自湘、資、沅、澧四水和長江，由于全球氣候變化的影響，四水和長江干流1981～2002年、2003～2008年和2009～2013年呈現逐漸減少的趨勢；江湖關系的變化引起長江進入洞庭湖區的徑流減少；三峽等長江上游控制性水庫的運用攔截上游的大部分來沙，清水下泄引起長江干流長距離的沖刷，加上上游水庫對徑流的調節作用，長江進入洞庭湖區徑流量減少趨勢進一步加劇。由于上述原因的存在，自1981年以來洞庭湖區徑流呈逐漸減少的趨勢，和1981～2002年相比，2003～2008年、2009～2013年城陵磯多年平均流量減少1405 m3/s和1445m3/s，除個別月份（旬）流量略有增加外，9月～次年4月月（旬）平均流量分別減少（500～3900）m3/s和（200～5200）m3/s。

隨著進入洞庭湖區徑流量的減少，特別是9月～次年4月枯水期城陵磯流量的減少，城陵磯水位相應的降低。和1981～2002年相比，2003～2008年、2009～2013年城陵磯多年平均水位降低0.40m和0.52m，除個別月份（旬）水位略有抬高外，9月～次年4月月（旬）平均水位分別降低（0.36～1.99）m和（0.28～3.11）m。

洞庭湖出口為長江與洞庭湖的連接部位，水文情勢變化的影響因素多且關系復雜，水位變化除和徑流關系密切外，還和下游水位、荊江河段的來流息息相關。本文僅僅分析研究了城陵磯水位對徑流量變化的響應，和其他影響因素的關系有待今后做更進一步的研究。

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2017-03-17）

黎昔春（1964-），男，湖南汨羅人，大學本科，研究員級高級工程師，享受國務院政府特殊津貼，長期從事洞庭湖綜合治理、保護規劃設計和科學研究工作，E-mail：463606597@qq.com。