三峽水庫對宜昌站生態水文情勢影響研究

郭文獻，王艷芳，李 越，查胡飛，張愛民，郭 科

(華北水利水電大學黃河科學研究院，河南 鄭州 450045)

水利工程建設在促進人類社會進步同時，也河流生態系統結構和功能造成了不利影響。近些年來，水利工程建設與管理運行帶來的河流生態問題引起了專家與學者的廣泛關注，人們逐漸意識到河流開發與保護的同等重要性。隨著我國水電能源的大開發，長江中上游以及各大支流陸續修建了梯級水電站，其中三峽大壩是長江干流修建的一座功能最多、規模最大的水利樞紐，對于保護長江中下游防洪安全、發揮航運效益以及發電效益具有重要作用，然而三峽工程建設運行引起的一系列生態問題引起了廣大專家學者的密切關注。作者在2009年和2016年年對三峽工程生態水文影響進行了初步分析[1,2]，在此基礎上，從三峽工程蓄水前后宜昌水文站生態水文情勢變化出發，探討三峽水庫蓄水對長江中下游生態水文情勢改變程度，為開展三峽水庫生態調度以及河流生態恢復工作提供基礎參考。

1 數據與方法

三峽工程下游長江干流主要水文站位宜昌站、漢口站和大通水文站，其中宜昌站是三峽電站控制水文站，宜昌站水文變化在很大程度上反映了三峽工程下游水文情勢變化，選擇宜昌水文站分析三峽工程水文情勢的代表水文站。

基于長江中游宜昌站1882-2013年日均流量資料，運用傾向估計法[3]和Mann-kendall法[4]對日均流量數據進行趨勢性分析；運用RVA法[5]，將宜昌站1981-2013年日均流量分為1981-2002年和2003-2013年兩個序列分別作為三峽水庫蓄水前后的序列，將32個IHA(水文指標法)分為5組，進行生態水文指標計算，上下限是以均值±δ(標準差)進行計算，從而分析三峽蓄水后宜昌站整體水文情勢改變程度，具體計算過程見參考文獻[1]。

2 三峽水庫下游宜昌站水文趨勢性分析

采用線性傾向估計法和M-K法對宜昌站年均流量和月均流量進行趨勢性分析，計算結果見表1和圖1所示(圖略)。根據表1和圖1分析，宜昌站年均流量呈下降趨勢，下降傾向率為13.9 m3/(s·a)，并且通過M-K方法分析，年均流量檢驗統計值Z=-7.8<0，且|Z|=7.8>1.96，通過了95%的置信度水平，表明宜昌站年均流量下降趨勢顯著。

根據對宜昌站月均流量趨勢分析，宜昌站流量在1-3月份為上升趨勢，傾向率為1.37、1.71和1.20 m3/(s·a)，檢驗值Z為-5.4、-6.1、-6.2，通過了95%的置信度檢驗，表明1月-3月月均流量上升趨勢明顯。而4-6月份的月均流量為下降趨勢，傾向率分別為-1.8、-11.1、-16.9、-19.5、-25.5、-38.5、-50.0、-13.9、-3.6 m3/(s·a)，檢驗統計值分別為-6.8、-6.0、-6.2、-5.1、-5.9、-5.7、-8.1、-6.8、-6.6、-7.8，通過了95%的置信度水平，表明宜昌水文站4-12月份月均流量均呈現顯著下降趨勢。

表1 宜昌站月均流量趨勢分析表

圖1 宜昌站1982-2013年年均流量趨勢變化

3 三峽蓄水后宜昌水文站水文情勢影響程度分析

3.1 生態水文指標分析

根據RVA法計算步驟，計算分析三峽水庫蓄水前后32項生態水文指標的變化程度，計算結果見表2。

3.2 生態水文指標改變度分析

根據表2分析，生態水文指標2月份流量、3月份流量、最小1日流量、最小3日流量、最小7日流量、最小30日流量、最小90日流量、基流指數、最小流量日、低脈沖數量漲落次數等水文指標均發生了高度改變，改變度分別為100%、79.63%、100%、100%、77.08%、77.08%、79.63%、71.79%、100%；而4月、7月、8月、9月、10月、12月的流量、高流量脈沖次數、漲水率和降水率等水文指標分別為60.42%、59.26%、38.89%、54.17%、54.17%、60.42%、42.59%、59.26%、59.26%，屬于中度改變；其他水文指標的改變度均低于33%，為低度改變。

圖2為三峽水庫蓄水前后年均流量變化趨勢。三峽水庫蓄水后年均流量下降趨勢較蓄水前更加顯著，其中三峽蓄水前(1981-2002)多年平均流量為14 000 m3/s，日最大流量為69 500 m3/s，日最小流量為28 300 m3/s，三峽蓄水后(2003-2013)多年平均流量為12 500 m3/s，三峽蓄水后年均流量平均減少1 500 m3/s。圖3為三峽水庫蓄水前后月均流量差。三峽水庫蓄水后1-5月份流量增加，6-12月份流量減少，尤其是7月份、9月份和10月份減少最為顯著，其中10月份減少量約占蓄水前的31%。

表2 宜昌站生態水文變化指標計算結果

3.3 生態水文情勢整體改變程度

根據表2計算結果，高度改變指標為9項，中度改變為9項，低度改變為14項。根據參考文獻[1]中RVA計算步驟，計算分析三峽水庫對大壩下游生態水文情勢整體改變度，計算結果為61%，屬于中度改變，表明三峽水庫對長江中下游水文情勢影響為中度改變程度。

4 結 語

通過對三峽水庫下游宜昌水文站流量趨

圖2 三峽水庫蓄水前后年均流量變化趨勢

圖3 三峽水庫蓄水前后月均流量差

勢性分析，宜昌水文站年均流量下降趨勢明顯，其中1-3月份月均流量為顯著上升趨勢，4-12月份月均流量為顯著下降趨勢。通過對宜昌站生態水文指標分析，其中高度改變指標為9項，中度改變為9項，低度改變為14項，綜合改變度為61%，為中度改變。表明三峽水庫蓄水對長江中下游河流生態水文情勢具有較大影響，而水文情勢改變，則會導致一系列生態問題，為了減緩三峽水庫對水文情勢影響程度，應該進一步加強生態調度等河流生態修復措施工作開展，以保護長江河流水生生物可持續利用。

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[1] 王艷芳.三峽工程對下游河流生態水文影響評估研究[D].鄭州：華北水利水電大學，2016.

[2] 郭文獻,王鴻翔,徐建新,等.三峽梯級水庫對長江中下游水文情勢影響研究[J].中國農村水利水電,2009,(12):7-10.

[3] 吳 琛,項 洪,杜喜朋,等. 數值方法進展:從Fourier變換到Hilbert-Huang變換[J]. 福建工程學院學報,2015,(6):511-519.

[4] 章誕武,叢振濤,倪廣恒. 基于中國氣象資料的趨勢檢驗方法對比分析[J]. 水科學進展,2013,(4):490-496.

[5] 陳偉東,包為民,張 乾,等. 基于IHA分析錦江水庫對下游徑流的影響[J]. 三峽大學學報(自然科學版),2015,(3):23-27.