南水北調中線工程運行對漢江丹-襄區間水文情勢變化的影響研究

黃朝君 王棟 秦赫

摘要：南水北調中線工程運行后，給漢江中下游水文過程帶來一定影響。根據實測水文水質資料，分析了一期工程運行后對漢江丹-襄（丹江口大壩-襄陽）區間流量、水位、水質和生態水量的影響。結果表明：丹-襄區間干流河段非汛期流量和水位有所減小，水質類別沒有顯著變化，水質指標值有所下降，生態基流量達標率均為100%，最小下泄流量的達標率有所降低。針對上述影響，提出了相應的對策和措施。論文研究成果可為南水北調中線工程的健康運行提供參考。

關鍵詞：水文情勢變化;對策措施;丹-襄區間;南水北調中線工程

中圖法分類號：P333 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.12.005

文章編號：1006 - 0081（2021）12 - 0031 - 07

0 引 言

中國水資源總量豐富，但人均水資源量較少，水資源時空分布極不均勻，其空間分布特點是東多西少、南多北少，時間分布特點是汛期多非汛期少，且年際間變化也很大，有連續枯水年和豐水年交替出現的情況。中國華北地區缺水嚴重，為了緩解華北地區水資源短缺危機，實現水資源的戰略配置與空間的合理調度和利用，興建了南水北調這一跨世紀、跨流域的宏偉工程。丹江口水庫為南水北調中線工程的水源地，隨著年調水量的逐步增加，給漢江中下游水文過程帶來了一定程度的影響，而研究水文情勢變化對深刻理解水庫工程和調水工程對漢江的影響具有重要意義，可為流域水資源規劃管理和優化配置提供技術參考。

近年來分析水利工程的興建對下游水文情勢的影響已成為當前的研究熱點。目前，綜合現有相關研究，主要采用單個指標、IHA法、變動范圍分析法（RVA）定量分析水利工程建設運行下河道水文情勢的變化[1-4]。Lu等[5]根據漢江干流白河、皇莊、仙桃實測資料，分析水庫蓄水前后各站輸沙量的變化，定量評價丹江口水庫對漢江泥沙淤積的影響。Song等[6]采用水文變異指標法（IHA）和變動范圍分析法（RVA）定量分析丹江口水庫及下游梯級水庫群對皇莊站水文情勢的影響。結果表明：丹江口水庫對下游的流量變化影響相對較小，總體改變度為40.6%，在下游王甫洲、崔家營水庫聯合影響下，總體改變度分別提高到46.7%和63.5%。鄒振華等[7]根據實測資料，采用IHA法分析丹江口水庫工程對下游河流徑流情勢的影響。結果表明，丹江口水庫的修建顯著改變漢江下游水文情勢。郭文獻等[8]采用變動范圍分析法分析了丹江口水庫修建前后漢江中下游水文情勢特征變化，定量評價了水文情勢改變程度。孔祥林等[9]分析了南水北調中線工程運行對漢江中下游水文特性、河道演變、水質情況，以及對工農業生產和生態環境產生的影響，并提出了相應的治理對策。史芳芳等[10]采用變動范圍法定量評估丹江口水庫對漢江中下游水文情勢的影響，并進一步分析了丹江口水庫的修建對漢江中下游生態水文的影響。陸國賓等[11]以白河、皇莊、仙桃站為研究對象，利用3站實測日流量資料對比分析丹江口水庫的修建對漢江中下游徑流特性的影響。胡安焱等[12]采用1980年前的數據資料，定量分析丹江口水庫建成后對漢江中下游徑流量、泥沙、水溫、水質、魚類等影響。黃金鳳等[13]采用漢江中下游水文站實測流量資料分析丹江口水庫的建設對漢江下游水文過程的影響，同時也利用Flow Health軟件分析漢江下游水文過程的時空變化。王學雷等[14]采用水文指標法和變動范圍法評價了丹江口、王甫洲、崔家營梯級水庫聯合運行蓄水前后對漢江中下游水文情勢及其水文改變度的耦合影響。結果表明：中下游梯級水庫群數量增加時，流量整體改變度有所增加。班璇等[15]采用變動范圍法評估不同影響期下丹江口水庫下游黃家港站水文情勢的變化趨勢。結果表明：丹江口水庫蓄水使得下游河道枯水期的流量增加，豐水期和平水期的流量減少。

上述研究大多集中于南水北調中線工程沒有實施時，以丹江口水庫為主的梯級水庫群建成前后漢江中下游水文情勢的變化，而在南水北調中線工程正常運行的情況下，漢江中下游水文過程可能會發生新的變化，然而目前關于這方面的研究還相對較少。因此，本文根據丹江口水庫以下丹-襄區間漢江干流河段水文水質資料，分析了南水北調中線工程運行調水后對丹-襄區間干流河段水文生態過程的影響，同時針對上述可能出現的不利影響，提出了相應的對策和措施，可為南水北調中線工程健康運行以及漢江中下游水文生態綜合整治提供借鑒。

1 研究區概況

漢江為長江最大的支流，干流全長1 577 km，流域面積約15.9萬km2。流域地勢西高東低，由西部的中低山區向東逐漸降至丘陵平原區。丹江口水庫位于漢江流域上游，是南水北調中線工程的水源地，具有防洪、供水、發電、灌溉、航運、養殖等綜合功能，為增加南水北調中線工程的供水能力，丹江口水庫加高工程于2005年9月開工，丹江口水庫加高后水庫總庫容為290.5億m3，水庫具有不完全多年調節能力，同時肩負著南水北調中線工程的供水任務。流域氣候濕潤溫和，每年9～10月，當丹江口水庫以上流域出現持續陰雨天氣，易形成秋汛，給流域防洪及南水北調中線工程的安全運行帶來威脅。

南水北調中線工程于2003年9月正式啟動，丹江口水庫為其水源區，中線工程主要由水源地工程和輸水工程組成，水源地工程主要是指丹江口水庫加高工程，是中線工程的核心。工程設計以2010年為近期規劃水平年，多年平均調水量為95億m3，2030年為遠景規劃水平年，多年平均調水量為130億m3。一線工程已于2014年9月全線通水驗收，2014年12月正式向北方通水。2014年12月12日正式通水后，調水量逐年增大，惠及沿線河南、河北、北京、天津四省，有效緩解了華北地區水資源短缺危機。

2 數據和研究方法

2.1 研究數據

考慮到南水北調中線工程運行后僅有4 a實測水文資料，為分析調水工程運行前后丹-襄區間干流河段水文生態過程的變化特性，對于調水前，本次僅選取近4 a水文水質資料進行統計分析。收集了黃家港站、襄陽站2011～2018年逐日平均流量及水位資料，廟崗站、沈灣站、白家灣站2011～2018年逐日平均水位資料，數據來源于長江流域水文年鑒。收集了丹江口壩下、白家灣站、襄陽站2011～2017年逐月水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮資料，由長江水利委員會水文局漢江水文水資源勘測局匯編。

2.2 研究方法

根據月平均水位和流量資料，計算并分析南水北調中線工程運行前后水位和流量的變化特性;根據月平均水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮資料，計算并分析中線工程運行前后水質變化特性;根據《漢江流域水量分配方案》及水資源[2016]262號《水利部關于漢江流域水量分配方案的批復》中主要控制斷面生態基流和最小下泄流量成果，分析了調水工程運行前后日平均流量的生態基流和最小下泄流量達標率的變化情況。

3 水文情勢影響分析

南水北調中線工程于2014年12月正式通水，分別以2011～2014年和2015～2018年兩個時段代表調水工程運行前后。根據實測流量資料結合丹江口水庫調度運行情況，分析得出：2011，2017年為豐水年，其余年份均為枯水年。從來水特性來看，所選資料時段有一定的代表性，可用于本次分析計算。

分別統計分析2011～2014年和2015～2018年兩個時段內丹-襄區間漢江干流河段流量、水位、水質指標（水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮，調水后時段為2015～2017年）、生態基流和最小下泄流量達標率的變化情況，據此分析調水工程對丹-襄區間漢江干流河段水文生態過程的影響。

3.1 流量影響分析

根據2011～2014年和2015～2018年黃家港站和襄陽站逐月平均流量，分別統計其在上述兩個時段內多年平均年月特征，分析其在調水前后的變化特性，丹-襄區間河段流量變化見圖1。

由圖1可知，調水工程運行后黃家港站和襄陽站5～7月、10月平均流量有所增加，主要集中于汛期，而其余月平均流量有所減少。在枯季時，水庫來水量較小，當南水北調中線工程向北方地區供水時，丹江口水庫的下泄流量會有所減小，致使丹-襄區間河段流量呈減小狀態;而在汛期，水庫來水量較大，中線工程的調水量不會對水庫下泄水量帶來較大的影響，水庫的下泄水量主要與流量汛期內分配情況有關。從年尺度來看，調水工程的運行會使水庫的下泄水量有所減少，故丹-襄區間河段流量呈減少態勢。

3.2 水位影響分析

根據2011～2014年和2015～2018年黃家港站、沈灣站、廟崗站、白家灣站和襄陽站逐月平均水位，分別統計其在上述兩個時段內多年平均年月特征，分析其在調水前后的變化特性，丹-襄區間河段水位變化見圖2。

由圖2可知，調水工程運行后黃家港站、沈灣站、廟崗站4～7月、10月平均水位有所上升，主要集中在汛期，而其余月平均水位有所降低;白家灣站和襄陽站除少數月平均水位有所降低，其余均有所上升。結合丹-襄區間河段流量變化特性，在枯季時，流量有所減少，則相應水位會有所降低;而在汛期，流量有所增加，相應的水位有所上升;對于白家灣站和襄陽站，月平均水位相比于調水前基本均有所上升，這主要是由于2017年唐白河來水較大，受支流來水頂托的影響，白家灣站和襄陽站的水位有所上升，越接近支流匯口處水位上升越明顯，因此襄陽站的水位上升幅度要略高于白家灣站。從年尺度來看，黃家港站、沈灣站、廟崗站年平均水位變幅較小，而白家灣站和襄陽站受支流來水頂托的影響，年平均水位有一定上升，且襄陽站上升幅度略高。

3.3 水質影響分析

根據2011～2014年和2015～2017年丹江口壩下、白家灣站和襄陽站逐月平均水質指標（水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮）系列，分別統計其在上述兩個時段內多年平均年月特征，分析其在調水前后的變化特性。

從水溫指標來看，調水工程運行后，丹江口壩下、白家灣站和襄陽站汛期水溫有所減小，非汛期水溫有所增加;從pH值指標來看，調水工程運行后上述3站絕大部分月平均pH值有所減小。從年尺度來看，調水工程運行后丹-襄區間河段內水溫和pH值均有所減小。

根據GB 3828-2002《地表水環境質量標準》，從溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量指標來看，調水工程運行前后丹江口壩下、白家灣站和襄陽站各月水質基本均為Ⅰ類，從氨氮指標來看，調水工程運行前后上述3站各月水質基本均為Ⅱ類。從水質類別來看，調水工程的運行對丹-襄區間河段水質影響較小;從水質指標值來看，在調水工程運行后，冬春季部分月份高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮指標略有增加，其余月份略有減小，總體變化幅度較小;從溶解氧指標來看，調水工程運行后冬春季部分月份有所減小，其余月份有所增加。限于篇幅，以溶解氧指標為例，分析結果見圖3。

以圖3中溶解氧指標為例，可進一步認為調水工程的運行對丹-襄區間河段水質類別無明顯影響，但對水質指標值有一定影響，在冬春季部分月份有所減小，其余月份有所增加，這可能與枯期丹江口水庫下泄水量有所減小有關。因此，從未來南水北調中期調水工程的長期運行來看，為保障漢江中下游河道生態環境質量，應適當提高丹江口水庫在枯期的下泄流量。

3.4 生態水量影響分析

根據《漢江流域水量分配方案》及水資源[2016]262號《水利部關于漢江流域水量分配方案的批復》，黃家港控制斷面的生態基流為174 m3/s，最小下泄流量為490 m3/s，皇莊控制斷面的生態基流為200 m3/s，最小下泄流量為500 m3/s。根據襄陽站的天然月平均流量系列，分析得襄陽控制斷面生態基流為181 m3/s;近年來，漢江下游河段常有“水華”現象發生，為控制漢江下游春季“水華”的發生，控制斷面應保持流量不小于500 m3/s，安全起見，襄陽控制斷面最小下泄流量定為500 m3/s。

根據2011～2014年和2015～2018年丹江口壩下、白家灣站和襄陽站逐月平均流量系列，分別統計上述兩個時段內黃家港站和襄陽站生態基流及最小下泄流量的達標日數，分析其在調水前后的變化特性，丹-襄區間河段生態水量達標日數的變化見圖4。

由圖4可知，從生態基流來看，不論是月尺度還是年尺度，在調水工程運行前后黃家港站和襄陽站的生態基流達標率均為100%;從最小下泄流量指標來看，在調水工程運行后，黃家港站和襄陽站最小下泄流量達標率有所降低，特別是在枯水年份，從月尺度來看，汛期最小下泄流量的達標率要高于非汛期，特別是在枯水年份，且調水前的各月最小下泄流量的達標率基本高于調水后的，這與前文分析的調水工程運行后丹江口水庫非汛期下泄水量有所減小的結論一致。因此，在今后南水北調中線工程運行時，也要適當提高丹江口水庫非汛期最小下泄流量。

4 對策與措施

針對上述調水工程運行對丹-襄區間漢江干流河段水文生態過程的影響，提出了相應的對策和措施，盡可能減小南水北調中線工程調水造成的影響，為調水工程的良性運行和丹江口水庫的調度奠定基礎。

4.1 科學調度以保障水庫下泄流量

目前，漢江流域已建成了以丹江口水庫為核心的梯級水庫群防洪體系，防洪庫容約10.6億m3。因此，應開展漢江上游丹江口水庫為主的水庫群科學調度方案研究，在保證漢江上游水庫自身安全和南水北調中線工程供水需求的情況下，還應該滿足漢江中下游防洪、供水、航運、灌溉及生態環境等需求。

在科學調度方案下，上游穩定的來水量能保障水庫中線工程的調水量和丹江口水庫的下泄流量。漢江上游水庫群的蓄水時間幾乎與丹江口水庫一致，因此在研究上游梯級水庫群科學調度時，應讓水庫群錯時蓄水、聯合調度，保障上游各水庫有水可蓄。另外，應開展流域內節水措施研究，減小損耗的同時盡可能保證來水穩定。漢江流域來水年內分配極不均勻，丹江口水庫面臨著難以蓄滿和洪水資源因防洪需要成為棄水的兩種現象，造成洪水資源的極度浪費，在研究科學調度方案時，應制定大洪水下蓄水方案，提高水庫的有效蓄水能力，最大限度減小棄水，充分利用洪水資源。通過上游水庫群的科學調度，能滿足南水北調中線工程的供水量以及下游河道最小下泄流量需求，保障漢江中下游河段生態環境健康發展[16]。

4.2 建立漢江流域中長期預測機制

丹江口水庫為南水北調中線工程的水源地，肩負著向北方地區供水的任務。為保障調水工程的調水量和水庫最小下泄流量，應開展漢江流域中長期來水量預測研究，構建相應的預測系統平臺。主要根據國內外已有的中長期預測方法，對漢江流域未來一段時間內（通常為1 a）的降水量和主要控制斷面的徑流量進行預測，隨著實測資料的更新，對預測成果進行相應的滾動修正，盡可能地保證成果的準確性;針對多種方法的預測成果，進行多模型集合預測研究，以降低中長期預測的不確定性，最后提供漢江流域未來逐月多模型集合的降水量和徑流量預測成果。通過構建漢江流域中長期預測平臺，能為丹江口水庫的科學調度提供參考，在滿足水庫最小下泄流量的情況下保障了南水北調中線工程的供水需求。

4.3 加強中下游河段水環境治理

南水北調中線工程的興建對漢江流域的水質提出了更高的要求，對漢江中下游點源和面源水污染治理均采取了相應措施，實施城市污水收集和農村生態工程建設。漢江中下游水污染治理力度相對較高，干流水質維持較好，基本以Ⅱ類水為主，部分斷面的個別水質指標可能有超標現象。在調水工程實施后，特別是在遠景水平年年調水量增至130億m3的情況下，漢江中下游干流在非汛期的污染物濃度可能會有所增加，因此要加強河段水環境治理，提高城市污水收集和處理工藝，對漢江中下游兩岸污水排放進行提標改造處理;對于農業面源污染應該要調整農業產業結構，優化農業布局，使用高效污染低的農藥和化肥，盡最大可能減低面源污染[17]。

4.4 開展中下游兩岸生態修復治理

南水北調中線工程調水實施后，丹江口水庫下泄水量有所減少，相比調水前，中下游河道內裸露灘地面積會有所增加，如果灘地植被在短期內沒有及時的恢復，會影響河道兩岸河勢穩定。因此，需要制定相應的生態修復治理工程措施。對漢江中下游河道兩岸岸坡穩定性進行排查，在常水位下要保證河道岸坡的穩定性，對于存在問題亟需整治的河段采用非生物的網籠結構或生物混凝土進行岸坡防護治理;在水位變動區和河岸灘地上種植一些耐水淹或具有水質凈化和景觀功能的植物，形成能調蓄洪水、凈化水質、保障河道動植物健康發展的生態河道[17]。

5 結 論

（1）根據實測水文水質資料，分析了南水北調中線工程運行前后丹-襄區間漢江干流河段水文情勢變化特性。調水工程運行后，丹-襄區間干流河段非汛期流量和水位有所減小，水質類別沒有變化，水質指標值有所變差，生態基流量達標率均為100%，最小下泄流量的達標率有所降低。

（2）基于調水工程對漢江中下游干流河段水位生態過程的影響，提出了一定的對策和措施，主要包括科學調度以保障水庫下泄水量，建立漢江流域中長期來水量預測機制，加強中下游河段水環境治理，開展中下游兩岸生態修復治理，以此減緩調水工程給漢江中下游河段帶來的不利影響，為南水北調中線工程的健康運行提供依據。

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（編輯：唐湘茜）

Research on operation impact of Middle Route Project of South-to-North

Water Diversion on hydrological regime in Danjiangkou-Xiangyang reach

of Hanjiang River

HUANG Chaojun1， WANG Dong2， QIN He1

（1. Mid-route Source of South-to-North Water Transfer Corp.， Ltd.， Shiyan 442700， China;? ?2. Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources Commission， Wuhan 430010， China）

Abstract： The operation of Middle Route Project of South-to-North Water Diversion has solved the water shortage crisis in water service are， but also impacted the hydrologic process in the downstream area of the Hanjiang riiver. In this paper， according to the measured hydrologic and water quality data， the project induced impacts on discharge， water level， water quality and ecological water flow in the downstream Danjiangkou-Xiangyang reach of the Hanjiang River are analyzed. The results show that the project operation reduced the discharge and water level of the Danjiangkou-Xiangyang reach somewhat in non-flood season; there was no significant change in water quality categories;the water quality index values declined somewhat in non-flood season; the up-to-standard rates of ecological base flow were all 100%. The up-to-standard rates of the minimum discharge decreased somewhat. Based on the above analysis， the relevant countermeasures are proposed. The results can be used as a reference for healthy operations of Middle Route Project of South-to-North Water Diversion.

Keywords： hydrological regime variation; countermeasures; Danjiangkou-Xiangyang reach of Hanjiang River;Middle Route Project of South-to-North Water Diversion