代 稳，吕殿青，王金凤，仝双梅

(1.六盘水师范学院旅游与历史文化学院，贵州六盘水553004；2.湖南师范大学资源与环境科学学院，湖南长沙410081)

三峡水库运行对荆江三口水文情势变异程度分析

代 稳1，2，吕殿青2，王金凤1，仝双梅1

(1.六盘水师范学院旅游与历史文化学院，贵州六盘水553004；2.湖南师范大学资源与环境科学学院，湖南长沙410081)

根据三峡水库蓄水运行时间，运用变化范围法(RVA)和整体改变度对荆江三口水文情势变异程度进行评价。结果表明，三峡水库运行对荆江三口流域水文情势产生一定影响，其水文综合改变度为62.07%，属于中度改变，主要影响表现在1月～5月、7月、8月、10月月均流量、年均1、3、7、30、90 d最小流量、低流量的谷底数、低流量平均持续时间等方面。三峡水库运行对荆江三口河流的削峰填谷作用明显。

水文情势；RVA；局部改变度；荆江三口；三峡水库

荆江三口作为连接长江中游和洞庭湖的重要纽带，三口分流变化对荆江干流河道和洞庭湖区产生明显的影响，多年以来一直是国内学者普遍关注的焦点[1- 4]。在气候变化和人类活动双重因素驱动下，变化环境下荆江三口分流分沙变化研究，更引起了水利学界和地理学界的高度重视，已成为目前研究者共同关注的热点问题[4- 8]。目前，研究的内容主要集中体现在水沙动态变化、江湖水体交换关系及三峡工程运行对荆江三口分流分沙的影响等方面，尤其是三峡工程运用对荆江三口水沙情势变化的影响，已取得了一定的研究成果。有些学者[4，7，9]认为三峡工程运用后导致荆江三口分流比变化不大；而也有学者[6，10-12]认为三峡工程运行后使荆江三口分流能力减弱。除此之外，三峡工程运用后对荆江三口水文情势变化的影响程度到底如何(轻度、中度或高度)亟需进一步探讨。为此，本文根据三峡水库调度方式，并结合水文情势变动指标(IHA)，运用水文变化范围法(RVA)对三峡水库运行对荆江三口的水文情势变化程度进行研究，以期为三口分流的变化规律研究及三峡水库运行调度提供依据。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

长江干流枝城至城陵矶河段称为荆江，其南岸松滋、虎渡、藕池三口(调弦口闸于1958年堵口建闸)分流进入洞庭湖。荆江三口的主要控制站为新江口站(松滋河)、沙道观站(松滋河)、弥陀寺站(虎渡河)、管家铺站(藕池河)及康家港站(藕池河)，于是选取历年三口5站水文数据(来源于湖南省水文水资源勘测局和湖南省水利厅网站水情日报表)。由于下荆江裁弯、葛洲坝截流等工程均对荆江三口分流变化造成影响，为了有效准确地分析三峡水库运行前后的水文情势变化，三峡水库运行前的数据需提供受水利工程影响较小的时间序列；故，本文采集三口5站1990年～2014年实测逐日径流量。

1.2 研究方法

变动范围法(Range of Variability Approach，RVA)由Richter等[13]于1997年提出，主要是在水文变化指标法(Indictors of Hydrologic Alteration，IHA)的基础上建立起来的。其用流量时间序列数据来评估水文变化程度，即以变异前的逐日流量数据为基础，甄别变异后人类活动(本文特指三峡水库运行)对流量系列的影响程度。IHA包括5个方面33个指标(起初为32个)，分别用流量、时间、频率、延时和变化率等描述河流水文特征[13-14](见表1)。其中，基流指数是指7 d最小流量与年均流量之比；低流量谷底数被定义为低于受干扰前流量25%频率的日均流量；高流量洪峰数被定义为高于受干扰前流量75%频率的日均流量；流量平均增加率(减少率)是指相邻日流量的平均增加率(减少率)；逆转次数是指河流日流量由增加(减少)变为减少(增加)的次数。

表1 IHA法的水文参数

RVA法通过对不同时间河流水文条件(用IHA法的水文指标描述)进行比较分析，进而揭示水利工程建设等人类活动对河流水文情势的影响。首先，设定RVA目标(RVA阈值)，即以受影响前各指标的平均值、标准差或发生频率的75%和25%作为各指标的上下限；然后，根据受影响后的流量特征值Ri来判别水利工程建设等人类活动是否对河流的水文情势产生影响：若Ri落在RVA阈值的个数越多，受影响的程度越小；反之，受影响程度就越大。为了能定量评估受影响后的变化程度，Richter等[14]提出建议采用水文改变度(Degree of Hydrological Alteration，DHA)来定量化描述，公式如下

(1)

(2)

式(2)主要用于计算IHA法的33个水文参数所引起的河流整体改变度。由于IHA法的33个水文参数分为5组，不同组内指标反映出不同的水文情势变化规律及影响(见表2)。为了能评价各组内河流的部分改变度，文中通过变化河流的整体改变度Do来求出河流的局部改变度

(3)

式中，n为IHA法中各组水文指标的总数，如第1组n=12；j为指标序号，1≤j≤33；m为各组最大序号，m∈{12，24，26，30，33}。

1.3 研究时段的划分

以三峡水库建成、蓄水运行节点为界划分研究时段。三峡水库自2003年6月1日开始蓄水，10天时间其蓄水水位达到135 m。为了消除下荆江裁弯、葛洲坝截流等工程对荆江三口水文情势变化的影响，最终确定1990年～2002年作为三峡水库运行前的阶段，即天然状态，2003年～2014年作为三峡水库运行后的阶段，即三峡水库影响时段。

表2 荆江三口水文指标RRVA值

2 结果与分析

2.1 月平均流量变化

由三峡水库蓄水运行前后月均流量变化趋势可知，三峡工程建设运行对荆江三口年内水文情势产生一定的影响(见图1)。与1990年～2002年相比，2003年～2014年1月～5月月均流量表现为增加，1月、2月水库运行后月均流量是运行前的2.5倍多，3月、4月、5月的增长率分别为83%、62%、29%，6月、9月月均流量起伏不大，7月、8月、10月呈减少趋势，减少率分别为12%、10%、40%。经水文改变度计算结果及水文变化度规定范围的对比分析，三峡水库运行后月均流量水文变化度表现为7个月份低度改变、4个月份中度改变、1个月份高度改变，月均流量总体改变度计算值为49%，属于中度改变。总体上来看，三峡水库蓄水运行对荆江三口的月均流量特性产生了微弱的改变，使冬、春季月均流量增加，夏季月均流量有所减少；这将有利于荆江三口地区枯季水资源的开发利用及减缓洪灾发生的概率。这主要是因为三峡水库5月、6月为防洪泄水期，水库水位需从155 m减至145 m；7月、8月为调洪错峰期，将水库水位控制在145 m；9月、10月为汛末蓄水期，蓄水位达到175 m；11月至翌年2月为枯水发电期，三峡水库以5 800 m3/s的出力流量下泄；3月、4月为发电消落期，增加下泄流量，加大泄流发电[17]。由此可见，三峡水库运行具有削峰填谷的作用。

图1 三峡水库运行前后月均流量

2.2 年均极值变化

三峡水库运行前后年均1、3、7、30、90 d最小流量和最大流量柱状图(见图2)的高低表明：三峡水库运行后年均1、3、7、30、90 d最小流量增多，而最大流量减少，尤其是年均30、90 d最小和最大流量。三峡水库运行后荆江三口年均30 d最小流量是运行前的2.86倍，年均90 d最小流量运行前后为1∶2.26，年均30、90 d最大流量较运行前分别减少了25%、18%。其进一步说明三峡水库运行对河流具有削峰填谷的作用，这意味着三峡水库运行在一定程度上有利于抗旱防涝及水资源的开发利用。从零流量天数和基流指数看，三峡水库运行前后荆江三口5站同时出现零流量的天数为0；故此，对该水文参数无影响，基流指数由水库运行前的0.002 6增加至0.004 7，增加率为81%。这说明三峡水库运行对荆江三口流量的填谷作用表现较为显著，主要是7 d最小流量增加的缘故。由水文改变度计算结果可知，年均1、3、7、30、90 d最小流量均为高度改变，年均1、3、7 d最大流量均为中度改变，年均30、90 d最大流量均为低度改变，零流量天数为无改变，基流指数为高度改变，月均流量总体改变度计算值为74%，属于高度改变。可见，三峡水利工程的建设对荆江三口断面河流影响较大，主要是荆江三口5站分泄长江干流入洞庭湖，干流水文情势发生改变固然对其产生明显影响。

图2 三峡水库运行前后年均最小流量、最大流量对比

2.3 年极值流量出现的时间变化

水库运行后年最大流量出现的时间变化较大，由运行前的56 d左右下降到29 d左右，偏离率为49%，水文改变度为83%，其变异程度达到高度改变；相反，年最小流量出现的时间无明显变化，运行前后均在215 d左右，为无或低水文改变。由此表明，三峡水库的调节作用，使荆江三口流量震荡次数呈现减弱趋势。

2.4 年高低流量频率与历时变化

水库运行后低流量频率与历时均发生明显下降变化趋势，年低流量的谷底数减少，低流量平均持续时间缩短；高流量频率与历时变化不显著，年高流量的洪峰数由运行前的5.1次上升至6.1次；高流量平均持续时间由运行前8 d变为运行后的6 d，呈轻微下降趋势。对其水文改变度分析发现，年低流量的谷底数、低流量平均持续时间均为高度改变；年高流量的洪峰数、高流量平均持续时间均为中度改变；高低流量频率与历时总体改变度计算值为72%，属于高度改变。这意味着三峡水库运行消减洪峰、蓄丰补枯等调节作用使得季节性流量发生改变，流量向单一化方向转化。可见，三峡水库运行下荆江三口流域水文情势特征与天然状态下有所不同，这将对三口地区水资源开发利用与生态环境产生重要的影响。

2.5 流量变化率与频率变化

水库运行后流量变化率与频率变化均不大，流量平均增加率及减少率、每年流量逆转次数较运行前均稍有增加，且运行后所观测年份3项水文改变指标参数大部分位于RRVA阈值之内，流量平均增加率和流量平均减少率的水文改变度为中度改变，每年流量逆转次数为低度改变。这说明三峡水库运行后其削峰效应与填谷效应有所增强，但对荆江三口河流生态系统影响与运行前差不多，无明显变化。

据式(1)计算出33项水文指标Di值，将该值带入式(2)，求出三峡水库运行后荆江三口水文情势综合改变度为62.07%，属于中度改变。这意味着三峡水库运行在一定程度上影响了荆江三口水文条件，也打破了该地区原有的河流生态环境。由5组局部改变度Ds计算结果可知，第2组年均极值、第4组高低流量频率与历时的局部改变度分别为73.76%、71.73%，均为高度改变。因此，三峡水库运行对荆江三口水文情势影响最大的主要是年均1、3、7、30、90 d最小流量、低流量谷底数、低流量平均持续时间，年均30、90 d最小流量分别由6.69、10.46 m3/s增加至19.1、23.59 m3/s(见表3)。

表3 荆江三口水文情势整体改变度与局部改变度计算结果

3 结 论

(1)33个IHA指标中，10个指标为高度改变，8个为中度改变，12个为低度改变，3个无改变，其荆江三口水文综合改变度属于中度改变，三峡水库运行对荆江三口流域水文情势产生一定影响。

(2)长江三峡水库运行对荆江三口水文情势的影响主要表现为：1月～ 5月月均流量稍有增加，7、8、10等3个月月均流量有所减少；年均1、3、7、30、90 d最小流量呈增加趋势，填谷作用明显，低流量的谷底数减少，低流量平均持续时间缩短。

(3)5类33个IHA指标中，高度改变指标分布在不同的组，有单个或几个高度指标，并不意味着该组的影响贡献率就大。为了更加明确探索水文情势的影响因素，本文试着从局部改变度的角度评价5组IHA指标对水文情势改变度的影响，第2组年均极值、第4组高低流量频率与历时的局部改变度为高度改变。

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(责任编辑 陈 萍)

Analysis of Hydrological Regime Variation in Three Outlets of Jingjiang River after the Impoundment of Three Gorges Reservoir

DAI Wen1,2, LÜ Dianqing2, WANG Jinfeng1, TONG Shuangmei1
(1. College of Tourism and Historical Culture, Liupanshui Normal University, Liupanshui 553004, Guizhou, China;2. College of Resources and Environment Science, Hunan Normal University, Hunan 410081, Changsha, China)

According to the storage operation time of Three Gorges Reservoir,the RVA method and the total degree of change are used to evaluate the variation degree of hydrological regime of three outlets in Jingjiang River. The results show that the operation of Three Gorges Reservoir has certain impacts on Jingjiang three hydrological regimes, and its hydrological comprehensive change degree is 62.07%. It is shown that the impacts include monthly average flow rate in January to May, July, August and October, annual average minimum flow rate of 1, 3, 7, 30 and 90 d, and the valley bottom number and duration time of low flow. The operation of Three Gorges Reservoir has an obvious flood peak reducing effect on Jingjiang three outlets．

hydrological regime; RVA, local degree of change; three outlets of Jingjiang River; Three Gorges Reservoir

2016- 11- 15

国家自然科学基金资助项目(41571100)；贵州省科学技术基金项目 (黔科合LH字[2015]7632号)；贵州省教育厅自然科学研究项目(黔教合KY字[2015]445号)

代稳(1982—),男,贵州六盘水人, 副教授，博士研究生，从事水文生态与环境变化的研究；吕殿青(通讯作者)．

TV213.4

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0559- 9342(2017)08- 0026- 05