三峡水库蓄水运行初期对径流过程影响分析

庞树森，许继军，徐 杨

（1.长江科学院水资源综合利用研究所，武汉 430010；2.三峡梯级调度通信中心，湖北宜昌 443133）

三峡水库蓄水运行初期对径流过程影响分析

庞树森1，许继军1，徐 杨2

（1.长江科学院水资源综合利用研究所，武汉 430010；2.三峡梯级调度通信中心，湖北宜昌 443133）

依据三峡水库蓄水前后上下游水文站的观测资料，采用TFPW－MK方法对寸滩站、武隆站、宜昌站观测流量的长期变化趋势进行了显著性检验，并对三峡水库蓄水运行以来水库对径流过程的影响做了对比分析。结果表明三峡水库运行对径流总量无明显影响，但对径流的年内过程有一定影响：12－6月水库下泄流量大于天然径流量，而9－11月蓄水期则存在明显的减泄现象，2009年最大减泄流量12 015m3／s。经优化调整后的三峡水库汛末蓄水方案，对此减泄过程有一定缓解，2010年最大减泄流量7 923 m3／s。

三峡水库；径流变化趋势；水库汛末蓄水；径流过程分析

1 概 述

三峡工程是一座具有防洪、发电和航运等综合效益的大型水利枢纽工程，其巨大的调节能力将对长江中下游干流的径流过程产生一定影响［1，2］。三峡水库的入库流量主要来自长江干流寸滩以上、支流乌江以及三峡区间产流。其中寸滩和武隆占入库径流总量的90%以上。本文以长江寸滩水文站、乌江武隆水文站观测流量，作为三峡水库主要来水分析依据（因三峡区间支流入库流量观测资料有限，本次研究暂不计入三峡区间入库水量），同时选择宜昌水文站观测流量作为三峡水库出库分析依据。采用数据为寸滩水文站（1953－2010年）、武隆水文站（1953－2010年）、宜昌水文站（1953－2010年）的日径流数据。

为探讨三峡水库蓄水运行初期对径流过程影响，本文将从以下两方面对三峡水库蓄水运行初期对径流过程的影响进行分析：一是对三峡水库蓄水前后，尤其是水库蓄水运行初期年、月径流变化趋势进行检验；二是在分析年、月径流变化趋势的基础上分析三峡水库蓄水以来（2003－2010年）出入库径流过程变化。

2 三峡水库蓄水过程及运行方式

三峡水库设计正常蓄水位175 m，汛期防洪限制水位145 m，防洪库容221.5亿m3，枯季消落最低水位155 m。根据初步设计阶段调度规程，初步设计阶段三峡水库运行水位见图1所示。

图1 初步设计阶段三峡水库运行水位示意图Fig.1 The operating level of Three Gorges Reservoir at the initial design stage

按照1993年7月国务院三峡工程建设委员会批复，三峡水库分3个水位进行分期蓄水，即：围堰挡水发电期，水位135 m；初期运行期，水位组合为135～156 m；正常运行期，水位组合为145～175 m。三峡水库于2003年6月首次蓄水至135m水位，工程进入围堰挡水发电期，11月5日蓄水至139 m水位，汛期按135 m水位运行，枯季按139 m水位运行。2006年9月20日三峡水库开始汛后蓄水，10月28日蓄水至156 m，工程进入初期运行期，汛期按144～145 m运行。2008年，大坝、电站厂房、船闸已全部完建，发电机组全部投入使用，提前1年具备蓄水至175 m水位的条件。经国务院批准，2008年汛末进行175 m试验性蓄水，9月28日开始蓄水，11月10日库水位最高蓄至172.80 m。

遵照国务院批复的《三峡水库优化调度方案》（2009年10月）和《三峡工程2009年试验性蓄水方案》，2009年三峡水库汛末蓄水时间提前至9月15日开始试验性蓄水。但由于蓄水期间（9－10月），上游来水偏少，同时中下游湖南、江西等省旱情严重，为缓解中下游干旱情势，三峡水库加大下泄流量［3］。11月24日蓄至最高水位171.43 m，三峡水库原定的试验性蓄水175 m未能完成。

考虑2008年和2009年三峡水库试验蓄水均未蓄至175 m，经长江防总认真研究和慎重考虑后，结合三峡水库入库泥沙观测数据以及中下游9－11月期间的最小径流要求等，在《三峡水库优化调度方案》和国家防总批复的《三峡－葛洲坝水利枢纽2010年汛期调度运用方案》的基础上审查通过了《三峡工程2010年175米试验性蓄水实施计划》（以下简称《实施计划》），该《实施计划》已获国家防总批复（国汛［2010］10号）。《实施计划》规定2010年蓄水起始时间将由9月15日提前至9月10日。因此在2010年，三峡水库汛末蓄水时间为9月10日，至10月26日蓄水至水位175 m。

3 径流过程长期变化趋势

采用改进的Mann-Kendall［4］检验方法TFPW（Trend-Free Per-Whitening）-MK检验法［5，6］，对径流序列变化趋势的显著性进行检验，显著水平α取0.1，详细方法及计算步骤请参见文献［6］。为检验三峡水库蓄水运行后对径流变化趋势的影响，本文对观测的径流序列进行分阶段考虑，分别是蓄水前1953－2002年50 a径流序列和1953－2010年增加蓄水后的径流序列。

3.1 1953－2002年序列变化趋势

在三峡水库初次蓄水之前，寸滩、武隆、宜昌水文站年径流变化趋势有以下特点：

（1）3个水文站点的年平均流量变化趋势不显著，说明寸滩站、武隆站及宜昌站在1953－2002年流量序列的变化不明显。

（2）从各月平均流量来看：寸滩站各月平均流量均没有显著性增加，月平均流量显著性减少的主要是10月和11月（其中10月份的平均流量变化趋势见图2（b），图中实趋势线是1953－2010年相应变化趋势线，虚趋势线是1953－2002年相应变化趋势线，下同）；武隆站各月平均流量显著增加的主要是1－3月（2月份见图3（a）），显著减少的主要是5月（见图3（b））；宜昌站各月平均流量显著增加的主要是2月和3月（3月份见图4（a）），各月平均流量均无显著减少趋势。

图2 寸滩站部分月份平均流量变化趋势图Fig.2 Trend of variations ofmonthly average flow at Cuntan station in February and October

图3 武隆站部分月份平均流量变化趋势图Fig.3 Trend of variations ofmonthly average flow atW ulong station in February and M ay

3.2 1953－2010年序列变化趋势

将研究的径流序列延长至2010年，即增加三峡水库蓄水以后的径流序列。寸滩、武隆、宜昌站流量出现以下变化趋势：

（1）三峡水库上游寸滩站年平均流量明显减少，下游宜昌站年平均流量减小趋势也明显（见图5）。2003－2010年宜昌站多年平均流量较宜昌2002年以前50 a多年平均流量减少9%。年均流量减少的主要原因是由气候及上游大型水利工程的建设引起的［7］。

（2）从各月流量变化来看：总的趋势是枯季平均流量增加，汛期平均流量减少。寸滩站1－3月流量显著增加，（2月份见图2（a）），10和11月显著减少（10月份见图2（b））；武隆站1－3月流量显著增加（2月份见图3（a）），这种变化在一定程度上受到长江上游地区已建水库的蓄水运行影响，5月流量显著减少（见图3（b））。宜昌站流量1－4月平均流量显著增加（3月份见图4（a）），10和11月则显著减少（11月份见图4（b））。

对比1953－2002年和1953－2010年这2个系列的趋势分析结果，可以看出，2003年以来长江上游径流量减少明显，这与该地区连续出现的几个枯水年份有关。

3.3 2003－2010年期间径流变化

根据三峡水库调度规程，三峡水库5－6月泄水至汛期水位，9－11月蓄水至正常水位。表1给出2003－2010年寸滩、武隆、宜昌站的径流变化统计，其中，当增减百分率大于10%认为径流增加明显，反之当增减百分率小于10%时则认为减少明显［4］。

图4 宜昌站部分月份平均流量变化趋势图Fig.4 Trend of variations ofmonthly average flow at Yichang station in M arch and November

图5 寸滩宜昌站多年年平均流量变化趋势Fig.5 Trend of variations of yearly average flow at Cuntan station and Yichang station

表1 2003－2010年径流变化统计Table 1 Statistics of yearly runoff during the operation period from 2003 to 2010

如表1所示，3个水文站枯季径流均呈增加趋势，其中寸滩站、宜昌站流量增加最为显著；而汛期径流则呈减小趋势，其中武隆站、宜昌站流量显著减小；三峡水库蓄水期，宜昌站流量显著减小。

4 三峡水库蓄水运行期出入库径流过程分析

4.1 建设过程中蓄水对径流过程的影响

（1）2003年三峡水库开始围堰挡水初期蓄水发电，水库运行水位为135～139 m。2003年开始蓄水至水位135 m期间，坝址以上流域没有出现大的洪水过程。三峡入库流量（寸滩站与武隆站的观测流量之和，以下所指相同）的最大值16 416 m3／s，最小入库流量8 928 m3／s；三峡水库下泄流量（宜昌站观测流量）最小为2 570 m3／s。初次蓄水至135 m期间的蓄水过程中，最大减泄流量达12 810 m3／s，平均减泄流量为8 909.7 m3／s。

（2）2006年10月开始三峡水库进行初期运用，坝前水位为144～156 m。从2006年9月20日开始蓄水至10月27日期间，从三峡水库出入库流量变化来看，最大减泄流量达10 669 m3／s，蓄水期间平均减泄流量为2 844.8 m3／s，其中9月20日至10月16日平均减泄流量达4 300 m3／s。

（3）2007年三峡主体工程浇筑接近完毕，三峡水库蓄水以来第一次实现了完整的运行年。该年平均流量为12 758 m3／s，较多年平均减少7%，为平水枯水年。下面根据三峡水库2007年出入库流量数据，详细分析水库运行的减泄和增泄过程（2007年各月出入库径流变化见图6）。

①2007年1－4月，从出入库流量之差来看，以放水发电为主，增泄流量平均为985.7 m3／s，其中下泄主要集中在2－4月，4月末下泄量较大，最大增泄流量达4 438 m3／s。

图6 2007年各运行期出入库径流过程变化Fig.6 Changes of inflow and outflow runoff process during the operation in 2007

②5－6月份期间，因腾空防洪库容需要，坝前库水位开始由156 m逐渐下降至144 m，相应下泄流量将加大，下泄流量增加明显，最大出入库流量差值为14 789 m3／s，平均增泄流量为3 202.6 m3／s。6月下旬增泄流量较大，平均增泄流量达5 000 m3／s以上。

③7－9月份，坝前水位控制在144 m以下，当坝前水位低于144 m时，三峡水库就适当蓄一些水，反之则适当多放一些水，因此三峡水库出库流量相对于入库流量来说，增减不一。

④自9月末开始，三峡水库开始由144 m蓄水至156 m，10月上中旬，水库蓄水的减泄流量明显，最大减泄流量7 836 m3／s，10月份全月平均减泄流量为2 045.8 m3／s，其中在10月1日至10月20日期间平均减泄流量接近3 000 m3／s。10月份之后，三峡水库蓄水完成，水库有蓄有泄，日幅度变化较小。

4.2 2008－2010年试验性蓄水运行对径流过程的影响

4.2.1 2008年出入库径流过程变化

三峡水库自9月28日开始蓄水，蓄水过程分为2个阶段：第一阶段9月28日至10月5日，此阶段三峡水库蓄水至156 m，最大减泄流量是13 123 m3／s，平均减泄流量为7 120 m3／s，平均下泄流量为17 376 m3／s。10月5－17日，三峡水库按照不超过156 m控制，此期间平均入库流量为15 264 m3／s，下泄流量为15 180 m3／s。第二阶段为10月17日至11月4日，由于10月28－30日出现持续降雨过程导致上游涨水而调整蓄水进度，水库于11月4日蓄水至172.80 m，期间水库减泄流量明显，日最大减泄流量为7 144 m3／s（见图7）。

图7 2008年蓄水期出入库径流过程变化Fig.7 Changes of inflow and outflow runoff process during the impoundment in 2008

4.2.2 2009年出入库径流过程变化

9月15日开始蓄水，起蓄水位145.87 m，待蓄水量217亿m3。2009年各月出入库径流变化见图8。

（1）1－6月，三峡水库以泄水为主，最大增泄流量为8 341 m3／s，平均增泄流量为2 077 m3／s。

（2）2009年汛期是三峡水库具备正常运行期运行条件以来的首次防洪运用，三峡水库按照汛期145～155 m调节径流。就8月上旬的一场洪水而言，入库流量为55 898 m3／s，出库流量为38 868 m3／s，削峰17 030 m3／s，削峰率为30%，通过拦蓄洪水减轻了长江中下游的防洪压力。

（3）由于2008年三峡水库通过了172.80 m高水位的检验，2009年提前13 d开始蓄水。9月15日至10月31日，三峡水库平均减泄流量3 562 m3／s，最大减泄流量是12 015 m3／s，10月上、中、下旬平均减泄流量分别为5 138，5 311，1 865 m3／s，平均减泄流量3 923 m3／s。10月31日，三峡水库已经蓄水至171 m，离最高水位仅有4 m。10月份三峡水库来水偏枯和长江中下游发生持续干旱，10月份平均入库流量为12 500 m3／s，比多年同期平均值偏少约35%。 10月19日以后三峡水库加大下泄流量为下游补水，水库减泄量大幅度减小，11月24日，三峡水库蓄水至171.43 m水位。

（4）蓄水至171.43 m以后，水库在高水头运行，枯季对下游补水，增泄流量较小，基本维持在1 000 m3／s以内。

图8 2009年各运行期出入库径流过程变化Fig.8 Changes of inflow and outflow runoff process during the operation in 2009

4.2.3 2010年出入库径流过程变化

由于前2次试验性蓄水均未蓄水至175 m，为应对上下游来水、需水的不同情况，实现蓄水175 m目标，应适当增加9月份的蓄水任务。2010年三峡工程于9月10日开始第3次试验性蓄水，起蓄水位承接前期防洪运用水位160.2 m，较2009年起蓄水位提高了15.33 m。2010年各月出入库径流变化见图9。

（1）1－4月，水库增泄明显，水库增泄流量平均值为1 446.5 m3／s。增泄日幅度在2 000 m3／s左右。4月末出现减泄过程，减泄流量约1 000 m3／s。5－6月，水库依然加大泄水，水库水位由155 m降低至145 m汛限水位。5月下旬及6月上旬增泄流量较大，平均增泄流量大于4 000m3／s，6月下旬，出入库流量之差有增有减，6月20日、21日出现一次较大的减泄过程。

（2）2010年7－9月汛期长江上游发生较大的洪水，三峡水库对长江上游出现的洪水过程成功实施拦洪削峰调度，拦蓄洪水，有效降低了长江中下游干流沿程水位。有较大洪水来临时，水库减泄流量增加，洪水过后，水库增泄量增加，增减不一。水库对洪水调节作用明显。

（3）2010年9月10日开始蓄水，较2009年提前5 d开始蓄水，2008年提前18 d，10月27日三峡水库水位首次达到175 m，蓄水期间平均减泄流量为2 796 m3／s。9月10－14日提前蓄水期间，三峡水库平均减泄流量为3 298 m3／s，最大减泄流量是7 923 m3／s，蓄水量为14.2亿m3。按照长江防总调度令，9月15日蓄水至162.96 m，之后库水位开始逐步回落，9月30日，库水位达到162.84 m。10月12日，三峡水库蓄水至170 m，由于2008年和2009年最高蓄水位均为超过172.80 m，根据三峡防总调令，10月15日起，减缓库水位抬升速度，10月15－27日水库平均减泄流量为3 703 m3／s，10月27日，水库成功蓄水至175 m正常蓄水位。

图9 2010年各运行期出入库径流过程变化Fig.9 Changes of inflow and outflow runoff process during the operation in 2010

5 结 论

本文对寸滩站、武隆站、宜昌站观测流量的长期变化趋势，以及三峡水库蓄水运行以来出入库径流过程进行了分析，认识如下：

（1）三峡水库入库年径流变化不显著，但是不同月份存在径流增加或减小趋势，主要表现为汛期径流减小而枯季增加。宜昌站年径流在2003年三峡水库蓄水以前变化不显著，而将径流序列延长至2010年，宜昌站年径流减小趋势显著。蓄水运行后，部分月份径流变化显著，表现在三峡水库蓄水期（10－11月份）减少趋势明显，泄水期（5－6月份）增加趋势明显。

（2）蓄水期三峡水库对出入库径流调节明显，出库流量小于入库流量；枯季出库流量大于入库流量；汛期，水库对较大洪水进行蓄洪调节。三峡水库除9－11月蓄水期以及5－6月加大泄水期对径流调节较明显外，其他月份对径流调节不明显。

（3）2008年和2009年，三峡水库进行2次试验性蓄水均未蓄水至175 m，2010年三峡水库提前至9月10日蓄水，较2009年提前5 d，较2008年提前18 d，增加9月份的蓄水任务，提前减小水库下泄流量。2010年三峡水库蓄水过程更加平缓，最大减泄流量为7 923 m3／s，较2009年最大减泄流量减小4 092 m3／s，较2008年减小5 200 m3／s。

［1］ 栾震宇，施 勇，陈炼钢，等.三峡工程蓄水前后长江中游水位流量变化分析［J］.人民长江，2009，14（4）：44－46.（LUAN Zhen-yu，SHIYong，CHEN Lian-gang，et al.Analysis ofWater Level and Discharge Variation in Middle Yangtze River after Impoundment of TGP Reservoir［J］.Yangtze River，2009，14（4）：44－46.（in Chinese））

［2］ 刘同宦，蔺秋生，姚仕明.三峡工程蓄水前后进出库水沙特性及径流量时间序列变化周期分析［J］.四川大学学报（工程科学版），2011，43（1）：58－63.（LIU Tonghuan，LIN Qiu-sheng，YAO Shi-ming.Analysis of Three Gorges ReservoirWater-Sedimentand the Period of Change of Temporal Series of Annual Runoff［J］.Journal of Sichuan University（Engineering Science Edition），2011，43（1）：58－63.（in Chinese））

［3］ 郑守仁.三峡工程试验性蓄水175 m水位运行的相关问题［J］.人民长江，2010，41（8）：1－4.（ZHENG Shouren.Some Considerations on Trial Impoundment Operation of Three Gorges Project at175m Water Level［J］.Yangtze River，2010，41（8）：1－4.（in Chinese））

［4］ DAVID R M.Handbook of Hydrology［M］.New York：Mcgraw-Hill，1993.

［5］ YUE S，HASHINO M.Long-term Trends of Annual and Monthly Precipitation in Japan［J］.Journal of the American Water Resource Association，2003，39（3）：587－596.

［6］ 许继军，杨大文，雷志栋，等.长江流域降水量和径流量长期变化趋势检验［J］.人民长江，2006，37（9）：63－67.（XU Ji-jun，YANG Da-wen，LEIZhi-dong，et al.Examination on the Tendency of Long-term Variation of Precipitation and Runoff in the Yangtze River Basin［J］.Yangtze River，2006，37（9）：63－67.（in Chinese））

［7］ 李 林，王振宇，秦宁生，等.长江上游径流量变化及其与影响因子关系分析［J］.自然资源学报，2004，19（6）：694－700.（LI Lin，WANG Zhen-yu，QIN Ningsheng，et al.Analysis of the Relationship Between Runoff Amount and Its Impacting Factor in the Upper Yangtze River［J］.Journal of Natural Resources，2004，19（6）：694－700.（in Chinese） ）

（编辑：曾小汉）

Im pact of the Impoundment of Three Gorges Reservoir on Runoff Process

PANG Shu-sen1，XU Ji-jun1，XU Yang2
（1.Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Three Gorges Cascade Dispatching and Communication Center，Yichang 443133，China）

On the basis of hydrologic data at upstream and downstream stations of Three Gorges Reservoir（TGR）before and after the impoundment，significance testwas performed on the trend of long-term flow variation observed at Cuntan station，Wulong station，and Yichang station by TFPW-MKmethod.The impactof TGR impoundmenton runoff processwas also comparatively analyzed.Results revealed that no evident impact on the runoff process was found，while the yearly runoff processwas somehow influenced.The discharge volume from December to next June was larger than natural runoff，while was reduced remarkably from September to November with a maximum decrease of12 015 m3／s in 2009.Having been optimized by the impoundment scheme at the end of flood season，the maximum decrease of discharge volume fell to 7 923 m3／s.

Three Gorges Reservoir；runoff trends；impoundment at the end of flood season；analysis of runoff process

TV213.9

A

1001－5485（2011）12－0118－07

2011-10-20

水利部公益性行业专项（201101004）

庞树森（1986-），男，山东临沂人，硕士研究生，主要从事水文预报等方面研究，（电话）027-82828101（电子信箱）pshusen＠163.com。