城陵矶水位对洞庭湖径流变化的响应研究

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

城陵矶水位对洞庭湖径流变化的响应研究

黎昔春 王维俊

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

由于全球气候和江湖关系的变化以及人类活动的影响，进入洞庭湖区的径流在年际之间和年内分布均呈现一定的变化，反映洞庭湖区水文变化特性的城陵矶的水位对径流变化产生响应。文章根据30多年水文资料的分析，分3个时段研究了城陵矶水位对洞庭湖径流变化的相互关系。研究成果对于洞庭湖水资源配置、水生态环境保护方案的制定具有指导和借鉴意义。

洞庭湖城陵矶水位径流变化响应

1 研究背景

洞庭湖南接湘、资、沅、澧四水及湖周中小河流，北联松滋、太平、藕池、调弦（1958年冬建闸控制）四口分流，然后于岳阳城陵矶注入长江。洞庭湖出口有城陵矶水文站，其水文情势的变化基本能代表洞庭湖区的水文变化特性。洞庭湖区水系示意见图1。

洞庭湖径流由长江四口、四水及区间径流组成。从新中国成立后水文资料统计分析，四水及区间径流基本稳定，长江四口径流则由于江湖关系的变化、人类活动的影响而产生了较大的变化，重大人类活动主要包括：1958年冬调弦口建闸控制、1967～1972年下荆江3处裁湾、1981年葛洲坝截流、2003年三峡工程投入使用期（又分为2003～2008年的初期蓄水时期和2008年以后的正式蓄水时期）等。

洞庭湖出口城陵矶的水位变化和径流的变化息息相关，21世纪以来出现的枯水位出现时间提前、持续时间延长对洞庭湖区的水资源综合利用、水生态环境保护也带来了不利的影响。研究洞庭湖区中枯水位的变化特性和形成机理、城陵矶水位对径流变化的响应是非常必要的。洞庭湖的径流变化主要是由于四口径流的变化，以四口分流产生较大变化的三个时段进行对比：第一时段为葛洲坝截流至三峡工程初期蓄水前（1981～2002年，即江湖关系相对稳定时期）、第二时段为三峡工程初期蓄水期（2003～2008年）、第三时段为三峡工程蓄水期（2009～2013年）。

图1 洞庭湖区水系示意图

2 洞庭湖径流及来流组成变化

2.1 城陵矶径流变化

2003～2008年城陵矶多年平均流量7270m3/s，比1981～2002年减少1405m3/s，减少幅度19.3%；2009～2013年城陵矶多年平均流量7230m3/s，比1981～2002年减少1445m3/s，减少幅度19.9%；2009～2013年和2003～2008年城陵矶多年平均流量差别仅40m3/s，基本相当。

分析对比城陵矶9月～次年4月月均流量（见表1，其中9月和10月分旬统计）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，其余月份减少（500～3900）m3/s。9月上旬、10月中旬和下旬减少幅度3000m3/s以上，其中9月上旬减少幅度最大，达3900m3/s，占当月月均流量的31.0%。10月上旬和4月减少幅度2000m3/s以上。9月下旬减少幅度1000m3/s以上。9月中旬、11月和12月减少幅度1000m3/s以下；②2009～2013年和1981～2002年相比，除1月份增加300m3/s外，其余月份减少（200～5200）m3/s。9月上旬和中旬减少幅度5000 m3/s以上，幅度最大的为9月上旬，达5200m3/s，占当旬旬均流量的41.3%。10月中旬和下旬减少幅度3000m3/s以上。9月下旬减少幅度2000m3/s以上。10月上旬和11月减少幅度1000m3/s以上。12月、2月、3月和4月减少幅度1000m3/s以下。城陵矶月（旬）平均流量变化趋势见图2。

表1 四口、四水和城陵矶不同时段平均流量表

2.2 四口流量变化

图2 城陵矶不同时期流量、水位变化趋势图

2003～2008年四口多年平均流量1579m3/s，比1981～2002年减少593m3/s，减少幅度27.3%；2009～2013年四口多年平均流量1482m3/s，比1981～2002年减少690m3/s，减少幅度31.8%；2009～2013年比2003～2008年进一步减少889m3/s，减少幅度增加4.5%。

分析对比四口9月～次年4月月（旬）均流量（见表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，其余月份减少（2～1300）m3/s。9月下旬、10月上旬和中旬减少幅度1000m3/s以上，其中10月上旬减少幅度最大，达1300m3/s，占当旬旬均流量的38.2%。9月中旬、10月下旬减少幅度500m3/s以上。9月上旬减少100m3/s。11月、12月、1月和4月减少幅度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，其余月份减少（30～2900）m3/s。9月上旬、中旬、下旬和10月上旬减少幅度2000m3/s以上，其中9月上旬减少幅度最大，达2900m3/s，占当旬旬均流量的50.9%。10月中旬、下旬减少幅度1000m3/s以上。11月减少幅度100m3/s以上。12月和4月减少幅度100m3/s以下。四口月（旬）平均流量变化趋势见图2。

从城陵矶径流组成变化看，2003～2008年比1981～2002年的减少主要受四口影响的有9月中旬、下旬和10月上旬，2009～2013年比1981～2002年的减少主要受四口影响的有9月上旬、中旬、下旬和10月上旬、中旬、下旬。

2.3 四水流量变化

2003～2008年湘、资、沅、澧四水多年平均流量4873m3/s，比1981～2002年减少587m3/s，减少幅度10.7%；2009～2013年四水多年平均流量4779m3/s，比1981～2002年减少684m3/s，减少幅度14.0%；2009～2013年和2003～2008年四水多年平均流量差别仅94m3/s，基本相当。

分析对比四水9月～次年4月月均流量（见表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，其余月份减少500m3/s～2200m3/s。10月中旬和4月减少幅度2000m3/s以上，其中4月减少幅度最大，达2200m3/s，占当月月均流量的28.6%。10月上旬和下旬减少幅度1000m3/s以上。9月上旬、中旬、下旬和12月减少幅度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月分别增加1000m3/s、100m3/s、100m3/s、和400m3/s外，其余月份减少180 m3/s～1200m3/s。10月中旬和下旬减少幅度1000m3/s以上，幅度最大的为10月下旬，达1200m3/s，占当旬旬均流量的35.3%。9月中旬、11月、2月、3月和4月减少幅度500m3/s以上。9月上旬减少幅度在500 m3/s以下。四水月（旬）平均流量变化趋势见图2。

从城陵矶径流组成变化看，2003～2008年比1981～2002年的减少主要受四水影响的有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年的减少主要受四水影响的有10月下旬、11月、2月、3月和4月。

3 城陵矶水位变化

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

分析对比城陵矶9月～次年4月月（旬）均水位（见表2）可以看出：①2003～2008年和1981～2002年相比，除9月中旬和1～3月月均水位分别抬高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，达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月水位分别抬高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，为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。城陵矶月（旬）平均水位变化趋势见图2。

表2 城陵矶不同时期平均水位表

4 城陵矶水位对径流变化的响应

对比洞庭湖出口城陵矶9月～次年4月水位、流量变化趋势（详见表1、表2和图2）可以看出：①2003～2008年和1981～2002年相比，1～3月城陵矶流量分别增加（200～300）m3/s，其余时间均减少（500～3900）m3/s。相应城陵矶水位1～3月分别抬高（0.29～0.67）m，除9月中旬流量减少3900m3/s情况下水位仍抬高0.20m外，其余时间水位降低（0.36～1.99）m；②2009～2013年和1981～2002年相比，只有1月城陵矶流量增加300m3/s，其余时间减少（200～5200）m3/s。相应城陵矶水位1月抬高0.77m，除2月、3月在城陵矶流量分别减少900m3/s、920 m3/s的情况下水位仍分别抬高0.44m、0.31m外，其余时间水位降低0.28m～3.11m。

从总体变化趋势看，随着城陵矶径流量减少值的增加，城陵矶水位降低值也为增加的趋势，点绘2003～2008年和2009～2013年相比1981～2002年城陵矶径流量和水位降低值之间的关系，如图3。从图3可以看出：①城陵矶径流量的减少值和水位的降低值之间的数量关系可以统计为直线关系，且随着径流量减少值的增加,两时段的水位降低值均呈增加的趋势；②2009～2013年的水位降低值和径流量减少值的关系比2003～2008年更敏感。2003～2008年的水位降低值=流量减少值/1419.6-0.55，2009～2013年的水位降低值=流量减少值/1021.5-0.78。

图3 城陵矶水位降低和径流减少关系图

5 结论

洞庭湖的径流主要来自湘、资、沅、澧四水和长江，由于全球气候变化的影响，四水和长江干流1981～2002年、2003～2008年和2009～2013年呈现逐渐减少的趋势；江湖关系的变化引起长江进入洞庭湖区的径流减少；三峡等长江上游控制性水库的运用拦截上游的大部分来沙，清水下泄引起长江干流长距离的冲刷，加上上游水库对径流的调节作用，长江进入洞庭湖区径流量减少趋势进一步加剧。由于上述原因的存在，自1981年以来洞庭湖区径流呈逐渐减少的趋势，和1981～2002年相比，2003～2008年、2009～2013年城陵矶多年平均流量减少1405 m3/s和1445m3/s，除个别月份（旬）流量略有增加外，9月～次年4月月（旬）平均流量分别减少（500～3900）m3/s和（200～5200）m3/s。

随着进入洞庭湖区径流量的减少，特别是9月～次年4月枯水期城陵矶流量的减少，城陵矶水位相应的降低。和1981～2002年相比，2003～2008年、2009～2013年城陵矶多年平均水位降低0.40m和0.52m，除个别月份（旬）水位略有抬高外，9月～次年4月月（旬）平均水位分别降低（0.36～1.99）m和（0.28～3.11）m。

洞庭湖出口为长江与洞庭湖的连接部位，水文情势变化的影响因素多且关系复杂，水位变化除和径流关系密切外，还和下游水位、荆江河段的来流息息相关。本文仅仅分析研究了城陵矶水位对径流量变化的响应，和其他影响因素的关系有待今后做更进一步的研究。

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2017-03-17）

黎昔春（1964-），男，湖南汨罗人，大学本科，研究员级高级工程师，享受国务院政府特殊津贴，长期从事洞庭湖综合治理、保护规划设计和科学研究工作，E-mail：463606597@qq.com。