洞庭湖出口中枯水位特征及变化趋势

郑颖

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

洞庭湖出口中枯水位特征及变化趋势

郑颖

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

文章以洞庭湖出口城陵矶 （七里山）站1981～2013年实测水位资料为基础，主要采用Mann-Kendall趋势检验法，对最低水位、枯期水位、保证率水位、9月和10月分旬水位等特征水位进行了统计和变化趋势分析，得出的主要结论有：1981～2013年上述特征水位发生了不同程度的变化，特别是三峡等工程运行后（2003～2013年），枯期水位和9～10月分旬水位降低幅度最大。研究成果对于洞庭湖综合治理特别是水资源配置方案的确定具有重要指导意义。

洞庭湖出口 城陵矶 中枯水位特征 变化趋势

1 概述

洞庭湖纳湘、资、沅、澧四水，接松滋、太平、藕池和调弦（1958年封堵）四口的长江来水，经湖泊调蓄后，在东洞庭湖的出口城陵矶附近注入长江。由于江湖关系演变、葛洲坝和三峡等工程的运用，长江干流荆江河段发生冲刷，由荆南三口分流进入洞庭湖的水量减少，洞庭湖中枯水位发生了大的变化，对洞庭湖区水资源利用、农业灌溉、航运、生态等造成了深远的影响，尤其是东洞庭湖。因此研究洞庭湖出口中枯水位变化规律对于洞庭湖综合治理特别是水资源配置方案的确定等决策具有指导意义。

2 研究方法

目前检测趋势与突变的方法有多种，其中Mann-Kendall检验法是多数人认为理论基础和应用效果好的一种方法。在Mann-Kendall检验中，原假设H0为时间序列数据（x1，x2，…，xn），是n个独立的、随机变量同分布的样本。对于所有的i，j≤n，且i≠j，定义检验统计量S：

当n＞10，统计变量S近似服从正态分布，不考虑序列中等值数据点的情况，E（S）=0，方差Var（S）= n（n-1）（2n+5）/18。

标准化的检验统计量Zmk可以用下式计算：

采用双侧检验，在α显著水平下，如果|Zmk|＞Z（1-α/2），拒绝无趋势的原假设，即认为在序列中存在有增大或减小的趋势;否则接受序列无趋势的假设。Zmk为正值表示增加趋势，负值表示减少趋势。Z（1-α/2）是概率超过1-α/2时标准正态分布的值。通常取显著性水平α为0.1和0.01，当α≤0.01时，说明检验具有高度显著性水平；当0.01≤α≤0.1，说明检验是显著的。趋势性检验结果级别描述见表1。

3 研究内容

（1）最低水位和枯期水位。城陵矶（七里山）站为洞庭湖出口处控制站，统计其1981～2013年水位资料， 年最低水位、10月～次年3月和12月～次年2月水位多年平均值分别为20.00 m、22.65 m和21.20 m。

表1 趋势性检验结果级别描述

由图1随历时变化过程线，10月～次年3月多年平均水位是呈下降趋势，12月～次年2月和最低水位呈现上升趋势，最低水位在2003年后，水位过程线波动比较小，上升趋势明显。 采用Mann-Kendall趋势检验对城陵矶站最低水位和枯期水位进行检验，10月～次年3月水位呈微弱下降趋势，12月～次年2月水位呈微弱上升趋势，年最低水位呈上升趋势。

图1 城陵矶站年最低水位和枯期随历时变化过程线（水位，冻结高程）

2003年三峡工程开始蓄水，之后长江上游溪洛渡、向家坝等水利工程陆续开始运行，江湖演变再加上人类活动的影响，对洞庭湖水位产生了重要影响。将1981～2013年分为两个时段：三峡等工程运行前（1981～2002年） 和三峡等工程运行后（2003～2013年），统计城陵矶（七里山）站年最低水位和枯期水位统计值。三峡等工程运行后与之前相比，年最低水位和10月～次年3月变化比较大，平均最低水位比之前抬升了0.39 m，10月～次年3月下降了0.52 m，而12月～次年2月则变化不大，见表2。

表2 城陵矶站年最低水位和枯期水位平均值（水位，m，冻结高程）

（2） 保证率水位。根据城陵矶（七里山）站1981年～2013年逐日平均水位资料，统计高于保证率天数（第15天、第30天、第90天、第180天、第270天）水位。

由图2城陵矶七里山站保证率水位随历时变化过程线，第15天、第30天、第180天、第270天水位均呈下降趋势。采用Mann-Kendall趋势检验对城陵矶站各保证率水位进行检验，第15天、第30天、第270天水位呈微弱下降趋势，第90天水位呈微弱上升趋势，第180天水位呈显著下降趋势。

图2 城陵矶保证率水位随历时变化过程线（水位，m，冻结高程）

分析三峡等工程运行前后时段不同保证率水位的对比值：2003～2013年与1981～2002年相比，第15天、第30天水位降低了1 m，第180天水位降低了1.06 m， 而第90天和第270天水位降低值较小，分别降低了0.45 m和0.15 m，见表3。

表3 城陵矶站保证率水位平均值表（水位，m，冻结高程）

（3）9月和10月分旬水位。洞庭湖在三峡等工程蓄水期9～11月水位降低幅度较大， 以1981～2013年实测资料进一步分析三峡工程运行前后洞庭湖9～11月分旬水位变化情况。

由图3和图4，可知9月和10月上、中、下旬水位均随历时呈下降趋势。采用Mann-Kendall趋势检验对城陵矶站9月和10月的分旬水位进行检验，9月分旬水位出现微弱下降趋势，而10月分旬水位呈显著下降趋势。

图3 城陵矶站9月分旬水位随历时变化过程线（水位，m，冻结高程）

图4 城陵矶站10月分旬水位随历时变化过程线（水位，m，冻结高程）

分析三峡等工程运行前后9月和10月分旬水位分时段对比值：2003～2013年与1981～2002年相比，9月和10月城陵矶七里山站水位均降低较多，特别是10月下旬；9月分旬水位下降值（0.88～1.22）m，10月分旬水位下降值（1.75～2.45）m，10月下旬降低值最大，达2.45 m。详见表4。

表4 城陵矶站9月和10月分旬水位统计（水位，m，冻结高程）

4 总结

（1）年最低水位变化较大，总体呈上升趋势。三峡等工程运行后，年最低水位抬升了0.39 m，枯期10月～次年3月则发生了下降，且下降了0.52 m。

（2）保证率第180天水位变化较大，总体呈显著下降趋势。三峡等工程运行后，第15天、第30天水位降低了1 m，第180天水位降低了1.06 m。

（3）9月分旬水位总体呈微弱下降趋势，而10月分旬水位总体呈显著下降趋势。三峡等工程运行后，9月和10月分旬水位降低幅度均比较大，10月下旬尤胜，降低值达2.45 m。

综上，1981～2013年洞庭湖出口城陵矶 （七里山）站年最低水位、枯期水位、保证率水位、9月和10月分旬水位等特征水位均发生了不同程度的变化。三峡等工程运行后，枯期水位和9～10月分旬水位降低幅度较大，对东洞庭湖的影响较大。

[1]宋平，黎昔春.长江三口的分流变化及原因分析[J].湖南水利水电，2010，（1）：21-22.

[2]黄云仙，郑颖.洞庭湖气象变化特征分析[J].湖南水利水电，2012，（6）：61-62.

[3]丛振涛，肖鹏，章诞武等.三峡工程运行前后城陵矶水位变化及其原因分析[J].水力发电学报，2014，（3）：23-28.

[4]徐贵，黄云仙，黎昔春，等.城陵矶洪水位抬高原因分析[J].水利学报，2004，（8）：1-7.

[5]梁亚琳，黎昔春，郑颖.洞庭湖径流变化特性研究[J].中国农村水利水电，2015，（5）：67-71.

[6]孟熊，廖小红，黎昔春.洞庭湖水位变化特性及影响研究[J].人民长江，2014，（13）：18-21.

湖南省重大水利科技项目“洞庭湖生态基流及生态水位特性研究”、“洞庭湖区间水文特性研究”。

2017-01-09）

郑颖（1987-），女，湖北蕲春人，硕士研究生，工程师，主要从事洞庭湖水利规划、设计和科学研究工作，E-mail：466355301@qq.com。