三峡水库对宜昌站生态水文情势影响研究

郭文献，王艳芳，李 越，查胡飞，张爱民，郭 科

(华北水利水电大学黄河科学研究院，河南 郑州 450045)

水利工程建设在促进人类社会进步同时，也河流生态系统结构和功能造成了不利影响。近些年来，水利工程建设与管理运行带来的河流生态问题引起了专家与学者的广泛关注，人们逐渐意识到河流开发与保护的同等重要性。随着我国水电能源的大开发，长江中上游以及各大支流陆续修建了梯级水电站，其中三峡大坝是长江干流修建的一座功能最多、规模最大的水利枢纽，对于保护长江中下游防洪安全、发挥航运效益以及发电效益具有重要作用，然而三峡工程建设运行引起的一系列生态问题引起了广大专家学者的密切关注。作者在2009年和2016年年对三峡工程生态水文影响进行了初步分析[1,2]，在此基础上，从三峡工程蓄水前后宜昌水文站生态水文情势变化出发，探讨三峡水库蓄水对长江中下游生态水文情势改变程度，为开展三峡水库生态调度以及河流生态恢复工作提供基础参考。

1 数据与方法

三峡工程下游长江干流主要水文站位宜昌站、汉口站和大通水文站，其中宜昌站是三峡电站控制水文站，宜昌站水文变化在很大程度上反映了三峡工程下游水文情势变化，选择宜昌水文站分析三峡工程水文情势的代表水文站。

基于长江中游宜昌站1882-2013年日均流量资料，运用倾向估计法[3]和Mann-kendall法[4]对日均流量数据进行趋势性分析；运用RVA法[5]，将宜昌站1981-2013年日均流量分为1981-2002年和2003-2013年两个序列分别作为三峡水库蓄水前后的序列，将32个IHA(水文指标法)分为5组，进行生态水文指标计算，上下限是以均值±δ(标准差)进行计算，从而分析三峡蓄水后宜昌站整体水文情势改变程度，具体计算过程见参考文献[1]。

2 三峡水库下游宜昌站水文趋势性分析

采用线性倾向估计法和M-K法对宜昌站年均流量和月均流量进行趋势性分析，计算结果见表1和图1所示(图略)。根据表1和图1分析，宜昌站年均流量呈下降趋势，下降倾向率为13.9 m3/(s·a)，并且通过M-K方法分析，年均流量检验统计值Z=-7.8<0，且|Z|=7.8>1.96，通过了95%的置信度水平，表明宜昌站年均流量下降趋势显著。

根据对宜昌站月均流量趋势分析，宜昌站流量在1-3月份为上升趋势，倾向率为1.37、1.71和1.20 m3/(s·a)，检验值Z为-5.4、-6.1、-6.2，通过了95%的置信度检验，表明1月-3月月均流量上升趋势明显。而4-6月份的月均流量为下降趋势，倾向率分别为-1.8、-11.1、-16.9、-19.5、-25.5、-38.5、-50.0、-13.9、-3.6 m3/(s·a)，检验统计值分别为-6.8、-6.0、-6.2、-5.1、-5.9、-5.7、-8.1、-6.8、-6.6、-7.8，通过了95%的置信度水平，表明宜昌水文站4-12月份月均流量均呈现显著下降趋势。

表1 宜昌站月均流量趋势分析表

图1 宜昌站1982-2013年年均流量趋势变化

3 三峡蓄水后宜昌水文站水文情势影响程度分析

3.1 生态水文指标分析

根据RVA法计算步骤，计算分析三峡水库蓄水前后32项生态水文指标的变化程度，计算结果见表2。

3.2 生态水文指标改变度分析

根据表2分析，生态水文指标2月份流量、3月份流量、最小1日流量、最小3日流量、最小7日流量、最小30日流量、最小90日流量、基流指数、最小流量日、低脉冲数量涨落次数等水文指标均发生了高度改变，改变度分别为100%、79.63%、100%、100%、77.08%、77.08%、79.63%、71.79%、100%；而4月、7月、8月、9月、10月、12月的流量、高流量脉冲次数、涨水率和降水率等水文指标分别为60.42%、59.26%、38.89%、54.17%、54.17%、60.42%、42.59%、59.26%、59.26%，属于中度改变；其他水文指标的改变度均低于33%，为低度改变。

图2为三峡水库蓄水前后年均流量变化趋势。三峡水库蓄水后年均流量下降趋势较蓄水前更加显著，其中三峡蓄水前(1981-2002)多年平均流量为14 000 m3/s，日最大流量为69 500 m3/s，日最小流量为28 300 m3/s，三峡蓄水后(2003-2013)多年平均流量为12 500 m3/s，三峡蓄水后年均流量平均减少1 500 m3/s。图3为三峡水库蓄水前后月均流量差。三峡水库蓄水后1-5月份流量增加，6-12月份流量减少，尤其是7月份、9月份和10月份减少最为显著，其中10月份减少量约占蓄水前的31%。

表2 宜昌站生态水文变化指标计算结果

3.3 生态水文情势整体改变程度

根据表2计算结果，高度改变指标为9项，中度改变为9项，低度改变为14项。根据参考文献[1]中RVA计算步骤，计算分析三峡水库对大坝下游生态水文情势整体改变度，计算结果为61%，属于中度改变，表明三峡水库对长江中下游水文情势影响为中度改变程度。

4 结 语

通过对三峡水库下游宜昌水文站流量趋

图2 三峡水库蓄水前后年均流量变化趋势

图3 三峡水库蓄水前后月均流量差

势性分析，宜昌水文站年均流量下降趋势明显，其中1-3月份月均流量为显著上升趋势，4-12月份月均流量为显著下降趋势。通过对宜昌站生态水文指标分析，其中高度改变指标为9项，中度改变为9项，低度改变为14项，综合改变度为61%，为中度改变。表明三峡水库蓄水对长江中下游河流生态水文情势具有较大影响，而水文情势改变，则会导致一系列生态问题，为了减缓三峡水库对水文情势影响程度，应该进一步加强生态调度等河流生态修复措施工作开展，以保护长江河流水生生物可持续利用。

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[1] 王艳芳.三峡工程对下游河流生态水文影响评估研究[D].郑州：华北水利水电大学，2016.

[2] 郭文献,王鸿翔,徐建新,等.三峡梯级水库对长江中下游水文情势影响研究[J].中国农村水利水电,2009,(12):7-10.

[3] 吴 琛,项 洪,杜喜朋,等. 数值方法进展:从Fourier变换到Hilbert-Huang变换[J]. 福建工程学院学报,2015,(6):511-519.

[4] 章诞武,丛振涛,倪广恒. 基于中国气象资料的趋势检验方法对比分析[J]. 水科学进展,2013,(4):490-496.

[5] 陈伟东,包为民,张 乾,等. 基于IHA分析锦江水库对下游径流的影响[J]. 三峡大学学报(自然科学版),2015,(3):23-27.