气候变化与乌江渡水库建设的相互影响研究

黄晨然 向淑君 朱军 张娇艳 曹蔚

摘要：利用1961-2022年贵州省80个气象站的逐年气温、降水量、风速和相对湿度资料，分析了乌江渡上游流域临近站点气象要素变化趋势及蓄水前后各要素各时段变化。结果表明：近62年来乌江渡水库上游流域临近站点年降水量、年平均风速和年平均相对湿度均呈下降趋势，年平均气温均呈上升趋势，且变率快于省内其他站点。蓄水后汛期降水量和平均风速年际变化较之前相对不稳定，平均气温、平均相对湿度年际变化较蓄水前相对稳定。由M-K检验可知，乌江渡水库流域上游站点各要素变化均存在突变点，但未出现在1980年附近，说明乌江渡水库大坝的修建和蓄水对气候变化的影响较小。

关键词：气候变化，乌江渡水库，相互影响

贵州省约92.5%的面积为山地和丘陵，山地居多，素有“八山一水一分田”之说。省内河流分属长江流域和珠江流域，以中南部的苗岭为分水岭，北部属长江流域，南部属珠江流域，境内各级水系众多，且落差较大，为水力发电提供了良好的自然条件。

气候变化事实、预估及影响研究一直是国内外广大学者关注的热点。王会军等[1]针对“一带一路”区域气候变化的事實、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研，并开展了若干分析和研究；马振锋等[2]依据IPCC第四次评估报告，研究了近40年西南地区的气候变化事实；张建云等[3]指出黄河流域上游和长江流域上游人类活动影响较小的地区出现了径流量减少的趋势，说明气候变化已经对该区域的河川径流产生了一定的影响；熊亚兰等[4-5]的研究表明，流域降雨量和径流量的变化周期具有同步性；吴战平等[6]对气候变化与水利工程建设相互影响进行了系统分析；尚可政等[7]对黄河上游水电工程对局地气候的影响进行了评估；王辉等[8]分析了长江上游大型水利工程对三峡枯水径流影响；郑璀莹[9]阐释了水电与气候变化的相互关系。朱晓丝等[10]采用水体指数法研究了乌江流域水域面积变化的气候效应。

本文利用贵州省乌江渡水库上游气象站点建站至今各气象要素观测资料，采用先进的统计诊断分析方法，对乌江渡上游流域临近站点对应气象要素近62年变化趋势及蓄水前后各要素各时段变化进行统计分析，得出乌江渡水库建库前后坝址以上流域内降水量、平均气温、相对湿度和风速的变化情况，探讨大坝建成蓄水与局地气候的相互影响，也为水库调度等方面提供参考。

1 乌江渡水库概要

乌江渡水电站是乌江中上游干流上的水力发电工程，坝址控制流域面积27790km?，位于乌江中游播州区乌江镇，南距贵阳105km，北离遵义55km。工程于1970年动工兴建，大坝为整体拱形重力坝，最大坝高为165m，总泄流能力为21350m/s。乌江渡水库正常高水位760m，死水位720m，设计洪水位760.3m，校核洪水位762.8m，有效库容13.5×108m?，为狭长河道型水库。电站共装有3台水轮发电机组，其中一号、二号机组已分别于1979年、1981年发电，三号机组安装调试完成后，于1982年12月投产发电。

2 资料和方法

本文使用的资料为贵州省1961-2022年80个气象站观测资料，其中乌江渡水库上游流域气象观测站点15个，分别是威宁、水城、六枝、普定、安顺、平坝、赫章、毕节、纳雍、大方、黔西、织金、修文、息烽和播州。研究方法主要有线性趋势分析、均方根误差分析和曼-肯德尔（M-K）突变检验等。

3 乌江渡水库流域气候变化特征

近62年来乌江渡水库上游和其他站年降水量均呈下降趋势，二者差值随时间逐渐增大，说明水库上游站点年降水量减少的趋势更显著；年平均气温均呈上升趋势，二者差值随时间逐渐减小，说明水库上游站点年平均气温升高的趋势更显著；年平均相对湿度均呈下降趋势，二者差值随时间逐渐减小，说明水库上游站点年平均相对湿度减小的趋势较省内其他站更显著；年平均风速均呈减小趋势，二者差值随时间明显减小，说明水库上游站点年平均风速减小的速率明显快于省内其他站（图略）。

4 蓄水前后气候变化分析

对比蓄水前后降水量、平均气温、相对湿度和风速（图略）可知，全年的降水量主要集中在汛期和夏季，春、秋两季降水量差异不大，且降水量从春季和秋季向夏季和冬季移动；蓄水后年降水量减少了72.4mm，减少的时段主要集中在春季和秋季，分别减少39.1mm和44.2mm，而夏季和冬季降水量略有增加。蓄水后年平均气温上升0.3℃，升高的时段主要集中在秋季、冬季和夏季，分别升高0.7℃、0.3℃和0.3℃，而春季平均气温降低了0.1℃。蓄水后年平均相对湿度减小0.7%，减小的时段主要集中在秋季、春季和夏季，冬季蓄水前后基本无变化；蓄水前平均相对湿度秋季最大，蓄水后冬季最大。蓄水后年平均风速减小0.3m/s，减小的时段主要集中在春季、秋季和冬季，分别减小0.4m/s、0.3m/s和0.3m/s，夏季仅减小0.1m/s；蓄水前后春季平均风速均为最大，蓄水前夏、秋两季风速均为最低，蓄水后秋季风速为最低。

从图1a可以看出，蓄水后全年、春季和秋季降水量减少，均方差减小，而汛期降水量在蓄水后减少，但均方差却增大，表明乌江渡水库在蓄水后汛期降水量年际振幅增大，出现旱或涝的频次增多。蓄水后平均气温各时段均方差均有所减小（图1b），表明乌江渡水库蓄水后各时段平均气温年际波动振幅减小，变化相对稳定。蓄水后全年和春、秋、冬季均方差有所增大（图1c），表明蓄水后流域内相对湿度年际波动振幅比蓄水前大，变化相对不稳定；而汛期和夏季相对湿度年际变化波动蓄水后比蓄水前要小，表明蓄水后相对湿度汛期和夏季变化相对稳定。蓄水后各时段平均风速均方差均有所增大（图1d），表明乌江渡水库蓄水后各时段平均风速年际振幅增大，变化相对不稳定。

5 Mann-Kendall检验

图2给出乌江渡上游站点气象要素时间序列的M-K检验，从4个要素的UF曲线可以看出，年降水量从20世纪80年代中期起呈减少趋势，尤其是2011-2017年减少趋势明显；年平均气温从20世纪60年代末至90年代末以下降趋势为主，进入21世纪平均气温升高，尤其是2008年以后升高趋势明显；年平均相对湿度在21世纪以来变化趋势以减小为主，尤其是2006年以后减小趋势明显；年平均风速从20世纪60年代初至70年代中期变化趋势以增大为主，从1979年起呈减小趋势，尤其是1992年以后减小趋势明显。

UF和UB曲线交点位置表明，乌江渡上游年降水量在1985年前后存在由多变少的突变转折，年平均气温在2006年前后存在由低变高的突变转折，年平均相对湿度在1998年前后存在由大变小的突变转折，年平均风速在1984年前后存在由大變小的突变转折。

6 结论

对乌江渡上游流域临近站点对应气象要素近62年变化趋势及蓄水前后各要素各时段变化进行分析表明：

（1）近62年来乌江渡水库上游流域临近站点和省内其他站年降水量、年平均风速和年平均相对湿度均呈下降趋势，年平均气温均呈上升趋势。水库上游站点各要素减少（减小）或增加（升高）的趋势与省内其他站相比均更加显著，变化速率更快。降水量的减少对水库的调度产生一定影响。

（2）乌江渡水库蓄水前后降水量从春季和秋季向夏季和冬季移动，蓄水后汛期降水量和平均风速年际变化较之前相对不稳定，平均气温、平均相对湿度年际变化较蓄水前相对稳定。降水量变化的不稳定要求及时进行调度，以满足发电需要。

（3）由M-K检验可知，近62年来乌江渡水库流域上游站点各要素变化均存在突变点，但均未出现在1980年附近，说明乌江渡水库大坝的修建和蓄水对气候变化的影响较小。

参考文献：

[1]王会军， 唐国利， 陈海山， 等. “一带一路”区域气候变化事实、影响及可能风险[J]. 大气科学学报， 2020， 43（1）： 1-9.

[2]马振锋，彭骏，高文良，等. 近40年西南地区的气候变化事实[J]. 高原气象， 2006， 25（4）： 633-642.

[3]张建云，王国庆，李岩等.全球变暖及我国气候变化的事实[J].中国水利，2008，（2）： 28-30.

[4]熊亚兰，王昌全，张科利，等. 北盘江流域降雨量和径流量年际变化研究[J].水土保持研究， 2010， 17（5）： 30-34.

[5]熊亚兰，张科利，杨光檄，等. 乌江流域降雨和径流的周期变化[J]. 四川农业大学学报， 2010， 28（4）： 475-479.

[6]吴战平，严小冬，帅士章等. 贵州省气候变化与水利工程建设相互影响系统分析[M]. 气象出版社， 2019（1）： 128-149.

[7]尚可政， 杨德保， 王式功等. 黄河上游水电工程对局地气候的影响[J]. 干旱区地理， 1997， 20（1）： 57-64.

[8]王辉，项祖伟，陈晖.长江上游大型水利工程对三峡枯水径流影响分析[J].人民长江， 2006， 37（12）： 21-23.

[9]郑璀莹. 水电在适应与减缓气候变化影响中的作用[N]. 水利水电快报， 2014， 35（7）： 4-6.

[10]朱晓丝，周国富，钟九生. 乌江流域水域面积变化的气候效应[J]. 水力发电， 2020， 46（8）： 10-13+98.

作者简介：黄晨然（1990—  ），女，布依族，云南蒙自人，硕士研究生，工程师，研究方向：气候变化与气候资源开发利用。