城陵磯水位對(duì)洞庭湖徑流變化的響應(yīng)研究

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院長(zhǎng)沙市410007）

城陵磯水位對(duì)洞庭湖徑流變化的響應(yīng)研究

黎昔春 王維俊

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院長(zhǎng)沙市410007）

由于全球氣候和江湖關(guān)系的變化以及人類活動(dòng)的影響，進(jìn)入洞庭湖區(qū)的徑流在年際之間和年內(nèi)分布均呈現(xiàn)一定的變化，反映洞庭湖區(qū)水文變化特性的城陵磯的水位對(duì)徑流變化產(chǎn)生響應(yīng)。文章根據(jù)30多年水文資料的分析，分3個(gè)時(shí)段研究了城陵磯水位對(duì)洞庭湖徑流變化的相互關(guān)系。研究成果對(duì)于洞庭湖水資源配置、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)方案的制定具有指導(dǎo)和借鑒意義。

洞庭湖城陵磯水位徑流變化響應(yīng)

1 研究背景

洞庭湖南接湘、資、沅、澧四水及湖周中小河流，北聯(lián)松滋、太平、藕池、調(diào)弦（1958年冬建閘控制）四口分流，然后于岳陽城陵磯注入長(zhǎng)江。洞庭湖出口有城陵磯水文站，其水文情勢(shì)的變化基本能代表洞庭湖區(qū)的水文變化特性。洞庭湖區(qū)水系示意見圖1。

洞庭湖徑流由長(zhǎng)江四口、四水及區(qū)間徑流組成。從新中國(guó)成立后水文資料統(tǒng)計(jì)分析，四水及區(qū)間徑流基本穩(wěn)定，長(zhǎng)江四口徑流則由于江湖關(guān)系的變化、人類活動(dòng)的影響而產(chǎn)生了較大的變化，重大人類活動(dòng)主要包括：1958年冬調(diào)弦口建閘控制、1967～1972年下荊江3處裁灣、1981年葛洲壩截流、2003年三峽工程投入使用期（又分為2003～2008年的初期蓄水時(shí)期和2008年以后的正式蓄水時(shí)期）等。

洞庭湖出口城陵磯的水位變化和徑流的變化息息相關(guān)，21世紀(jì)以來出現(xiàn)的枯水位出現(xiàn)時(shí)間提前、持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)洞庭湖區(qū)的水資源綜合利用、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)也帶來了不利的影響。研究洞庭湖區(qū)中枯水位的變化特性和形成機(jī)理、城陵磯水位對(duì)徑流變化的響應(yīng)是非常必要的。洞庭湖的徑流變化主要是由于四口徑流的變化，以四口分流產(chǎn)生較大變化的三個(gè)時(shí)段進(jìn)行對(duì)比：第一時(shí)段為葛洲壩截流至三峽工程初期蓄水前（1981～2002年，即江湖關(guān)系相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期）、第二時(shí)段為三峽工程初期蓄水期（2003～2008年）、第三時(shí)段為三峽工程蓄水期（2009～2013年）。

圖1 洞庭湖區(qū)水系示意圖

2 洞庭湖徑流及來流組成變化

2.1 城陵磯徑流變化

2003～2008年城陵磯多年平均流量7270m3/s，比1981～2002年減少1405m3/s，減少幅度19.3%；2009～2013年城陵磯多年平均流量7230m3/s，比1981～2002年減少1445m3/s，減少幅度19.9%；2009～2013年和2003～2008年城陵磯多年平均流量差別僅40m3/s，基本相當(dāng)。

分析對(duì)比城陵磯9月～次年4月月均流量（見表1，其中9月和10月分旬統(tǒng)計(jì)）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，其余月份減少（500～3900）m3/s。9月上旬、10月中旬和下旬減少幅度3000m3/s以上，其中9月上旬減少幅度最大，達(dá)3900m3/s，占當(dāng)月月均流量的31.0%。10月上旬和4月減少幅度2000m3/s以上。9月下旬減少幅度1000m3/s以上。9月中旬、11月和12月減少幅度1000m3/s以下；②2009～2013年和1981～2002年相比，除1月份增加300m3/s外，其余月份減少（200～5200）m3/s。9月上旬和中旬減少幅度5000 m3/s以上，幅度最大的為9月上旬，達(dá)5200m3/s，占當(dāng)旬旬均流量的41.3%。10月中旬和下旬減少幅度3000m3/s以上。9月下旬減少幅度2000m3/s以上。10月上旬和11月減少幅度1000m3/s以上。12月、2月、3月和4月減少幅度1000m3/s以下。城陵磯月（旬）平均流量變化趨勢(shì)見圖2。

表1 四口、四水和城陵磯不同時(shí)段平均流量表

2.2 四口流量變化

圖2 城陵磯不同時(shí)期流量、水位變化趨勢(shì)圖

2003～2008年四口多年平均流量1579m3/s，比1981～2002年減少593m3/s，減少幅度27.3%；2009～2013年四口多年平均流量1482m3/s，比1981～2002年減少690m3/s，減少幅度31.8%；2009～2013年比2003～2008年進(jìn)一步減少889m3/s，減少幅度增加4.5%。

分析對(duì)比四口9月～次年4月月（旬）均流量（見表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，其余月份減少（2～1300）m3/s。9月下旬、10月上旬和中旬減少幅度1000m3/s以上，其中10月上旬減少幅度最大，達(dá)1300m3/s，占當(dāng)旬旬均流量的38.2%。9月中旬、10月下旬減少幅度500m3/s以上。9月上旬減少100m3/s。11月、12月、1月和4月減少幅度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，其余月份減少（30～2900）m3/s。9月上旬、中旬、下旬和10月上旬減少幅度2000m3/s以上，其中9月上旬減少幅度最大，達(dá)2900m3/s，占當(dāng)旬旬均流量的50.9%。10月中旬、下旬減少幅度1000m3/s以上。11月減少幅度100m3/s以上。12月和4月減少幅度100m3/s以下。四口月（旬）平均流量變化趨勢(shì)見圖2。

從城陵磯徑流組成變化看，2003～2008年比1981～2002年的減少主要受四口影響的有9月中旬、下旬和10月上旬，2009～2013年比1981～2002年的減少主要受四口影響的有9月上旬、中旬、下旬和10月上旬、中旬、下旬。

2.3 四水流量變化

2003～2008年湘、資、沅、澧四水多年平均流量4873m3/s，比1981～2002年減少587m3/s，減少幅度10.7%；2009～2013年四水多年平均流量4779m3/s，比1981～2002年減少684m3/s，減少幅度14.0%；2009～2013年和2003～2008年四水多年平均流量差別僅94m3/s，基本相當(dāng)。

分析對(duì)比四水9月～次年4月月均流量（見表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，其余月份減少500m3/s～2200m3/s。10月中旬和4月減少幅度2000m3/s以上，其中4月減少幅度最大，達(dá)2200m3/s，占當(dāng)月月均流量的28.6%。10月上旬和下旬減少幅度1000m3/s以上。9月上旬、中旬、下旬和12月減少幅度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月分別增加1000m3/s、100m3/s、100m3/s、和400m3/s外，其余月份減少180 m3/s～1200m3/s。10月中旬和下旬減少幅度1000m3/s以上，幅度最大的為10月下旬，達(dá)1200m3/s，占當(dāng)旬旬均流量的35.3%。9月中旬、11月、2月、3月和4月減少幅度500m3/s以上。9月上旬減少幅度在500 m3/s以下。四水月（旬）平均流量變化趨勢(shì)見圖2。

從城陵磯徑流組成變化看，2003～2008年比1981～2002年的減少主要受四水影響的有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年的減少主要受四水影響的有10月下旬、11月、2月、3月和4月。

3 城陵磯水位變化

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

分析對(duì)比城陵磯9月～次年4月月（旬）均水位（見表2）可以看出：①2003～2008年和1981～2002年相比，除9月中旬和1～3月月均水位分別抬高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，達(dá)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月水位分別抬高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，為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。城陵磯月（旬）平均水位變化趨勢(shì)見圖2。

表2 城陵磯不同時(shí)期平均水位表

4 城陵磯水位對(duì)徑流變化的響應(yīng)

對(duì)比洞庭湖出口城陵磯9月～次年4月水位、流量變化趨勢(shì)（詳見表1、表2和圖2）可以看出：①2003～2008年和1981～2002年相比，1～3月城陵磯流量分別增加（200～300）m3/s，其余時(shí)間均減少（500～3900）m3/s。相應(yīng)城陵磯水位1～3月分別抬高（0.29～0.67）m，除9月中旬流量減少3900m3/s情況下水位仍抬高0.20m外，其余時(shí)間水位降低（0.36～1.99）m；②2009～2013年和1981～2002年相比，只有1月城陵磯流量增加300m3/s，其余時(shí)間減少（200～5200）m3/s。相應(yīng)城陵磯水位1月抬高0.77m，除2月、3月在城陵磯流量分別減少900m3/s、920 m3/s的情況下水位仍分別抬高0.44m、0.31m外，其余時(shí)間水位降低0.28m～3.11m。

從總體變化趨勢(shì)看，隨著城陵磯徑流量減少值的增加，城陵磯水位降低值也為增加的趨勢(shì)，點(diǎn)繪2003～2008年和2009～2013年相比1981～2002年城陵磯徑流量和水位降低值之間的關(guān)系，如圖3。從圖3可以看出：①城陵磯徑流量的減少值和水位的降低值之間的數(shù)量關(guān)系可以統(tǒng)計(jì)為直線關(guān)系，且隨著徑流量減少值的增加,兩時(shí)段的水位降低值均呈增加的趨勢(shì)；②2009～2013年的水位降低值和徑流量減少值的關(guān)系比2003～2008年更敏感。2003～2008年的水位降低值=流量減少值/1419.6-0.55，2009～2013年的水位降低值=流量減少值/1021.5-0.78。

圖3 城陵磯水位降低和徑流減少關(guān)系圖

5 結(jié)論

洞庭湖的徑流主要來自湘、資、沅、澧四水和長(zhǎng)江，由于全球氣候變化的影響，四水和長(zhǎng)江干流1981～2002年、2003～2008年和2009～2013年呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)；江湖關(guān)系的變化引起長(zhǎng)江進(jìn)入洞庭湖區(qū)的徑流減少；三峽等長(zhǎng)江上游控制性水庫的運(yùn)用攔截上游的大部分來沙，清水下泄引起長(zhǎng)江干流長(zhǎng)距離的沖刷，加上上游水庫對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用，長(zhǎng)江進(jìn)入洞庭湖區(qū)徑流量減少趨勢(shì)進(jìn)一步加劇。由于上述原因的存在，自1981年以來洞庭湖區(qū)徑流呈逐漸減少的趨勢(shì)，和1981～2002年相比，2003～2008年、2009～2013年城陵磯多年平均流量減少1405 m3/s和1445m3/s，除個(gè)別月份（旬）流量略有增加外，9月～次年4月月（旬）平均流量分別減少（500～3900）m3/s和（200～5200）m3/s。

隨著進(jìn)入洞庭湖區(qū)徑流量的減少，特別是9月～次年4月枯水期城陵磯流量的減少，城陵磯水位相應(yīng)的降低。和1981～2002年相比，2003～2008年、2009～2013年城陵磯多年平均水位降低0.40m和0.52m，除個(gè)別月份（旬）水位略有抬高外，9月～次年4月月（旬）平均水位分別降低（0.36～1.99）m和（0.28～3.11）m。

洞庭湖出口為長(zhǎng)江與洞庭湖的連接部位，水文情勢(shì)變化的影響因素多且關(guān)系復(fù)雜，水位變化除和徑流關(guān)系密切外，還和下游水位、荊江河段的來流息息相關(guān)。本文僅僅分析研究了城陵磯水位對(duì)徑流量變化的響應(yīng)，和其他影響因素的關(guān)系有待今后做更進(jìn)一步的研究。

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2017-03-17）

黎昔春（1964-），男，湖南汨羅人，大學(xué)本科，研究員級(jí)高級(jí)工程師，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼，長(zhǎng)期從事洞庭湖綜合治理、保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)和科學(xué)研究工作，E-mail：463606597@qq.com。