薛聯(lián)青,張 卉,張洛晨,遲藝俠,3,孫 超
(1.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇 南京 210098; 2.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院,新疆 石河子 832003;3.河海大學(xué)文天學(xué)院,安徽 馬鞍山 243031; 4.新疆塔里木河流域管理局,新疆 庫爾勒 841000)
基于改進RVA法的水利工程對塔里木河生態(tài)水文情勢影響評估
薛聯(lián)青1,2,3,張 卉1,張洛晨4,遲藝俠1,3,孫 超4
(1.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇 南京 210098; 2.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院,新疆 石河子 832003;3.河海大學(xué)文天學(xué)院,安徽 馬鞍山 243031; 4.新疆塔里木河流域管理局,新疆 庫爾勒 841000)
采用水文變異指標(biāo)及變化范圍法(IHA/RVA)定量評估塔里木河上游水庫運行后,干流代表站的水文指標(biāo)改變程度及其生態(tài)影響。研究結(jié)果表明:水庫運行導(dǎo)致塔里木河干流水文情勢發(fā)生高度改變,改變度高達60%以上;指標(biāo)體系中3月和6月平均流量,最小1 d和3 d流量、最大30 d和90 d流量,年發(fā)生低流量次數(shù)及逆轉(zhuǎn)次數(shù)等指標(biāo)發(fā)生嚴重變異。水庫運行對塔里木河周邊生態(tài)系統(tǒng)影響較大,迫切需要對河流的流量進行適時調(diào)控,實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展。
塔里木河流域;IHA/RVA方法;水文指標(biāo)改變程度;生態(tài)水文情勢;水利工程影響;定量評估
隨著區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和社會的進步,人類對水資源的開發(fā)利用程度不斷提高,改變了河流天然的水文情勢,其中水利工程對受控河流水文情勢的改變最為顯著,且改變程度隨著河流開發(fā)利用程度的增加而逐漸累積,并由此產(chǎn)生一系列生態(tài)水文效應(yīng)[1]。塔里木河干流上游修建平原水庫,大量攔蓄河水用于灌溉,使河川徑流量減少,改變了河流原有的水文條件,打破了流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的平衡。研究塔里木河干流代表站32個水文指標(biāo)的變化,探討平原水庫運行對下游水文情勢的影響,逐步建立河道水量和生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)機制,為政府決策提供科學(xué)依據(jù)。有關(guān)河流水文情勢的評價工作,國內(nèi)外學(xué)者已進行了大量的研究。黎云云等[2]將層次分析法和熵權(quán)法結(jié)合賦予各水文指標(biāo)生態(tài)權(quán)重,用以評價渭河關(guān)中段林家村、咸陽和華縣3個重要控制斷面的水文情勢綜合改變度,所得研究成果更加貼近渭河河道實際情況。段唯鑫等[3]利用M-K秩次相關(guān)檢驗法對長江宜昌站的徑流序列進行顯著性分析,根據(jù)長江上游已建成的14座大型水庫群的調(diào)度實況劃分徑流序列,采用IHA/RVA方法分析得出宜昌站的水文情勢在2000年后發(fā)生了中等程度的改變,隨著三峽水庫等上游大型水庫群的相繼建成運行,長江下游河道的水文情勢將會進一步改變。張洪波等[4]在總結(jié)國內(nèi)外水文情勢指標(biāo)研究成果的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了適宜表征黃河河流生態(tài)水文情勢的50個指標(biāo),并將該指標(biāo)體系應(yīng)用于蘭州斷面的生態(tài)水文評估。Mwedzi等[5]利用津巴布韋境內(nèi)Manyame流域9個水文站的實測徑流資料,分析其建壩后不同斷面的水文指標(biāo)改變程度,發(fā)現(xiàn)徑流特性在距離大壩10 km范圍內(nèi)變化顯著,11~20 km范圍內(nèi)發(fā)生低度改變,超過20 km后大壩對河流的影響完全消失。Suen[6]利用臺灣23個水位站的日流量數(shù)據(jù)計算水文改變度及其對淡水系統(tǒng)的潛在影響,發(fā)現(xiàn)與1961—1990年相比,1991年以后的旱澇災(zāi)害更為嚴重。本文以受人類活動影響較大的塔里木河流域為研究對象,在時間上考慮平原水庫建庫運行和擴庫運行2個階段,在空間上考慮阿拉爾站和新渠滿站2個斷面的水文情勢較自然狀態(tài)的改變程度,采用改進的RVA方法,定量分析水庫興建對下游河流水文情勢的影響,為流域構(gòu)建適宜的生態(tài)水文條件及水資源綜合利用提供參考依據(jù)。
塔里木河位于新疆維吾爾自治區(qū)南部,是我國最長的內(nèi)流河,也是環(huán)塔里木盆地9大水系144條源流的總稱,流域面積102萬km2。塔里木河干流西始于葉爾羌河、和田河、阿克蘇河三河交匯處的肖夾克,東至尾閭臺特馬湖,全長1 321 km。2000年以來,為拯救下游綠色走廊,每年從博斯騰湖經(jīng)孔雀河向干流下游進行生態(tài)輸水,從而形成了塔里木河“四源一干”水系格局[7]。多浪水庫是塔北灌區(qū)唯一的灌溉調(diào)節(jié)水庫,由阿克蘇河塔里木攔河閘北岸分水閘引水入庫,距阿拉爾市約40 km。1965年建庫時庫容為0.11億m3,1971年擴庫后達0.43億m3,1995年在老庫邊建一新庫,庫容0.77億m3,新老水庫相通后庫容達1.2億m3[8]。勝利水庫位于阿克蘇河、和田河、葉爾羌河三河交匯口東側(cè),距阿拉爾市約30 km。1969年8月建庫,1970年8月蓄水,設(shè)計庫容1.08億m3,為大型灌注式平原水庫[9]。
2.1 水文改變指標(biāo)法
目前在水文情勢變化分析中最常用的指標(biāo)是Richter 等[10]1998年提出的水文改變指標(biāo)(IHA),包含33個參數(shù),以水文情勢的5種基本特征為依托來劃分水文指標(biāo),從流量、時間、頻率、延時和改變率等方面評價河流水文狀態(tài)改變??紤]到阿拉爾和新渠滿站在研究期內(nèi)未出現(xiàn)日流量為零的情況,本文不考慮零流量天數(shù),調(diào)整后的IHA參數(shù)見表1。
表1 IHA流量參數(shù)
2.2 水文變化范圍法
Richter等[11]1997年提出水文變化范圍法(RVA),其核心是通過分析人類活動影響前后河道的日徑流數(shù)據(jù)來評估水文指標(biāo)變化的程度。通常以各指標(biāo)的平均值加減標(biāo)準差或以頻率為75%和25%作為IHA指標(biāo)的上下限,稱為RVA目標(biāo)邊界。
2.3 改進的河流水文變化程度分析方法
2.3.1 水文變量偏離度
Richter等[11]通過水文變量偏離度的概念定量分析水文變異程度。偏離度P主要用于衡量水利工程等人類活動引起水文指標(biāo)變化相對于自然狀態(tài)的偏離程度,計算公式如下:
(1)
式中:Vpre——人類活動影響前的IHA指標(biāo)值;Vpost——人類活動影響后的IHA指標(biāo)值。
2.3.2 單個指標(biāo)改變度
為量化IHA受影響后的改變程度,第i個IHA指標(biāo)改變度計算方法如下:
(2)
其中
Ne=rNT
式中:No——人類活動影響后IHA指標(biāo)值落入RVA目標(biāo)范圍內(nèi)的實際年數(shù);Ne——人類活動影響后IHA指標(biāo)值落入RVA目標(biāo)范圍內(nèi)的預(yù)測年數(shù);r——人類活動影響前IHA落于RVA范圍內(nèi)年數(shù)的比例,本文r=50%;NT——人類活動影響后水文系列的總年數(shù)[12]。
為了客觀地評價IHA的水文改變程度的嚴重性,Richter等[10-11]建議0≤D<33%為未改變或低度改變;33%≤D<67%為中度改變;67%≤D≤100%為高度改變。
2.3.3 改進的整體水文改變度計算方法
整體改變度可以從宏觀上考慮各項指標(biāo)對河流水文情勢的綜合改變程度,能有效融合32個水文指標(biāo)在評價河流改變度時的內(nèi)涵[2],用一個值直觀地評價河流受人類活動影響前后的水文改變度。目前采用的整體水文改變度D計算方法是Shiau等[13]提出的三等級法:
(3)
式中0≤D<33%為低度改變;33%≤D<67%為中度改變;67%≤D≤100%為高度改變。
整體水文改變度D直接取均值容易忽略高度改變值對水文情勢的影響,若單一指標(biāo)改變度中有一項指標(biāo)改變度Di極高,而其他指標(biāo)改變度Di較低,會使整體水文改變度D偏低,高度改變指標(biāo)帶來的生態(tài)影響被縮小化。單個指標(biāo)改變度的累加忽略了高度改變指標(biāo)帶來的重大生態(tài)影響。針對整體水文改變度計算方法的缺陷,結(jié)合內(nèi)梅羅指數(shù)法考慮最大值影響且物理概念清晰的優(yōu)點[14],本文做出相應(yīng)修正,以有效避免評價河川徑流整體水文情勢時易縮小其影響的不足。改進的整體水文改變度D′計算公式如下:
(4)
其中
式中:Djmax——單個指標(biāo)改變度Di的最大值;Dw——單個指標(biāo)改變度Di的平均值。
根據(jù)D值劃分河流水文情勢改變程度的等級,考慮到原有的三等級劃分標(biāo)準不夠細致,本文在計算得出改進的整體水文改變度D′的基礎(chǔ)上,對其分級標(biāo)準進行了細化,劃分為5個等級。具體分級標(biāo)準為: 0≤D<20%為輕微改變(S),20%≤D<40%為低度改變(L),40%≤D≤60%為中度改變(M),60%≤D<80%為高度改變(H),80%≤D≤100%為嚴重改變(G)。
3.1 日徑流突變點診斷
20世紀70年代左右,上游水庫和多浪水庫相繼建成并引水入庫運行,1995年多浪水庫擴大庫容至1.2億m3。結(jié)合阿拉爾、新渠滿站年徑流量發(fā)生突變的年份分別為1970年和1972年[15],本文以1973年作為塔里木河干流水文情勢發(fā)生顯著改變的起始年,1995年作為水文情勢變化加劇之年,對研究時段進行劃分:第1階段是自然狀態(tài)段為1960—1972年,第2階段是建庫運行影響段為1973—1994年,第3階段是多浪水庫擴庫運行影響段為1995—2014年。受徑流資料收集限制,自然狀態(tài)數(shù)據(jù)不足20 a,雖不能完全反映河流水文情勢的改變程度,但可以為水利工程對河流生態(tài)水文情勢的影響評估提供一定的參考。
3.2 基于IHA/RVA的塔里木河干流水文情勢計算結(jié)果與分析
選取阿拉爾站和新渠滿站55 a的實測逐日徑流資料,該段時間內(nèi)人類活動主要包括水庫運行和灌溉取水,由于上游水庫和多浪水庫均屬于灌溉型平原水庫,本文將灌溉取水對徑流的影響包含在水庫調(diào)節(jié)對徑流的影響之中,主要探討水庫運行對徑流的影響。采用IHA/RVA法評價塔里木河上游多浪、勝利兩大平原水庫蓄水運行和多浪水庫擴庫2種人類活動影響情形下,流量的32個水文指標(biāo)改變情況。
圖1 塔里木河干流代表站流量不同等級變化度所占比例Fig.1 Proportions of discharge alteration degrees in different levels at representative stations in mainstream of Tarim River
3.2.1 水庫運行前后水文指標(biāo)改變度比較
計算阿拉爾、新渠滿站在建庫和擴庫前后32個水文指標(biāo)的改變度值,并繪制3個等級的水文指標(biāo)改變度在2個水文站2種水庫運行條件下所占比例圖。如圖1所示,受水庫運行影響,2個代表水文站監(jiān)測的流量在改變度等級統(tǒng)計中發(fā)生低度改變的水文指標(biāo)所占比例最高,在4種情況中的比例范圍為34%~47%;發(fā)生中度改變指標(biāo)所占比例次之,相應(yīng)比例范圍為31%~38%;發(fā)生高度改變指標(biāo)所占比例最低,相應(yīng)比例范圍為16%~34%。在塔里木河干流2個水文站2種水庫運行條件下,流量高度改變占有比例具有特定的變化規(guī)律,即距離平原水庫越遠,其發(fā)生高度改變的水文指標(biāo)占有比例越小,阿拉爾、新渠滿站依次為31%、16%;多浪水庫擴庫運行后發(fā)生高度改變的水文指標(biāo)增多,阿拉爾站高度改變指標(biāo)比例由31%增至34%,新渠滿站發(fā)生高度改變的指標(biāo)比例增加尤為顯著,由16%增至31%。
3.2.2 水庫運行前后水文變量偏離度比較
水庫修建運行后,下游水文站多數(shù)月份的月均流量呈負偏離狀態(tài),因為修建平原水庫后河流引水率高達75%以上,大量地表水引入灌區(qū),使得干流月均流量減少[15];年最小1 d、3 d、7 d、30 d流量均值顯著增大;年最小1 d流量發(fā)生時間略微推后,年最大1 d流量發(fā)生時間有所提前;年發(fā)生高、低流量次數(shù)均增加,說明極端流量出現(xiàn)頻率變高。32個水文變量偏離度分5組,具體分析如下。
3.2.2.1 月平均流量變化
由圖2可知多浪、勝利水庫的運行顯著影響了下游河川的月徑流特性:(a)在非汛期,新渠滿站的月均流量發(fā)生大幅度下降,其中3月份減少量最大,減少22.5 m3/s,多浪水庫承擔(dān)農(nóng)一師塔北灌區(qū)枯水期調(diào)節(jié)灌溉供水任務(wù)[16],可能3月水量多用于上游灌區(qū)灌溉,對下游的補給相對減少。(b)在汛期,建庫后的月均流量發(fā)生不同程度的減少,其中6—8月河流徑流量受影響最大,最高月均流量由8月份的657 m3/s減少到522 m3/s,說明水庫的削峰攔洪措施對汛期徑流的削減作用影響很大。每年6—8月天山上冰雪融化,塔里木河形成洪水期,為家魚自然產(chǎn)卵提供洄游通道,但建庫后汛期流量的減少對水生生物繁殖具有不利影響。
圖2 建庫前后不同水文站月均徑流量Fig.2 Monthly average runoff values at different hydrological stations before and after construction of reservoir
3.2.2.2 年極端流量變化
年極端流量統(tǒng)計結(jié)果:(a)水庫建庫前后,阿拉爾站年最小流量變化顯著,除年最小90 d流量略減小外,其余最小流量均增加,尤以最小1 d流量增加顯著,由建庫前的5.3 m3/s增至建庫后的7.3 m3/s,又增至擴庫后的12.5 m3/s(圖3(a));(b)建庫后,新渠滿站年最大流量均顯著減小,以最大3 d流量減少最為顯著,由建庫前的1 008 m3/s減至建庫后的828 m3/s;(c)多浪水庫擴庫后,阿拉爾站涉及年最小流量的指標(biāo)均顯著增加且產(chǎn)生了中高度改變,而年最大流量相關(guān)的4個指標(biāo)有所減少且為低度改變,說明1995年多浪水庫建立新庫后,水庫的豐蓄枯補作用加強,使阿拉爾站流量極小值增大、極大值減小。可見水庫的建設(shè)運行嚴重改變了河流原有的極值變化過程,特別是枯水流量增大,而對于年最大1、3、7日流量的影響則相對較小。
3.2.2.3 年極端流量發(fā)生時間
年極端流量發(fā)生時間用以衡量外界環(huán)境影響導(dǎo)致的天然徑流季節(jié)性波動。年極端流量發(fā)生時間:(a)阿拉爾站年最小1 d流量出現(xiàn)日期從每年4月下旬推遲到5月上旬(圖3(b)),年最大1 d流量出現(xiàn)日期變化較小,僅提前3~6 d。(b)雖然極端流量發(fā)生時間的范圍變寬,最小1 d流量允許發(fā)生范圍增至178 d,但2000年以后,仍有不少年份極端流量發(fā)生時間波動強烈,超過RVA邊界,呈跳躍式改變。塔里木河干流河段徑流極小值出現(xiàn)時間的推后,會嚴重威脅到河道內(nèi)生物的棲息環(huán)境,影響河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性;而魚類一般在汛期漲水時段產(chǎn)卵,并且需要相應(yīng)的溫度條件[17],徑流極大值發(fā)生時間的提前,在一定程度上會改變塔里木河干流魚類的產(chǎn)卵時間和繁殖期內(nèi)的行為過程。
圖3 阿拉爾站最小1日平均流量變化及發(fā)生時間Fig.3 Changes of annual minimum 1-day average discharge and occurrence time at Alar Station
3.2.2.4 高低流量的頻率及延時
高低流量頻率及延時是構(gòu)造河流生境必不可少的要素,是維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要的參數(shù)。從以上分析可知,平原水庫運行后,新渠滿站年發(fā)生低流量次數(shù)較蓄水前增加了50%,同時持續(xù)時間增加了172% ( 蓄水前為9 d,蓄水后為24.5 d) ;年發(fā)生高流量次數(shù)減少17%,但持續(xù)時間增加57%。阿拉爾、新渠滿水文站低流量脈沖次數(shù)的增加,會使塔里木河干流部分河灘呈現(xiàn)干濕反復(fù)交替的現(xiàn)象,影響河漫灘生態(tài)的自然發(fā)展[18]。高流量平均延時的適度增加又給河岸生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展帶來了福音,因為高流量延時的增加給生活在河岸邊的動植物,尤其是胡楊林帶來了足夠的養(yǎng)分,也許會對沿岸的生物發(fā)展起到積極推動作用。
圖4 新渠滿站1973—2014年流量平均減少率Fig.4 Average reduction rate of discharge at Xinquman Station during 1973 to 2014
3.2.2.5 流量變化改變率及頻率
河道流量的增加率和減少率的大小對河道水生生物種群具有一定影響,就區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)而言,二者數(shù)值大小保持一個合理范圍比較有利。分析流量改變率及頻率可知:(a)平原水庫蓄水運行后,阿拉爾站年內(nèi)流量上漲幅度減少35%,下降幅度減少29%,流量逆轉(zhuǎn)次數(shù)由年均74次增加到86次;(b)多浪水庫擴庫以后,由新渠滿站流量的平均減少率(圖4)可知,流量減少率在2009—2012年間呈顯著增加趨勢,且超出RVA下邊界。生物承受外界變化的能力有限,流量允許變動范圍的減小會對原本脆弱的河岸帶植物和有機物生長產(chǎn)生不利影響,而頻繁的流量波動會破壞動植物生境的穩(wěn)定性,阻礙水生生物生長[19]。尤其是2005年以后,流量平均減少率超出RVA目標(biāo)范圍的年份增多,需要引起水資源管理單位的重視,防止出現(xiàn)進一步的惡化。
3.2.3 整體水文改變度分析
基于IHA/RVA法分析得到水文站點整體改變度,如表2所示。建庫前后,阿拉爾站第1組水文指標(biāo)改變度最大(為67.1%),第5組指標(biāo)次之(為64.6%),均屬于高度改變;多浪水庫擴庫前后阿拉爾站和新渠滿站受影響最大的水文指標(biāo)均為第1組,說明水庫運行對月均流量的改變度最高,屬于高度改變。
表2 塔里木河干流代表站改進的整體水文改變度
比較改進前后整體水文改變度的評價結(jié)果得出:不同水庫運行方式下不同水文站點的水文改變度評價結(jié)果均為中度改變。而改進的整體水文改變度計算值增大,塔里木河干流評價結(jié)果由大到小分別為:阿拉爾(擴庫后66%)、新渠滿(擴庫后65.3%)、阿拉爾(建庫后62.7%)和新渠滿(建庫后58.3%),除建庫前后新渠滿站發(fā)生中度改變外,其余均發(fā)生高度改變。多浪擴庫后對塔里木河流域生態(tài)系統(tǒng)的影響加劇,新渠滿由于距離兩大平原水庫較遠,受區(qū)間來水的影響,其水文變異較阿拉爾水文站偏小。說明應(yīng)用改進的整體水文改變度評價方法,得到水庫運行對河流水文情勢的影響加劇,更不利于周邊生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
有研究表明,為了保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的適時灌溉,沿塔里木河修建了大量平原水庫,造成塔里木河中下游來水量逐年減少,從而導(dǎo)致河道內(nèi)生物多樣性銳減,河流斷流、湖泊干涸、地下水位持續(xù)下降,大面積胡楊林和天然植被衰敗和死亡[20]。王智超等[21]對塔里木河上游優(yōu)勢土著魚類之一葉爾羌高原鰍研究表明,近些年葉爾羌高原鰍的繁殖受到了一定程度的影響,種群數(shù)量有降低趨勢,這與阿拉爾河段水域環(huán)境的惡化密切相關(guān)。水利工程修建引起水文指標(biāo)參數(shù)的趨弊變化,使水生生物繁殖受阻,陸生動植物棲息地范圍減小和破碎化,塔里木河干流水文情勢發(fā)生高度改變,打破了其原本就脆弱的生態(tài)系統(tǒng)平衡,驗證了本研究結(jié)論。綜上分析,基于改進的整體水文改變度公式得到的塔里木河干流水文情勢改變度的評價結(jié)果符合客觀事實,更有助于人們定性地了解平原水庫的修建運行對河川徑流的影響。
以IHA指標(biāo)體系為基礎(chǔ),采用改進的RVA法評估水利工程對塔里木河干流生態(tài)水文情勢的影響,發(fā)現(xiàn)兩大平原水庫建設(shè)運行后對塔里木河干流徑流產(chǎn)生較大影響:多數(shù)月份的月均流量減少,尤以3、6、8月份減少顯著;阿拉爾站最小1 d流量發(fā)生時間從4月下旬推遲到5月上旬;年發(fā)生低流量的次數(shù)均較之前增加;新渠滿站流量逆轉(zhuǎn)次數(shù)增加。這些水文節(jié)律的變化將減少陸生動植物水資源的可得性,影響洪泛區(qū)內(nèi)胡楊林的生長,并且對下游河道水生生物的棲息環(huán)境、洄游及產(chǎn)卵等產(chǎn)生不利影響。建庫后,阿拉爾和新渠滿站水文指標(biāo)的整體改變度依次為62.7%和58.3%,且隨著多浪水庫的擴建,發(fā)生高度改變的水文指標(biāo)增多,其對河流的控制程度增大,阿拉爾和新渠滿站的水文情勢整體改變度也逐漸增大。
雖然以上研究可以為塔里木河干流水資源優(yōu)化配置和河流生態(tài)調(diào)度提供一定的參考,但是由于生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測資料匱乏,水文指標(biāo)和生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)關(guān)系的定量實證分析略有不足,應(yīng)進一步搜集水文情勢變化前后的生態(tài)資料,深入分析其響應(yīng)機制。
[1] 陳棟為,陳曉宏,李翀,等. 基于RVA法的水利工程對河流水文情勢改變的累積效應(yīng)研究:以東江流域為例[J]. 水文, 2011, 31(2): 54-57.(CHEN Dongwei, CHEN Xiaohong, LI Chong, et al. Research on accumulated effect of hydraulic structures on river regime alteration based on RAV method: a case study of Dongjiang River Basin [J]. Journal of China Hydrology, 2011, 31(2): 54-57. (in Chinese))
[2] 黎云云,暢建霞,雷江群. 改進RVA法在河流水文情勢評價中的應(yīng)用[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015, 43(10): 211-218.(LI Yunyun, CHANG Jianxia, LEI Jiangqun. Application of improved RVA method in assessment of river hydrological regime[J]. Journal of Northwest A&F University (Natural Sciences), 2015, 43(10): 211-218. (in Chinese))
[3] 段唯鑫,郭生練,王俊. 長江上游大型水庫群對宜昌站水文情勢影響分析[J].長江流域資源與環(huán)境,2016, 25(1): 120-130.(DUAN Weixin, GUO Shenglian, WANG Jun. Impact of upper Yangtze River large-scale cascade reservoirs on flow regime at Yichang Station[J].Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2016, 25(1): 120-130. (in Chinese))
[4] 張洪波,黃強,彭少明,等. 黃河生態(tài)水文評估指標(biāo)體系構(gòu)建及案例研究[J]. 水利學(xué)報, 2012, 43(6): 675-683.(ZHANG Hongbo, HUANG Qiang, PENG Shaoming, et al. An eco-hydrologic index system and its application on the Yellow River [J].Journal of Hydraulic Engineering, 2012, 43(6): 675-683. (in Chinese))
[5] MWEDZI T, KATIYO L, MUGABE F T, et al. A spatial assessment of stream-flow characteristics and hydrologic alterations, post dam construction in the Manyame catchment, Zimbabwe[J]. Water S A, 2016, 42(2):194-202.
[6] SUEN J P. Potential impacts to freshwater ecosystems caused by flow regime alteration under changing climate conditions[J]. Hydrobiologia, 2010, 649: 115-128.
[7] 劉新華,徐海量,凌紅波,等. 塔里木河干流河道生態(tài)需水量研究[J]. 干旱區(qū)研究, 2012, 29(6): 984-991.(LIU Xinhua, XU Hailiang, LING Hongbo, et al. Study on ecological water requirements along the mainstream channel of the Tarim River[J]. Arid Zone Research, 2012, 29(6): 984-991.(in Chinese))
[8] 李中榮,紀軍,柴建江. 淺議多浪水庫庫外引洪工程的應(yīng)用效果[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 2001, 19(2): 126-127.(LI Zhongrong, JI Jun, CHAI Jianjiang. Discussion on the application effect of the external flood diversion project of Duolang Reservoir[J]. China Rural Water and Hydropower, 2001, 19(2): 126-127.(in Chinese))
[9] 鄧銘江. 塔里木河流域未來的水資源管理[J]. 水資源管理, 2004(17): 20-23.(Deng Mingjiang. Water resources management of the Tarim River Basin in future[J]. Water Resources Management, 2004(17): 20-23.(in Chinese))
[10] RICHARD B D, BAUMGARTNER J V, BRAUN D P, et al. A spatial assessment of hydrologic alteration within a river network[J]. Regulated Rivers: Research and Management, 1998, 14(4): 329-340.
[11] RICHARD B D, BAUMGARTNER J V, WIGINGTON R, et al. How much water does a river need? [J]. Freshwater Biology, 1997, 37(2): 231-249.
[12] 李興拼,黃國如,江濤. RVA法評估楓樹壩水庫對徑流的影響[J]. 水電能源科學(xué), 2009, 27(3): 18-21.(LI Xingpin, HUANG Guoru, JIANG Tao, et al. Evaluating alterations of runoff after Fenshuba Reservoir construction based on RVA method [J]. Water Resources and Power, 2009, 27(3): 18-21. (in Chinese))
[13] SHIAU J T, WU F C. Feasible diversion and in stream flow release using range of variability approach[J]. Journal of Water Resources Planning and Management, 2004, 130(5): 395-404.
[14] 李亞松,張兆吉,費宇紅,等. 內(nèi)梅羅指數(shù)評價法的修正及其應(yīng)用[J]. 水資源保護, 2009, 25(6): 48-50. (LI Yasong, ZHANG Zhaoji, FEI Yuhong, et al.Modification and application of Nemero index evaluation method[J].Water Resources Protection, 2009, 25(6): 48-50. (in Chinese))
[15] 郝興明,李衛(wèi)紅,陳亞寧,等. 塔里木河干流年徑流量變化的人類活動和氣候變化因子甄別[J]. 自然科學(xué)進展, 2008, 18(12): 1409-1416.(HAO Xingming, LI Weihong, CHEN Yaning, et al. Study on casusality analysis of human activity and climate change in Tarim River Basin [J].Progress in Natural Science, 2008, 18(12): 1409-1416.(in Chinese))
[16] 蔡龍山. 塔里木灌區(qū)水庫群優(yōu)化調(diào)度研究[D]. 烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué), 2006.
[17] 胡娜,林凱榮,何艷虎,等. 東江上游龍川站水文情勢變化分析[J]. 水電能源科學(xué),2014,32(5): 10-13.(HU Na, LIN Kairong, HE Yanhu, et al. Analysis of flow regime changes at Longchuan station of upper Dongjiang River[J]. Water Resources and Power, 2014,32(5): 10-13. (in Chinese))
[18] CHEN He. Assessment of hydrological alterations from 1961 to 2000 in the Yarlung Zangbo River,Tibet[J]. Ecohydrology & Hydrobiology, 2012, 12(2): 93-103.
[19] 杜河清,王月華,高龍華,等. 水庫對東江若干河段水文情勢的影響[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版), 2011, 44(4): 466-470.(DU Heqing, WANG Yuehua, GAO Longhua, et al. Effects of reservoirs on hydrological regimes in several reaches of East River[J]. Engineering Journal of Wuhan University, 2011, 44(4): 466-470. (in Chinese))
[20] 劉志麗,馬建文,陳嘻,等. 利用3S技術(shù)綜合研究新疆塔里木河流域中下游11年生態(tài)環(huán)境變化與成因[J]. 遙感學(xué)報, 2003, 7(2): 146-152. (LIU Zhili, MA Jianwen, CHEN Xi, et al. The use of “3S” technology synthetically research on 11 years ecosystem changes in middle and lower region of Tarim River, Xinjiang, China[J]. Journal of Remote Sensing, 2003, 7(2):146-152. (in Chinese))
[21] 陳生熬,謝從新,王智超,等.塔里木河阿拉爾段葉爾羌高原鰍群體特征分析[J].水生態(tài)學(xué)雜志,2011, 32(2): 143-145. (CHEN Shengao, XIE Congxin, WANG Zhichao, et al. Population characteristics of Triplophysa (Hedinichthys) yarkandensis (Day) in Tarim River of Alar section [J]. Journal of Hydroecology, 2011, 32(2): 143-145. (in Chinese))
Impact of water conservancy projects on eco-hydrological regime of Tarim River based on improved RVA method
XUE Lianqing1,2,3, ZHANG Hui1, ZHANG Luochen4, CHI Yixia1,3, SUN Chao4
(1.CollegeofHydrologyandWaterResources,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.CollegeofWaterConservancyandArchitecturalEngineering,ShiheziUniversity,Shihezi832003,China;3.WentianCollege,HohaiUniversityMa’anshan243031,China;4.XinjiangTarimRiverBasinManagementBureau,Korla841000,China)
The method of indicators of hydrologic alteration and range of variability approach (IHA/RVA) was used to quantitatively evaluate the change degree of hydrological parameters at representative stations in the mainstream of the Tarim River and ecological effects caused by the operation of reservoirs in the upper reaches of the Tarim River. The results show that the operation of the reservoirs caused a significant change of the eco-hydrological regime of the Tarim River, and the change degrees were all higher than 60%. Significant changes occurred on the average flows in March and June, the annual 1-day and 3-day minimum discharges, the annual 30-day and 90-day maximum discharges, the number of low pulses, and the number of reversals. Reservoir operation significantly affected the ecosystem around the Tarim River. It is urgent to regulate the discharge of the river, in order to achieve the harmonious development of regional economy and ecological environmental protection.
Tarim River Basin; IHA/RVA method; change degree of hydrological parameters; eco-hydrological regime; impact of water conservancy projects; quantitative evaluation
10.3876/j.issn.1000-1980.2017.03.001
2016-06-21
國家自然科學(xué)基金(41371052,U1203282) ;水利部公益性行業(yè)科研專項(201501059);江蘇省“青藍”工程項目([2014]4);江蘇省高校優(yōu)秀中青年教師和校長境外研修項目(蘇教師[2015]35);江蘇省博士后科研資助計劃(1401095C)
薛聯(lián)青(1973—),女,新疆石河子人,教授,博士,主要從事環(huán)境水文及生態(tài)水文研究。E-mail: lqxue@hhu.edu.cn
TV6;P33
A
1000-1980(2017)03-0189-08