江埡水庫徑流變化趨勢(shì)及原因初步分析

莫正潮

(湖南澧水流域水利水電綜合開發(fā)有限責(zé)任公司 長(zhǎng)沙市 410014)

溇水為澧水最大的支流，發(fā)源于湖北鶴峰，向東流經(jīng)湖南桑植、慈利注入澧水，河長(zhǎng)約 250km，流域面積約5048km2。江埡水庫位于溇水中游，壩址控制流域面積3711km2。江埡水庫建成以后，隨著三峽水庫的蓄水，庫區(qū)流域氣候和水文邊界條件都發(fā)生了一定變化，徑流關(guān)系也隨之有所改變。該區(qū)域有鶴峰縣城和淋溪河、鐵爐等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，水利化程度較高，是人類活動(dòng)對(duì)流域的自然形態(tài)影響較大的區(qū)域。本文通過對(duì)流域年徑流變化的分析，探索影響徑流變化的主要因素。

1 概 況

溇水全長(zhǎng)250km，溇水流域?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)氣候，暖濕多雨，為湖南省最大的暴雨區(qū)，多年平均降雨量1650 mm。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，江埡水庫流域多年平均流量132m3/s，相應(yīng)年徑流量41.6億m3。

溇水流域水能資源豐富，流域內(nèi)已建成中型以上水庫4座，分別為芭蕉河一級(jí)水電站、芭蕉河二級(jí)水電站、燕子橋水電站、挑花山水電站、金灘水電站，總庫容達(dá)1.6億m3，總裝機(jī)容量11萬kW，流域內(nèi)另建有多處小型引水發(fā)電工程。上述水庫的建成，既增加了水庫水面的蒸發(fā)，又對(duì)徑流的時(shí)空分布形成了一定的影響。流域內(nèi)另有大型水利發(fā)電工程江坪河、淋溪河水電站在建。

在江埡水庫流域設(shè)立了4個(gè)水文站，鶴峰、淋溪河、江埡站為基本站，江坪河為專用水庫入庫站。并有11個(gè)雨量自動(dòng)測(cè)報(bào)站，有10年以上測(cè)報(bào)資料。水庫專用水位站2個(gè)。

2 年降雨量、徑流量變化趨勢(shì)及相關(guān)性

（1）年降雨量變化趨勢(shì)分析。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，溇水流域多年平均降雨量1650mm，江埡水庫建庫（1999～2010年）以來水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)測(cè)多年平均降雨量為1507mm。江埡水庫建庫以后年降雨量有所減少，較設(shè)計(jì)值減少約為8.8%，并呈豐、枯周期性變化，目前流域處于相對(duì)的豐水期。江埡水庫流域建庫以來逐年降雨量及過程線見表1。

表1 江埡水庫流域建庫以來逐年降雨量統(tǒng)計(jì)表 mm

（2）年徑流變化趨勢(shì)分析。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，江埡水庫流域多年平均年徑流量為41.6億m3，多年平均流量132m3/s，江埡水庫建庫（1999～2010年）以來多年平均徑流量為34.4億m3，多年平均流量109m3/s，江埡水庫建庫以后年徑流量有所減少，較設(shè)計(jì)值減少約17.3%。其主要受降水減少、氣溫升高以及人類活動(dòng)影響所致 （流域以上水庫攔蓄水量約為1億m3）。1953～2010年江埡水庫多年平均徑流量為39.4億m3，多年平均流量125m3/s。江埡水庫流域建庫以來逐年徑流量見表2，歷年年平均流量過程線見圖1。由圖1趨勢(shì)線可見，江埡水庫流域年徑流量呈減少趨勢(shì)。另一方面年際變化范圍縮小，反映出蓄水工程對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用，蓄豐補(bǔ)枯。

（3）年降雨與年徑流相關(guān)性分析。

江埡水庫建庫以后年降雨量和年徑流量均有所減少，但在有其它水庫蓄水影響的情況下，從圖2來看，兩者相關(guān)性仍擬合得較好,流域徑流系數(shù)0.62,與省水文局多年統(tǒng)計(jì)資料基本相符。特別在1999～2008年，年降雨與年徑流基本呈線性關(guān)系。

表2 江埡水庫流域逐年徑流統(tǒng)計(jì)表

圖1 江埡水庫流域歷年年平均流量過程線

圖2 1999～2008年江埡水庫流域年降雨與年徑流相關(guān)線

2009年江埡水庫完成水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)改造，更換了雨量計(jì)型號(hào)（由1mm計(jì)量改為0.5mm計(jì)量），并有6個(gè)站點(diǎn)雨量計(jì)安裝位置有所改變，或由山上改為山下，或由河邊后靠。流域平均雨量出現(xiàn)了系統(tǒng)偏差，從圖2可以看出2009年、2010年偏離了關(guān)系線。由于高山、河邊風(fēng)速偏大，會(huì)導(dǎo)致雨量偏少，綜合分析改造后的雨量統(tǒng)計(jì)應(yīng)更接近于實(shí)際。江埡水庫水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)改造才完成2年，其對(duì)江埡水庫流域雨量統(tǒng)計(jì)的影響還很難定量，有待進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析。

3 影響年徑流量變化的因素

（1）氣溫因素。

全球氣候變暖已是不爭(zhēng)的事實(shí)，據(jù)分析近100年來全球氣溫平均上升0.5℃左右。具體到江埡水庫流域，隨著江埡水庫庫面的形成，三峽水庫的蓄水，江埡庫區(qū)的氣候也發(fā)生了變化，氣溫尤其升高較多。以慈利站為例（江埡水庫初步設(shè)計(jì)報(bào)告采用）：根據(jù)設(shè)計(jì)資料，多年平均氣溫為16.7℃，2000～2009年平均氣溫達(dá)到了 18.0℃（2000～2009年慈利站年平均氣溫統(tǒng)計(jì)表見表3）。氣溫升高，導(dǎo)致地面蒸發(fā)增加，形成的地面徑流將相應(yīng)減少。

根據(jù)熱平衡原理，決定陸地蒸發(fā)的關(guān)鍵因素是太陽總輻射及長(zhǎng)波有效熱輻射。長(zhǎng)波有效熱輻射是地表接受太陽總輻射后，地面增熱，近地層氣溫增高，因而以長(zhǎng)波形式由地面向大氣層輻射熱量，故可由氣溫反映出來，陸地蒸發(fā)也因此可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：E=（αT+β）Q/L。

表3 2000～2009年慈利站年平均氣溫統(tǒng)計(jì)表 ℃

式中 E——月陸地蒸發(fā)量（mm）；

Q——太陽輻射總量（kJ）；

T——平均氣溫（℃）；

L——蒸發(fā)潛熱2.47kJ/g；

α，β——系數(shù)和常數(shù)，長(zhǎng)江流域濕潤(rùn)地區(qū)，α=0.19，β=0.8。

假定Q不變，將α=0.19，β=0.8，T設(shè)=16.7，T現(xiàn)=18.0代入式中，E現(xiàn)=1.062E設(shè)。即目前陸地蒸發(fā)是前期設(shè)計(jì)時(shí)的1.062倍。按照設(shè)計(jì)資料，徑流深R=1100mm，降雨P(guān)= 1650mm，陸地蒸發(fā)E=550mm，增加的陸地蒸發(fā)在35mm以上，相應(yīng)年徑流減少約3.2%。

（2）水庫水面蒸發(fā)損失。

在年徑流水資源的還原計(jì)算中，對(duì)于水庫水面水量損失計(jì)算，一種是認(rèn)為流域內(nèi)修建水庫之后，原來的陸面蒸發(fā)變?yōu)榻◣旌蟮乃嬲舭l(fā)，其差值就是需要還原的水庫水面損失量，即：W蒸=A（αE水-E陸）。

式中 W蒸——建庫后水庫水面損失量；

A——年平均水位相應(yīng)的庫水面面積；

α——蒸發(fā)皿折算系數(shù)；

E水——蒸發(fā)皿年水面蒸發(fā)量；

E陸——庫區(qū)建庫前年陸面蒸發(fā)量。

在沒有陸面蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)資料時(shí)，可采用流域年降水量與年徑流量之差（P－R）近似代替。故變?yōu)椋篧蒸=A[αE水-（P-R）]。

查江埡水庫建庫以來水位資料，建庫以來江埡水庫多年平均庫水位為212m，對(duì)應(yīng)江埡水庫面積為24km2，考慮還有4處中型水庫，水庫面積實(shí)為30km2左右，即A=30km2。按照設(shè)計(jì)資料，徑流深R= 1100mm，降雨P(guān)=1650 mm，取長(zhǎng)江流域濕潤(rùn)地區(qū)E水=920，α=0.95代入上式，水庫水面蒸發(fā)損失W蒸=0.1億m3。水庫水面蒸發(fā)損失對(duì)年徑流量影響不大。

（3）人類修建水庫等活動(dòng)的影響。

2002年以來，由于在溇水上相繼建成芭蕉河一級(jí)水電站、芭蕉河二級(jí)水電站、燕子橋水電站、挑花山水電站四座中型水庫，特別是2005年芭蕉河一級(jí)水電站建成發(fā)電后，大量徑流供農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)用水；同時(shí)隨著鶴峰縣城的發(fā)展，各項(xiàng)用水也加大了徑流的損耗。從表4可以看出，2006年以來，鶴峰水文站實(shí)測(cè)徑流遠(yuǎn)少于多年平均值，同時(shí)徑流減少比率亦比全流域大得多。考慮鶴峰水文站下游還有金灘水電站和淋溪河、鐵爐等鄉(xiāng)鎮(zhèn)活動(dòng)影響，人類修建水庫等活動(dòng)導(dǎo)致年徑流減少約4%。

4 結(jié) 論

（1）從江埡水庫建成后運(yùn)行10余年運(yùn)行資料分析，本流域氣候和水文邊界條件都發(fā)生一定的變化，年降雨和徑流都呈逐年減少趨勢(shì)，但年降雨和徑流仍有較好的相關(guān)性。目前本流域處于相對(duì)豐水期。

表4 2006～2010鶴峰水文站徑流對(duì)比分析表

（2）降雨是影響本流域徑流變化的主要原因，氣溫的升高和修建水利工程等人類活動(dòng)加劇了徑流的減少，同時(shí)也調(diào)節(jié)了徑流的時(shí)空分布。氣溫升高和修建水利工程等人類活動(dòng)分別導(dǎo)致徑流減少3%、4%以上。

（3）由于江埡水庫水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)改造更換了雨量計(jì)型號(hào)，并改變了6個(gè)站點(diǎn)雨量計(jì)安裝位置，流域平均雨量有一定的系統(tǒng)偏差，對(duì)年徑流系數(shù)的計(jì)算有一定影響。

（4）由于掌握的水文、氣象資料有限，本報(bào)告只從幾個(gè)方面就徑流的減少進(jìn)行探討，很難對(duì)徑流的減少準(zhǔn)確地定量分析。