洞庭湖出口中枯水位特征及變化趨勢

鄭穎

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

洞庭湖出口中枯水位特征及變化趨勢

鄭穎

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

文章以洞庭湖出口城陵磯 （七里山）站1981～2013年實測水位資料為基礎，主要采用Mann-Kendall趨勢檢驗法，對最低水位、枯期水位、保證率水位、9月和10月分旬水位等特征水位進行了統計和變化趨勢分析，得出的主要結論有：1981～2013年上述特征水位發生了不同程度的變化，特別是三峽等工程運行后（2003～2013年），枯期水位和9～10月分旬水位降低幅度最大。研究成果對于洞庭湖綜合治理特別是水資源配置方案的確定具有重要指導意義。

洞庭湖出口 城陵磯 中枯水位特征 變化趨勢

1 概述

洞庭湖納湘、資、沅、澧四水，接松滋、太平、藕池和調弦（1958年封堵）四口的長江來水，經湖泊調蓄后，在東洞庭湖的出口城陵磯附近注入長江。由于江湖關系演變、葛洲壩和三峽等工程的運用，長江干流荊江河段發生沖刷，由荊南三口分流進入洞庭湖的水量減少，洞庭湖中枯水位發生了大的變化，對洞庭湖區水資源利用、農業灌溉、航運、生態等造成了深遠的影響，尤其是東洞庭湖。因此研究洞庭湖出口中枯水位變化規律對于洞庭湖綜合治理特別是水資源配置方案的確定等決策具有指導意義。

2 研究方法

目前檢測趨勢與突變的方法有多種，其中Mann-Kendall檢驗法是多數人認為理論基礎和應用效果好的一種方法。在Mann-Kendall檢驗中，原假設H0為時間序列數據（x1，x2，…，xn），是n個獨立的、隨機變量同分布的樣本。對于所有的i，j≤n，且i≠j，定義檢驗統計量S：

當n＞10，統計變量S近似服從正態分布，不考慮序列中等值數據點的情況，E（S）=0，方差Var（S）= n（n-1）（2n+5）/18。

標準化的檢驗統計量Zmk可以用下式計算：

采用雙側檢驗，在α顯著水平下，如果|Zmk|＞Z（1-α/2），拒絕無趨勢的原假設，即認為在序列中存在有增大或減小的趨勢;否則接受序列無趨勢的假設。Zmk為正值表示增加趨勢，負值表示減少趨勢。Z（1-α/2）是概率超過1-α/2時標準正態分布的值。通常取顯著性水平α為0.1和0.01，當α≤0.01時，說明檢驗具有高度顯著性水平；當0.01≤α≤0.1，說明檢驗是顯著的。趨勢性檢驗結果級別描述見表1。

3 研究內容

（1）最低水位和枯期水位。城陵磯（七里山）站為洞庭湖出口處控制站，統計其1981～2013年水位資料， 年最低水位、10月～次年3月和12月～次年2月水位多年平均值分別為20.00 m、22.65 m和21.20 m。

表1 趨勢性檢驗結果級別描述

由圖1隨歷時變化過程線，10月～次年3月多年平均水位是呈下降趨勢，12月～次年2月和最低水位呈現上升趨勢，最低水位在2003年后，水位過程線波動比較小，上升趨勢明顯。 采用Mann-Kendall趨勢檢驗對城陵磯站最低水位和枯期水位進行檢驗，10月～次年3月水位呈微弱下降趨勢，12月～次年2月水位呈微弱上升趨勢，年最低水位呈上升趨勢。

圖1 城陵磯站年最低水位和枯期隨歷時變化過程線（水位，凍結高程）

2003年三峽工程開始蓄水，之后長江上游溪洛渡、向家壩等水利工程陸續開始運行，江湖演變再加上人類活動的影響，對洞庭湖水位產生了重要影響。將1981～2013年分為兩個時段：三峽等工程運行前（1981～2002年） 和三峽等工程運行后（2003～2013年），統計城陵磯（七里山）站年最低水位和枯期水位統計值。三峽等工程運行后與之前相比，年最低水位和10月～次年3月變化比較大，平均最低水位比之前抬升了0.39 m，10月～次年3月下降了0.52 m，而12月～次年2月則變化不大，見表2。

表2 城陵磯站年最低水位和枯期水位平均值（水位，m，凍結高程）

（2） 保證率水位。根據城陵磯（七里山）站1981年～2013年逐日平均水位資料，統計高于保證率天數（第15天、第30天、第90天、第180天、第270天）水位。

由圖2城陵磯七里山站保證率水位隨歷時變化過程線，第15天、第30天、第180天、第270天水位均呈下降趨勢。采用Mann-Kendall趨勢檢驗對城陵磯站各保證率水位進行檢驗，第15天、第30天、第270天水位呈微弱下降趨勢，第90天水位呈微弱上升趨勢，第180天水位呈顯著下降趨勢。

圖2 城陵磯保證率水位隨歷時變化過程線（水位，m，凍結高程）

分析三峽等工程運行前后時段不同保證率水位的對比值：2003～2013年與1981～2002年相比，第15天、第30天水位降低了1 m，第180天水位降低了1.06 m， 而第90天和第270天水位降低值較小，分別降低了0.45 m和0.15 m，見表3。

表3 城陵磯站保證率水位平均值表（水位，m，凍結高程）

（3）9月和10月分旬水位。洞庭湖在三峽等工程蓄水期9～11月水位降低幅度較大， 以1981～2013年實測資料進一步分析三峽工程運行前后洞庭湖9～11月分旬水位變化情況。

由圖3和圖4，可知9月和10月上、中、下旬水位均隨歷時呈下降趨勢。采用Mann-Kendall趨勢檢驗對城陵磯站9月和10月的分旬水位進行檢驗，9月分旬水位出現微弱下降趨勢，而10月分旬水位呈顯著下降趨勢。

圖3 城陵磯站9月分旬水位隨歷時變化過程線（水位，m，凍結高程）

圖4 城陵磯站10月分旬水位隨歷時變化過程線（水位，m，凍結高程）

分析三峽等工程運行前后9月和10月分旬水位分時段對比值：2003～2013年與1981～2002年相比，9月和10月城陵磯七里山站水位均降低較多，特別是10月下旬；9月分旬水位下降值（0.88～1.22）m，10月分旬水位下降值（1.75～2.45）m，10月下旬降低值最大，達2.45 m。詳見表4。

表4 城陵磯站9月和10月分旬水位統計（水位，m，凍結高程）

4 總結

（1）年最低水位變化較大，總體呈上升趨勢。三峽等工程運行后，年最低水位抬升了0.39 m，枯期10月～次年3月則發生了下降，且下降了0.52 m。

（2）保證率第180天水位變化較大，總體呈顯著下降趨勢。三峽等工程運行后，第15天、第30天水位降低了1 m，第180天水位降低了1.06 m。

（3）9月分旬水位總體呈微弱下降趨勢，而10月分旬水位總體呈顯著下降趨勢。三峽等工程運行后，9月和10月分旬水位降低幅度均比較大，10月下旬尤勝，降低值達2.45 m。

綜上，1981～2013年洞庭湖出口城陵磯 （七里山）站年最低水位、枯期水位、保證率水位、9月和10月分旬水位等特征水位均發生了不同程度的變化。三峽等工程運行后，枯期水位和9～10月分旬水位降低幅度較大，對東洞庭湖的影響較大。

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湖南省重大水利科技項目“洞庭湖生態基流及生態水位特性研究”、“洞庭湖區間水文特性研究”。

2017-01-09）

鄭穎（1987-），女，湖北蘄春人，碩士研究生，工程師，主要從事洞庭湖水利規劃、設計和科學研究工作，E-mail：466355301@qq.com。