三峽樞紐運用后鄱陽湖的水位變化特性分析

呂婷婷， 陳界仁， 任莎莎

(河海大學(xué) 水利水電學(xué)院， 江蘇 南京 210098)

1 研究背景

鄱陽湖是我國第一大淡水湖，位于江西省的北部、長江中下游的南岸。南承修河、贛江、撫河、信江、饒河5河來水經(jīng)潘陽湖調(diào)蓄后由湖口站北注長江，是一個過水型、吞吐型湖泊。鄱陽湖在調(diào)節(jié)江湖關(guān)系方面發(fā)揮著巨大的作用，不僅受長江的頂托作用，同時對上游來水的5河產(chǎn)生頂托作用，而且作為5河入湖的唯一通道，在洪水季節(jié)起到調(diào)節(jié)5河洪峰的重要作用[1]。

2003年三峽水庫運行后鄱陽湖的枯水水情日益嚴(yán)重，嚴(yán)重破壞了湖區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)和生活。已有不少學(xué)者對鄱陽湖進行了一系列的研究，近年來鄱陽湖水位變化劇烈[2]；姚靜等[3]研究了地形變化對鄱陽湖水位的影響；鄧志民等[4]指出鄱陽湖星子站1963-2009年的水位呈現(xiàn)顯著下降趨勢,其中,冬季水位下降傾向率最大,春季最小；閔騫等[5]分析了鄱陽湖1952-2011年60年來的水文資料，表明進入21世紀(jì)以來鄱陽湖枯水程度顯著加?。焕钍狼诘萚6]探究2006年鄱陽湖枯水成因及其特征，表明長江上游夏秋季來水偏少和江西5河來水偏少是2006年枯水的主要原因，此外三峽水庫蓄水也起到了推波助瀾的作用；楊沛鈞等[1]指出三峽水庫運行后鄱陽湖的水文節(jié)律發(fā)生顯著改變，對鄱陽湖的水位變化存在潛在影響；賴錫軍等[7]分析了三峽水庫蓄水對鄱陽湖水情的影響格局，指出干流水位快速下降，加速湖水下泄是三峽水庫蓄水對鄱陽湖水位的主要影響方式；劉章君等[8]得出鄱陽湖水位影響隨三峽水庫起蓄時間的提前而減弱；鄔年華等[9]得出蓄水期三峽工程運行造成湖區(qū)水位降幅較大，枯水期影響較小，增泄期會增加湖區(qū)水位；李子龍等[10]指出三峽工程修建后，鄱陽湖的水位特征及河湖相轉(zhuǎn)換均發(fā)生了較為明顯的變化；許繼軍等[11]建議優(yōu)化三峽水庫蓄水方式，協(xié)調(diào)好與5河蓄水工程之間的調(diào)度問題，以減小三峽水庫運行對鄱陽湖的影響。此外還有一些學(xué)者對水位變化對鄱陽湖的生態(tài)環(huán)境的影響進行了研究，羅蔚[12]指出水位變化是影響其生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變化的最主要因素；夏少霞等[13]、葉春等[14]探討了鄱陽湖水位變化對濕地植被的影響；齊述華等[15]研究了水位降低對越冬候鳥生境范圍和組成結(jié)構(gòu)造成的影響。上述水文節(jié)律的研究大多關(guān)注鄱陽湖某一水文站或者某一典型年的水情變化，而對鄱陽湖多個水文站的多年水位變化規(guī)律研究較少，缺乏整體認(rèn)識。本文基于鄱陽湖湖口站、星子站、都昌站、棠蔭站、康山站5個水文(水位)站的多年水文資料，探究了三峽水庫運行后鄱陽湖水位的變化特性，為鄱陽湖區(qū)的水資源合理利用和生態(tài)環(huán)境的保護以及社會經(jīng)濟

的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)與分析方法

本文從北向南依次選取了湖口、星子、都昌、棠蔭、康山5個水文(水位)站1964-2016年共53 a的水文資料來分析鄱陽湖的水位變化趨勢。三峽水庫自2003年開始蓄水后，鄱陽湖的枯水水情日益嚴(yán)重，本文通過分析5站最高水位、最低水位、年平均水位以及枯水期水位和時間的變化趨勢來分析鄱陽湖的水情。其中5站水位的趨勢性分析采用Mann-Kendall法。

圖1 鄱陽湖流域與水文(水位)站分布圖

3 結(jié)果分析

3.1 5站的年最高水位、年最低水位、年平均水位及其變化

采用Mann-Kendall法對鄱陽湖湖口、星子、都昌、棠蔭、康山5站的年最高水位、年最低水位、年平均水位進行趨勢性分析，結(jié)果見表1～3。

表1 5站的年最低水位M-K計算結(jié)果

表2 5站的年最高水位M-K計算結(jié)果

由表1可知，除湖口站外，星子、都昌、棠蔭、康山4站的長序列均呈減小趨勢。湖口站的年最低水位的檢驗值呈正趨勢變化，且在長序列上通過了99%的置信度檢驗。三峽水庫蓄水前，星子、都昌、棠蔭、康山的最低水位呈正趨勢變化，其中星子站和都昌站通過了99%的置信度檢驗，康山站通過了90%的置信度檢驗。三峽水庫蓄水后，星子、棠蔭、康山站最低水位呈正趨勢變化，都昌站呈負(fù)趨勢變化，且通過了99%的置信度檢驗。由表2可知，三峽水庫蓄水前湖口、星子、都昌、棠蔭、康山5站的最高水位呈正趨勢變化，其中星子站通過了90%的置信度檢驗，其余4站通過了95%的置信度檢驗，三峽水庫蓄水后呈不顯著增大的變化趨勢，從長序列的變化來看，5站的最高水位呈不顯著減小的變化趨勢。由表3可知，三峽水庫蓄水前，5站的平均水位呈正趨勢變化，其中都昌站通過了90%的顯著性檢驗，三峽水庫蓄水后5站的平均水位呈不顯著增大的變化趨勢，從長序列來看，5站的平均水位呈減小的變化趨勢，其中都昌站通過了95%的置信度檢驗。史常樂等[16]得出都昌站2003-2014年最高水位、最低水位、平均水位呈不同程度的下降趨勢，而本文2003-2016年短序列水位(除都昌站最低水位)基本呈不同程度的增大趨勢，經(jīng)計算可知，當(dāng)短序列截止到2014年時所得出的結(jié)果與上述文獻的結(jié)果一致，3種水位為不同程度的下降趨勢，產(chǎn)生差異的原因可能在于2016年鄱陽湖為豐水年，最高水位和平均水位均比往年有所增大，使得數(shù)據(jù)分析中的對偶值增大，統(tǒng)計量S值由負(fù)變正，從而使最后標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)統(tǒng)計量Z值為正，因此變?yōu)樯仙内厔荨?/p>

3.2 5站的枯水期水位的變化

鄱陽湖一般在每年10月-次年3月為枯水期，1964-2016年三峽樞紐運行前、后5站的枯水期月平均水位見表4。

由表4可知，三峽水庫蓄水后，湖口站10-12月份及星子、都昌、棠蔭和康山4站枯水期的水位較水庫蓄水前均有不同程度的降低。其中10月份5站的水位下降值最大，星子、都昌、棠蔭、康山4站3月份的水位下降值最小。星子和都昌站的水位變幅一直大于棠蔭和康山站的水位變幅，棠蔭站的水位變幅大于康山站的水位變幅，湖區(qū)水位變化呈北高南低的狀態(tài)。從12月份-次年3月份，星子站的水位變幅小于都昌站的水位變幅。1-3月份因三峽水庫增泄流量，湖口水位較建庫前有所抬高[17]。

3.3 鄱陽湖枯水期時間變化

對于湖泊，一般稱多年平均水位以下的水位為枯水位[6]。以星子站為鄱陽湖代表站，圖2給出了1964-2016年各年份水位小于星子站多年平均水位13.32 m的天數(shù)歷時的變化趨勢。從圖2可以看出，星子站1964-2016年每年枯水期出現(xiàn)的天數(shù)呈波動增長的趨勢，1998年的天數(shù)最少，為94 d，2011年的天數(shù)最多，為287 d。1964-2002年星子站每年低于多年平均水位的天數(shù)平均值為173 d，2003-2016年星子站每年低于多年平均水位的天數(shù)平均值為214 d，平均增加了41 d。

表4 1964-2016年三峽樞紐運行前、后5站枯水期月平均水位變化 m

圖2 1964-2016年星子站每年枯水天數(shù)圖

由于星子站為水位站，無流量資料，所以本文采用距星子站較近的湖口站的徑流量，依據(jù)距平百分率法進行豐、平、枯水年的劃分。統(tǒng)計分析星子站1970-2016年枯水位出現(xiàn)時間，將枯水位出現(xiàn)時間分成豐、平、枯水年進行比較，結(jié)果見表5。從表5的對比看出，豐水年枯水位出現(xiàn)時間大部分從11月份開始，個別年甚至推遲到12月份；枯水年枯水位出現(xiàn)時間可提前至8、9月份，除個別年份外，最晚出現(xiàn)時間為10月份，平水年枯水位出現(xiàn)時間集中在10、11月份。但無論豐水年、枯水年還是平水年，枯水出現(xiàn)時間都呈波動提前的狀態(tài)。

4 結(jié) 論

選擇鄱陽湖湖區(qū)的5個水文(位)站，依據(jù)實測資料進行了鄱陽湖湖區(qū)的水位變化特性分析，主要結(jié)論如下：

(1)除湖口站外，星子站、都昌站、棠蔭站、康山站的年最高水位、年最低水位和年平均水位均處于下降趨勢；湖口站的年最低水位為顯著增大的變化趨勢，年最高水位和年平均水位為下降的變化趨勢；

表5 1970-2016年星子站豐、平、枯水年枯水位出現(xiàn)時間

(2)鄱陽湖枯水期10月份水位變幅最大，從10月至次年3月份枯水水位變幅遞減，除湖口站外，其余4站3月水位變幅最小；枯水期鄱陽湖區(qū)的水位變化幅度呈北高南低的狀態(tài)，12月至次年3月，受三峽水庫動用調(diào)節(jié)庫容的影響，星子站的月均水位變化小于都昌站的月均水位變化，同時因三峽水庫增泄流量，湖口水位較建庫前有所抬高；

(3)三峽水庫蓄水后，鄱陽湖枯水時間較水庫蓄水前增加了41 d，豐水年枯水出現(xiàn)時間大部分為11月份，個別年甚至推遲到12月份；枯水年枯水出現(xiàn)時間可提前至8、9月份，除個別年份外，最晚出現(xiàn)時間為10月份，平水年枯水出現(xiàn)時間集中在10、11月份。無論豐水年、枯水年還是平水年，枯水出現(xiàn)時間都呈波動提前的狀態(tài)。

(4)鄱陽湖枯水特性變化復(fù)雜，影響因素較多，如氣象因素導(dǎo)致的入湖流量的變化、人類活動影響如采砂、湖區(qū)整治工程導(dǎo)致長江水文特性的變化等，對此變化的成因及定量分析需要進一步深入研究。