極端干旱事件對長江流域生態流量達標情況影響分析

0 引言

生態流量是指為了維系河流、湖泊等水生態系統的結構和功能，需要保留在河湖內符合水質要求的流量（水量、水位）及其動態過程。保障河湖生態流量，是復蘇河湖生態功能的基礎，對統籌水資源、水環境、水生態保護以及支持經濟社會高質量發展具有重要意義。為切實指導河湖生態流量保障工作，水利部印發了《關于做好河湖生態流量確定和保障工作的指導意見》（水資管[2020]60號），并相繼確定了全國171條跨省河湖286個斷面的生態流量保障目標，河湖生態流量正式走向管理實踐階段[1]

在全球氣候變化背景下，干旱、高溫、洪水、旱澇急轉等極端事件頻發[2-4]。其中，干旱是分布范圍較廣、持續時間較長、對社會經濟和生態環境影響最嚴重的氣象災害之一[5]。IPCC第六次評估報告指出，在現有排放情景下，全球地表溫度將持續升高，水循環進一步加劇，歐洲、東亞、澳大利亞和非洲等地區的干旱事件呈顯著增加趨勢，未來遭受干早頻率和嚴重程度增加的區域總面積將隨變暖加劇進一步擴大[6-7]。干旱期間，區域降雨減少、河道來水量不足，河流的水位和流量顯著下降，導致部分河湖生態流量難以滿足，嚴重威脅河湖濕地生態健康[8]。王冬等[9]發現受極端干旱天氣影響，2021年1＼～2月浙江省平陽縣埭頭斷面流量小于生態流量保障目標天數達到40d，加之受上游城鄉供水工程影響，干旱期生態流量保障能力削弱。胡造等[10]發現安徽省2022年干旱導致淮河流域、太湖流域生態流量保障程度較低，給河湖生態流量調度管理造成了極大困難。因此，在極端干旱條件下保障河湖生態流量，對維持物種的生存、保障河流生態系統完整性、保護生物多樣性等具有重大意義，也是當前生態流量管理工作的重要內容[1]。其中，正確認知干旱事件對生態流量保障情況的影響是制定科學合理的生態流量管理策略的基礎。然而，已有研究受區域和干旱事件時空尺度限制，僅能反映干旱事件對流域部分斷面生態流量保障程度的影響，無法客觀闡述大尺度嚴重干旱事件對生態流量保障情況的影響程度，如持續時間和空間范圍等特征。

2022年，受中高緯度和熱帶環流協同作用的影響，長江流域受長時間、大范圍受副熱帶高壓控制，流域遭遇極端持續高溫天氣，加之降水異常偏少，汛期出現嚴重枯水，主要控制站水位在 8～10 月均達歷史同期極枯值，流域出現典型的夏秋連旱[12-14]本次干旱事件覆蓋范圍廣、持續時間長、旱情嚴重、影響大，對長江流域生態流量保障情況產生深遠影響[15-17]。本文以 2022 年長江流域極端干旱事件為例，聚焦 2021～2023 年長江流域生態流量控制斷面生態流量達標情況，深人分析典型干旱事件對生態流量保障情況時空特征的影響。研究結果有助于保障極端干旱條件下長江流域重要河湖控制斷面的生態流量，并為完善全國生態流量保障體系、提高其對極端事件的應對能力提供參考。

1 數據及方法

1.1長江流域生態流量監測情況

水利部印發的重點河湖生態流量保障目標中共確定長江流域85條跨省河流和重點湖泊、131個主要控制斷面生態流量保障目標，實現了長江流域重點跨省河湖生態流量保障體系全覆蓋。按照水利部相關要求，建立了流域生態流量監控管理平臺，對長江流域主要控制斷面生態流量進行實時監測預警和動態監管，實現了對生態流量在線實時監測和預警[18]。本文基于《長江流域重要控制斷面水資源監測通報》月報，分析2022年典型干旱事件前后（2021～2023 年）長江流域重要控制斷面生態流量達標情況。長江流域 2021～2023 年逐月重要生態流量控制斷面數量見表1。可以看出， 2021～2023 年，長江流域生態流量監測能力明顯提高，控制斷面數量由2021年的82個增加至2023年的120個。

為分析生態流量保障情況的空間分布狀況，本文按照水系特征將長江流域劃分為雅襲江、牛欄江、金沙江、岷江、沱江、赤水河、綦江、嘉陵江、烏江、澧水、沅江、資水、湘江、漢江、富水、贛江、信江、饒河、青弋江及水陽江共19個子流域，各子流域 2021～2023 年生態流量控制斷面總數如圖1所示。

1.2 研究方法

1.2.1干旱時段劃分

2022年長江流域干旱事件主要由降水異常偏少導致，本文借助降雨距平百分比評估 2021～2023 年逐月降水變化，識別2022年干旱事件歷程，并將研究時段劃分為干旱前、干旱期間和干旱后3個干旱特征時段。其中，降雨距平百分比為降雨距平值除以多年平均值，表示時段降雨量偏離多年平均降雨量的程度。降雨距平值和百分比為負表示遭遇干旱。降水數據來自全球降水氣候項目（GPCP，GlobalPrecipitationCli-matology Project，https：//www.ncei.noaa.gov/data/global - precipitation - climatology - project - gpcp -monthly/access/）。

1.2.2生態流量保障程度評價指標

生態流量保障程度不僅可以評估現狀條件下實際流量對于水生態系統的優劣程度，還可作為中長期流域水資源管理中水庫與閘壩生態調度、水資源優化配置的定量標準[19]。由于水文過程的隨機性和周期性，生態流量具有保證率的概念。根據《第二批重點河湖生態流量保障目標（試行）》，河流主要控制斷面生態基流保障情況原則上按日均流量進行評價，重點河流主要控制斷面的生態基流目標保證率原則上應不小于90% ，基本生態流量目標保證率原則上應不小于75% 。

本文參照鄧志民等[20]等提出的月均滿足程度分析方法及《關于印發2019年重點河湖生態流量（水量）保障實施方案編制及實施有關技術要求的通知》要求，以日均流量滿足控制指標的全月百分比（即生態流量保證率）反映生態流量保障情況。生態流量保證率達到 100% 表示該斷面日均流量超過該月生態流量控制目標，即生態流量達標；生態流量保證率不足100% 且超過 90% 表示存在日均流量小于該月生態流量控制目標的情況，天數不足該月總天數的 10% ，記為生態流量基本達標。生態流量保證率小于 90% 表示日均流量小于生態流量控制目標的天數超過該月總天數的 10% ，記為生態流量未達標。

本文重點關注時段內（年尺度、月尺度、干旱特征時段）生態流量未達標的斷面。考慮到年份不同、流域生態流量監測斷面總數不同，本文以生態流量未達標斷面百分比來反映生態流量保障情況，占比越高，區域生態流量保障程度越低、不達標范圍越廣。同理可定義達標斷面百分比和基本達標斷面百分比。不同研究時段生態流量保障情況以月平均未達標斷面百分比評估。各指標計算公式如下：

月平均未達標斷面百分比 （20 （4）式中： n 為未達標斷面數量，個； N 為控制斷面總數，個； T 為時段歷時，月； 為時段內月平均未達標斷面數，個； N_H 為時段內月平均控制斷面總數，個。

2 結果分析

2.1 2021～2023 年長江流域生態流量保障情況

2.1.1 年際變化

2021～2023 年長江流域生態流量保障情況見表電 22021～2023 年生態流量達標斷面數分別為889，976個和1183個，占比分別為 90. 3%，83. 7% 和82.6% ；生態流量基本達標的斷面總數分別為58，81個和103個，月平均占比分別為 5.9% ， 6.8% 和7.2% 。可見，長江流域大部分控制斷面生態流量均能達標，僅少數斷面存在不達標的情況。其中，2021年未達標的斷面總數為37個，占比僅 3.8% 。2022年和2023年，生態流量保障程度明顯低于2021年，未達標斷面數增加至2021年的近4倍，占比超過 10% 。

2.1.2時空分布特征

2021～2023 年長江流域各子流域生態流量未達標斷面數量及占比逐月變化過程見圖2。從空間分布來看，2021年，沅江流域生態流量未達標情況最為嚴重，斷面數量達到13個，主要出現在1＼～2月和10～12月，斷面占比最高達到 42% 。岷江、烏江、金沙江、漢江等流域部分月份未達標。其中，岷江流域未達標斷面數量為6個，主要出現在1＼～4月，占比最高為 25% 。烏江流域未達標斷面數量為5個，主要出現在1＼～2月、10月和12月，金沙江和漢江流域未達標斷面數量為4個，主要出現在1＼～2月和5＼～6月，占比均不足 20% 。

2022年，生態流量未達標情況主要出現在沅江、澧水、烏江、漢江、綦江、資水等流域，金沙江、赤水河、湘江、信江、贛江等流域部分月份未達標。各流域生態流量未達標情況主要出現在 9～12 月。其中，沅江流域未達標斷面數量約為2021年的2倍，占比最大為67% （12月）；澧水流域未達標斷面數量為18個，其中12月占比高達 100% 。烏江、漢江流域未達標斷面數為15個，最大占比分別為 36% 和 29% 。綦江和資水未達標斷面數為12個，最大占比為 100% 和 60% ，均出現在10～12 月。

2023年，生態流量未達標斷面主要出現在沅江、資水、烏江、澧水、赤水河、漢江、綦江、青弋江及水陽江等流域，湘江、金沙江、牛欄江、嘉陵江、岷江、信江、贛江、饒河等流域部分月份未達標，沱江和富水流域基本達標。其中，沅江流域未達標斷面數量達到27個，主要分布在1＼～5月，占比均超過 50% ;6＼～9月全部達標。資水流域未達標斷面數量為20個，除5＼～6月外各月均有斷面未達標，最大占比為 60% 。烏江、澧水、赤水河和漢江流域未達標斷面數量分別為17個、14個、13個和13個，均出現在1＼～5月，其中烏江、澧水占比最大值均超過 60% ，赤水河1～2月占比高達100% 。綦江、青弋江及水陽江未達標斷面數量均為9個，主要出現在1＼～3月和12月，最大占比為 100% 。

2.22022年干旱對長江流域生態流量保障情況的影響

2.2.1 2021～2023 年長江流域降水年內變化

長江流域 2021～2023 年降雨量逐月變化過程如圖3所示。2021年降雨量為 1 282mm ，高于 1979～ 2020年平均值（ 1 093mm; ，其中1月 .11～12 月較歷史同期分別偏少，降雨距平百分比約為 -54% 、 -7% 和 -29% ·2～10 月降雨距平百分比約為 21% 。2022年降雨量為 1071mm ，低于歷史均值，其中1＼～6月降水充沛，降雨距平百分比約為 29% ： 7～10 月，降雨大幅度減少，降雨距平百分比為 -46%～-13% ；11月降雨距平百分比約為 25% ；12月的降雨距平百分比為-33% 。2023年降雨量為 1116mm ，略高于歷史均值。其中，1月顯著低于歷史同期，降雨距平百分比為-42% ;2＼～4月逐月增加，降雨距平百分比約為 2% ＼～18% ;5＼～6月和12月略低于歷史同期，7＼～11月較歷史同期增加約 5% 。

根據 2021～2023 年逐月降雨距平值及降雨距平百分比變化過程可知，2022年長江流域自7月開始遭遇嚴重夏秋連旱，于11月略有緩解，后持續至2023年1月，于2023年2月旱情完全解除。本文以2022年干旱為節點，將 2021～2023 年劃分為3個時段：2021年1月至2022年6月為干旱前，歷時18個月；2022年7月至2023年1月為干旱期間，歷時7個月；2023年2～12 月為干旱后，歷時11個月。

2.2.2干旱前后長江流域生態流量保障情況年內變化2021～2023 年長江流域生態流量未達標斷面數量和占比逐月變化過程如圖4所示。

干旱前（2021年1月至2022年6月），長江流域降雨平均距平百分比約為 15% 。月平均未達標斷面數量約為3個，平均占比約為 3.3% 。其中，2021年1～2 月、6月、10月、12月以及2022年4月未達標斷面數量均超過平均數，為4～8個。2021年7＼～8月未出現生態流量未達標情況。

干旱期間（2022年7月至2023年1月），長江流域降雨量減少，降雨平均距平百分比約為 -22.8% ，平均未達標斷面數量為24個，占比 21.0% 。干旱初期（2022年7月），盡管流域降雨量顯著減少了 24% ，并未出現生態流量未達標的情況。8月，隨著降雨量進一步減少（降雨距平百分比約為 -46% ），有5個斷面生態流量未達標（占比 4.5% ）。 9～10 月降雨量持續減少，未達標斷面數量增加至32個（占比 28.3% ）。11月，盡管旱情隨著降雨量增加（降雨距平百分比為25% ）而緩解，但未達標斷面數量繼續增加至37個。2022年12月和2023年1月，降雨量較歷史同期減少約 33% 和 42% ，未達標斷面數量繼續增加至42個（占比 35.6% ）。可以看出，干旱期間，長江流域生態流量未達標情況與降雨量變化過程并未同步。

干旱后（2023年2～12月），降雨量與歷史時期基本一致，未達標斷面數量為9個，占比為 8.0% 。其中，2＼～3月降雨量均高于歷史同期，未達標斷面數量較干旱后期減少，約為30個（占比 25% ），但遠高于干旱后平均值。4～12月，降雨量與歷史同期持平，未達標斷面數量（5個）和占比 （3.9% ）顯著減少，恢復至干旱前水平。至此，2022年干旱事件對長江流域生態流量保障情況的影響已基本消除。

結合長江流域降雨和生態流量未達標情況整體來看，2022年干旱事件導致長江流域生態流量保障程度較干旱前后明顯降低，干旱對生態流量的影響自干旱事件發生2個月（2023年9月）后開始，至干旱事件結束2個月（2023年3月）后基本結束，歷時7個月，與實際干旱歷程相比存在約2個月的滯時。

2.2.3干旱影響下生態流量保障情況空間特征

為了分析2022年干旱事件對長江流域生態流量保障情況的空間分布特征影響，本文以19個子流域為單位分析干旱事件前后各流域生態流量未達標斷面數量和斷面百分比的空間分布規律（圖5）。考慮到干旱對生態流量保障情況的影響滯時，以干旱影響出現前時段（2021年1月至2022年8月）為干旱影響前，以干旱影響時段（2022年9月至2023年3月）為干旱影響期間，以干旱影響消除后時段（2023年4～12月）為干旱影響后。

干旱影響前，生態流量未達標情況主要出現在上游的金沙江和烏江流域以及中下游的沅江和漢江流域。其中，沅江流域未達標斷面數量為15個，占比為6.25% ;金沙江、烏江和漢江流域未達標斷面數量均為7個，占比分別為 2.1%，3.2% 和 2.5% 。整體來看，干旱前各流域未達標斷面占比很小，說明各流域均未出現大范圍生態流量不達標情況。

干旱影響期間，生態流量未達標情況主要發生在上游的赤水河、綦江、烏江等流域以及中下游的洞庭湖水系（澧水、沅江、資水、湘江）、漢江、信江、青弋江及水陽江等流域。其中，沅江流域未達標斷面數量達到44個，烏江、澧水、資水均超過20個，赤水河和綦江流域超過10個。此外，沅江、澧水、資水、赤水河和綦江月平均未達標斷面占比均超過 50% ，甚至高達 80% 以上，說明這些流域大部分控制斷面生態流量均未達標，出現了大范圍生態流量不達標的情況。可見，在2022年干旱事件的影響下，各流域生態流量未達標范圍較干旱前顯著擴大。

干旱影響后，生態流量保障情況恢復至干旱前水平，未達標情況主要出現在赤水河、沅江、資水等流域，斷面數量分別為5，6個和11個，占比分別為 18.5% ，5.6% 和 24.4% ，未出現大范圍生態流量不達標的情況。

綜合來看，2022年干旱事件前后，上游的赤水河、烏江以及下游的沅江、漢江、資水等流域部分斷面生態流量不達標，但影響范圍較小，長江流域生態流量保障情況整體較好；在干旱事件的影響下，生態流量不達標范圍顯著擴大、各子流域內不達標斷面數量及不達標斷面占比均顯著增加，生態流量保障情況顯著下降。

2.2.4干旱影響期間生態流量未達標控制斷面空間分布

為明確生態流量保障情況受2022年干旱事件影響較大的敏感控制斷面，本文進一步分析了干旱影響期間（2022年9月至2023年3月）各子流域生態流量控制斷面及未達標次數（圖6）。

干旱影響期間（歷時7個月）共有55個斷面出現生態流量未達標情況，平均未達標次數為4次。從空間分布來看，赤水河流域有3個斷面未達標，其中位于干流的赤水（5次）和茅臺（6次）斷面不達標情況最嚴重。綦河流域的松坎、東溪、五岔斷面未達標次數為5＼～6次。烏江流域有7個斷面未達標，其中位于干流下游的武隆（6次）、支流灌河的大河邊（7次）斷面以及支流芙蓉江的浩口水電站（6次）不達標情況最嚴重。澧水流域有6個斷面未達標，主要出現在干流的張家界（7次）和石門（6次）斷面、支流溇水的淋溪河（6次）斷面、支流渫水下游的皂市（6次）斷面。沅江流域有8個斷面未達標，包括位于干流的安江、五強溪、桃源斷面，支流酉水的石堤、來鳳斷面，以及支流潾水的玉屏（崇灘）和芷江斷面以及支流松桃河的松桃斷面。其中，芷江有3次未達標，其他斷面未達標次數為5＼～7次。資水流域未達標情況主要出現在干流的邵陽、冷水江、桃江斷面，未達標次數均為7次。湘江流域有4個斷面未達標，其中干流的全州斷面（4次）和支流瀏陽河的雙江口斷面（3次）未達標情況較嚴重。漢江流域有7個斷面未達標，其中，干流中游的黃家港（4次）、下游的仙桃（6次）和支流唐河下游的郭灘（5次）不達標情況較為嚴重。牛欄江、金沙江、嘉陵江、富水、贛江、信江、青弋江及水陽江等流域有1～2個斷面生態流量未達標，未達標次數為1＼～4次。

整體來看，干旱影響期間，長江流域有24個斷面生態流量保障情況較差，未達標次數超過斷面平均值，達到5＼～7次，未達標歷時超過干旱影響歷時的 70% ，主要分布在上游的赤水河、綦江、烏江流域以及中下游的洞庭湖地區（涉及澧水、沅江、資水流域的14個斷面）和漢江流域，其中有15個斷面屬于干流水系控制節點，9個斷面位于支流水系。

3結論

本文聚焦極端事件影響下生態流量保障問題，以2022年長江流域干旱事件為典型案例，分析其對生態流量達標率時空特征的影響，得到以下結論。

（1） 2021～2023 年，長江流域大部分生態流量控制斷面均能達到控制目標，僅少數斷面生態流量不達標。其中，2021年未達標斷面占比約為 3.7% ，分布在沅江、岷江等流域；2022和2023年未達標斷面占比約為 10% ，分布在沅江、澧水、烏江、漢江、綦江、資水等流域，其中2022年未達標情況主要發生在9～12月，2023年主要發生在1＼～5月。

（2）2022年典型干旱事件影響下，長江流域生態流量保障程度較干旱事件影響前和影響消除后均明顯降低，月平均未達標斷面占比由不足 4% 增加至21.0% 。干旱事件對生態流量保障情況的影響并未與干旱進程同步，存在2個月的滯時。

（3）2022年干旱事件前，長江流域生態流量未達標情況僅出現在赤水河、沅江、資水等部分流域，月平均未達標斷面占比不足 10% 。受干旱事件影響，生態流量未達標區域擴大至赤水河、綦江、烏江、澧水、沅江、資水、湘江、漢江、信江、青弋江及水陽江等子流域，且各子流域內不達標斷面數量增加，月平均斷面占比達到 50% 以上。

（4）2022年干旱事件影響期間，長江流域有24個斷面生態流量保障情況較差，未達標歷時超過干旱影響歷時的 70% ，主要包括赤水河流域的茅臺、赤水斷面，綦江流域的松坎、東溪、五岔斷面，烏江流域的武隆、大河邊、浩口水電站斷面，洞庭湖地區的14個斷面以及漢江流域的仙桃、郭灘斷面。

本文以2022年長江流域極端干旱事件為例，深入研究了干旱對流域生態流量達標情況時空特征的影響。然而，生態流量管理工作極為復雜，極端事件又具有突發性和極端性，如何綜合考慮各方水資源供需關系并制定科學合理的水資源統一調度策略，以及在極端水文條件下有效提高生態流量滿足程度、保障河湖生態健康等問題還需要進一步深人探索。

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（編輯：李晗）

Impact of extreme drought events on ecological flow compliance condition in Changjiang River Basin

JING Zhaoxia ^1，2 ，CHEN Xiaojuan1，2，LI Zhijun1，2，YANG Mengfe ^1，2 ，YANG Yinqun ^1，2 WANG Junzhou12，ZHU Xiudi1.2

（1.Changjiang WaterResoucesProtectionIstitute，Wuhan43O51China；2.KeyLboratoryofEcologicalRegulationofNont SourcePolutioninLakeand Reseruoir Water Sources，Changjiang Water Resources Commision，Wuhan43Oo51，China）

Abstract：Tounderstand the impact of extreme drought events on the asurance of ecological flow in rivers and lakes，we took the extreme drought in 2O22 in Changjiang River Basin asan example，the precipitation anomaly percentage from 2021 to 2023 was utilized to track the progresionof the drought events，and theecologicalflow guaranteerates and the percentage of non-compliantsections were employed as key indicators and conduct an in-depth analysis of the impact of droughtontheachievementofecologicalflowstandards.Resultsrevealedasubstantialdecline inecologicalflowcomplianceconditioninthebasinduetothedrought，withitsprogresionnot synchronizing with themeteorologicaldrought process but exhibitingalagof two months.Throughout the drought event，theareaofecologicalflownon-compliance in the Changjiang River Basin notably expanded，encompassing dozens of sub-basins，where the number of non-compliant sections reached over 50% of the total monitored sections，indicating widespread ecological flow non-compliance.The researchresultscanreveal thespatiotemporalcharacteristicsof theimpactof drought eventsonecologicalflowcompliance in the Changjiang River Basin，providing support for river basin management.

Key words： extreme drought events；ecological flow；percentage of rainfall anomaly;Changjiang River Basin