羊曲水電站運行對區域水文過程與濕地生態系統的影響

關鍵詞：水電站運行；水文過程；濕地生態系統；地下水動態；羊曲水電站圖分類號：X171.1;TV62;TV882.1 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.10.005引用格式：，等.羊曲水電站運行對區域水文過程與濕地生態系統的影響[J].中國水土保持，2025（10） ：20-23，29.

濕地生態系統是地表物質循環與能量流動的重要環節，具有涵養水源、調節氣候、維持生物多樣性和減少污染物等多重生態服務功能，被譽為“地球之腎”[1-2]。研究表明，全球濕地通過碳匯、洪水調蓄和物種棲息等機制，在維護地球系統穩定中發揮著不可替代的作用。然而，近幾十年來濕地面積持續萎縮，全球濕地年均損失率約為 0.78% ，其中水電開發導致的水文過程擾動已成為僅次于農業開墾的主要驅動因子[3]。尤其是在生態敏感的高原地區，大型水電工程引發的復合型環境效應遠超傳統環境影響評價框架的適用范圍。研究成果表明，水電工程會顯著改變河流連通性和地下水、地表水交換過程，增加下游濕地退化風險，并可能會加速多年凍土退化，進而影響地下水補給格局和植被生境穩定性[4-6]。為評估羊曲水電站運行對區域水文過程與濕地生態系統的影響，本研究基于2015—2022年水位監測數據，采用MOD-FLOW模型，對比分析建壩前、后區域水文變化過程，重點揭示地下水位波動機制及其生態響應，以期為高寒地區水庫生態調度、區域可持續基礎設施建設及濕地保護政策制定提供科學依據。

1 研究區概況

羊曲水電站（在建）位于青海省海南藏族自治州興海縣與貴南縣交界的黃河上游羊曲峽谷段，地理位置 35^°44^′44^′′N，100^°16^′46^′′E ，控制流域面積約13.4萬km² 。區域地貌類型復雜，包括峽谷、山間盆地和季節凍土帶，地形坡比大（ 15%～25% ），地勢起伏明顯。屬于典型的高原大陸性季風氣候區，冬春季嚴寒干燥，年均氣溫普遍低于 -4°C ，年均降水量不足 312mm ，且集中于6—9月，蒸發強烈。受地形與氣候共同作用，水文過程呈現短期集中補給、長期虧損、強蒸發干擾的特征，對地下水系統與濕地維持具有決定性影響。

優勢植被群落包括甘蒙檉柳、藏北嵩草及多種苔草類草本植物，根系多分布在地下 2～3m ，依賴淺層地下水穩定供水。遙感監測與實地調查結果顯示，研究區濕地面積約 9.84km² ，主要分布在黃河兩岸沖積扇前緣和階地邊緣，類型涵蓋河岸帶濕地、山間盆地濕地和部分高寒草甸。濕地維管植物共23科56種，種類較多且為黑頸鶴、藏原羚等高原特有物種提供了棲息地。濕地土壤碳儲存能力強， 0～30cm 土層平均碳儲量達 12.3kg/m² ，顯著高于同緯度低海拔濕地。綜上，羊曲水電站庫區特殊的地貌、水文與生態格局共同構成了一個對水文波動高度敏感的高寒濕地生態系統，為探討水庫運行與濕地生態耦合機制提供了典型案例。

2數據來源和研究方法

2.1 數據來源

本研究所用數據主要包括： ① 羊曲水文站 2015—2022年逐日流量與水位監測數據，以及5個水文單元內30口自動監測井的地下水位高頻記錄（分辨率15min），用于刻畫地表水與地下水動態過程； ② MODIS提供的歸一化差異植被指數（NDVI）遙感產品及2019—2022年典型樣地的植物群落與多樣性調查數據，用于反映濕地植被的生態響應； ③ 中國氣象局地面氣象站逐日觀測資料（氣溫、降水、風速和相對濕度等），經空間插值得到 0.1^°×0.1^° 分辨率的柵格數據，用于驅動水文過程模擬; ④ 來自Shuttle Radar TopographyMission（SRTM）的 30m 分辨率數字高程模型（DEM），用于提取地形數據。

2.2地表水與地下水耦合模型（MODFLOW模型）

MODFLOW模型為三維有限差分模型，能夠在考慮地形、水文地質條件和邊界約束的基礎上，構建地下水流動控制方程，模擬分析區域地下水過程及水文-生態耦合機制。本研究采用MODFLOW模型，模擬建壩前自然狀態和建壩后人工調度下地下水的時空演變特征，對比分析水庫運行對區域水文過程及濕地生態系統的影響，揭示水庫調度對地下水系統及濕地生態系統的傳導機制。模型時間步長設為逐日，以反映季節性補給、春季泄水和秋季高位滯蓄等典型水文事件對地下水位的影響。

3 研究結果

3.1建壩前、后水庫水位變化

1）建壩前，河道水位主要受季節性降水與高山融雪控制，呈現出較穩定的自然節律。全年水位保持在2707.0～2709.0m ，年內變幅為 2.0m （見表1），水文過程具備較強的連續性，反映出典型的季節性河川水文節律。這一相對平穩的過程支撐了地下水系統的長期穩定補給，地下水位年內變幅僅為 1.2m ，與氣候變化基本同步，有利于濕地生態系統維持水分輸入（降水、地表水人滲與地下水補給）與輸出（蒸發、植物蒸騰與地表徑流）之間的動態平衡，從而保障濕地生境的穩定性。

2）建壩后，水庫運行帶來了顯著的人為調控作用，水文節律出現明顯擾動。全年最高庫水位2715.0m ，最低 2710.0m ，年內變幅擴大至 5.0m 。尤其在春季（4—6月）泄水調度階段，庫水位下降3.5～5.0m ，與之對應，地下水位表現出5～7d的滯后性，降深可達 2.2～3.2m ，顯著超過建壩前的自然波動幅度。在汛末至秋季（7一10月），水庫快速回蓄后，庫水位長期維持在 2714.7～2715.0m 高位，顯示出明顯的“抬升—泄水一高位滯蓄”的運行節律。庫水位的強烈變動不僅會改變地表水過程，也會通過水文連通機制傳導至地下水系統，加劇濕地生態系統的水分脅迫。

表1建壩前、后庫水位與地下水位年動態特征

3.2 日出庫流量

水庫調度方式可直接決定下泄流量的日內波動特征，因而成為衡量調度策略生態友好性的關鍵指標。圖1列出了羊曲水電站在單庫調度與多庫聯合調度模式下的典型日出庫流量變化：在單庫調度模式下，日出庫流量波動劇烈，波動區間為 135～255m³/s ，波動幅度達 120m³/s 。流量峰值高度集中在電網負荷高峰時段 （2：00，6：00，15：00，19：00） ，表現為典型的“尖峰一谷底\"交替格局，說明水庫調度強烈依賴電力需求，短時出流突增頻繁。相比之下，聯合調度模式下的日出庫流量曲線要平滑些，流量波動區間為 142～247m³/ s，日波動幅度縮小至 105m³/s ，峰值雖存在，但高度和頻率均明顯減弱，谷值有所降低，體現出削峰填谷的調節效果。從水文過程信號角度看，單庫調度下日出庫流量表現為高頻、大振幅的非平穩波動，局部極值點間隔約 ^4h ，信號周期性強，且出流快速響應電力負荷變化，存在相位提前現象；聯合調度下日出庫流量則表現為低頻、平滑的波形，波峰與波谷之間過渡緩慢些，振幅整體減小，能減少高頻能量集中對下游生態系統的擾動。這種差異表明，聯合調度不僅能提升水電運行系統的調節能力，還能降低生態脆弱區的水文風險，有助于維持濕地水位連通性和生態適宜性，

圖1單庫調度與聯合調度下典型日出庫流量

3.3 地下水位響應

3.3.1建壩前、后地下水位在時間上的變化

1）建壩前，研究區地下水位主要受季節性降水與高山融雪驅動，全年波動幅度較小，呈現單峰型趨勢，年內最高水位 2 667.2m 最低 2 666.0m ，年內變幅1.2m （見表1），與氣候變化基本同步，表現出良好的生態適應性。尤其在春季（第 90～150d ），地下水位隨河道水位上升而緩慢回升，濕地根系區地下水位長期維持在 2.0～3.0m 的生態適生埋深，有利于濕地植物穩定獲取水分。

2）建壩后，地下水系統由自然主導轉向人工調節控制，全年地下水總體呈下降趨勢，年內變幅增至1.8m ，顯著高于建壩前。春季調蓄階段（第 90～160d） ），庫水位快速下降引發地下水位的滯后性響應，延遲 5～ 7d后出現明顯下跌，降深達 2.2～3.2m ，最終降至年內最低水位 2665.5m 。這一短時低谷期突破了濕地植物適生埋深 （2.0～3.0m） ，導致根區水分供應不足，濕地植被失水脅迫顯著上升。整體來看，建壩后地下水位波動更為劇烈，季節性節律被打破，生態系統的水分穩定性和恢復能力明顯下降

3.3.2建壩前、后地下水位在空間上的變化

建壩前，地下水系統主要受自然補給與順勢滲流控制，呈對稱連續的空間格局，上下游水位梯度基本一致，橫向連通性良好，地下水埋深穩定維持在 2.0～3.0 m ，能夠為濕地植被根系提供穩定的水分支持。建壩后，地下水系統在空間上發生了顯著變化，呈非對稱分段的空間格局。壩上游區地下水位整體呈抬升趨勢① 上游遠區地下水位抬升 0.05m （見表2），水文連通性及生態適宜性略增強；上游近壩區地下水位抬升幅度大，達 0.14m ，水文連通性顯著增強，形成濕地核心區。 ② 壩下游區地下水位整體呈下降趨勢。下游近壩區地下水位下降 0.05m ，水文連通性減弱，局部形成凹陷區；下游主影響帶降幅擴大至 0.10m ，水文連通性顯著減弱，形成典型凹陷帶；下游遠區僅下降0.02m ，水位擾動效應趨近消散。總體上，水庫運行將地下水系統原本連續對稱的自然格局重塑為上游抬升、下游凹陷的非對稱分段格局，削弱了河岸帶橫向連通性，增加了下游濕地在枯水季突破適生埋深閾值的風險，因此需加強對下游主影響帶地下水位的調控與維護。

表2建壩前、后地下水位變化及生態影響

注：表中“ + ”“-”分別表示地下水位抬升、下降。

3.4生態影響

3.4.1水庫運行對濕地生態的影響

水庫運行通過改變自然水文節律，引發地下水位的滯后-放大響應，從而加劇濕地生態系統的失水壓力，帶來顯著脅迫風險。 ① 在春季泄水階段（4—6月），庫水位下降 3.5～5.0m ，地下水位表現出5～7d的滯后效應，降深可達 2.2～3.2m （見表3）。這種放大響應使地下水位在2～3周的調蓄窗口期內快速突破濕地植被的生態適生埋深 （2.0～3.0m） ，造成植物根區短時失水。其生態后果表現為濕地植被葉片萎蔫、生物量下降，局部區域甚至出現退化跡象。 ② 在汛末回蓄階段（7—10月），庫水位迅速抬升至2715.0m，地下水位回升同樣存在4～6d的滯后效應，并且恢復不完全，低水位狀態持續 10～15d 。這種非同步回升會加劇濕地植物的水分不足情況，使植物長期處于脅迫環境中，生態功能退化風險明顯增加。在常規運行期，中低頻水位波動疊加短期快速變化，導致地下水-地表水系統出現非線性累積效應，進一步放大濕地生態系統的脆弱性和功能失衡風險。因此，在水庫生態調度中，應嚴格控制春季泄水的日降幅 （?1.0m） ），并在回蓄期采用分段緩升調度策略，同時將植被適生閾值納入調度模型，以降低生態系統脅迫風險。

表3水庫調度-地下水響應-生態脅迫機制

3.4.2地下水埋深對濕地生態的影響

地下水埋深對濕地植被生態健康具有顯著影響，表現出明確且敏感的閾值響應。由表4可知，生態最適埋深區在 2.0～lt;3.5m ，在此地下水埋深區植物根系既能穩定獲取水分，又不會因過濕而缺氧，生態系統生產力和穩定性均處于最優狀態，其中當地下水處于2.0～lt;3.0m 埋深時NDVI值最高，達到1.00，植被生長最為旺盛。當地下水埋深偏離最適區時，植被功能會快速衰退并產生明顯脅迫效應：當地下水埋深 lt;2.0 m 時，土壤過飽和甚至積水，會限制根系氧氣交換，NDVI值降至 0.25～0.45 區間時，表現為生長受限或死亡風險升高；當地下水埋深 ?3.5m 時，土壤有效水分顯著不足，植物會出現葉片黃化、枝葉干枯與覆蓋度下降，NDVI值降至 0.15～0.55 。水庫調度引發的地表水位快速下降及地下水的滯后-放大響應會進一步打破最適區間，造成持續3～4周的短時地下水埋深低谷期。檉柳與藏北嵩草等典型濕地植物在此期間長期處于水分脅迫狀態，NDVI值明顯下降，植物生理功能衰退，最終導致植物生物量減少和生態系統退化。因此，水庫生態調度必須綜合考慮植被生態閥值與地下水位響應過程，控制水位波動幅度和頻率，以降低濕地生態系統的長期失穩風險。

表4NDVI值與地下水埋深關系

3.4.3水電站運行對濕地生態適宜性的影響

羊曲水電站運行下濕地生態適宜性區間分布（見表5）：最適地下水埋深 （2.0～lt;3.5m） 區間面積占比最高，為 40% ，既能為植被根系提供穩定水分，又能避免積水缺氧，是濕地維持生態平衡的核心區；其次為

1.0～lt;2.0m 和 3.5～lt;6.0m 區間，面積占比均為20% ，雖存在一定水文壓力，但整體生態功能尚可，可通過合理調控庫水位來維持群落穩定；埋深過淺（lt;1.0m^? 或過深（ ?6.0m ）的區域面積占比不高，均為10% ，生態適宜性最低，埋深過淺時易導致積水和根系缺氧，過深則使根系難以吸收有效水分，均會限制植被生長并降低生態系統的穩定性。綜合來看，水電站運行后，濕地生態系統整體能維持穩定，但仍應優化調度策略，保持區間水位穩定，這樣不僅能夠有效降低濕地生態系統的水分脅迫風險，還能提升整體功能與韌性，保障區域生態系統的長期穩定與可持續發展。

表5水電站運行下濕地生態適宜性區間分布

4結論

本研究基于水位監測數據，采用MODFLOW模型，系統評估了羊曲水電站運行對區域地下水動態與濕地生態系統的影響，主要結論如下：

1）水文節律顯著擾動。建壩后庫水位由自然季節性波動轉變為人為調控，年內變幅由 2.0m 擴大至5.0m 。春季泄水階段庫水位下降 3.5～5.0m ，秋季回蓄維持在 2714.7～2715.0m 的高位滯蓄狀態，顯著打破了原有的自然水文節律。

2）地下水響應具有滯后-放大效應。建壩前地下水位波動幅度較小（ [1.2m） ，與氣候節律基本同步；建壩后波動幅度增至 1.8m ，春季泄水引發地下水位 5～ 7d滯后下降，降深可達 2.2～3.2m ，形成短時低谷期并頻繁突破植被生態閾值 （2.0～3.0m） 。

3）地下水位空間格局發生重構。建壩前地下水系統表現為對稱連續格局；建壩后形成“上游抬升、下游凹陷”的非對稱分段格局，上游近壩區抬升約0.14m ，下游主影響帶下降達 0.10m 。這一改變削弱了河岸帶的橫向連通性，增加了下游濕地的生態脆弱性。

4）生態適宜性受限。NDVI值與地下水埋深關系表明， 2.0～lt;3.5m 區間最適宜植被生長，羊曲水電站庫區濕地此區間面積占比 40% ；埋深 lt;1.0m 或 ?6.0 m 區域面積各占 10% ，此區間生態適宜性低，表現為缺氧或干旱脅迫，濕地植被功能明顯退化。

5）管理啟示。水庫運行所導致的地下水位波動，尤其是在春季集中泄水和秋季快速回蓄階段，是濕地生態系統面臨脅迫的關鍵環節。未來水庫生態調度應以維持地下水埋深 2.0～lt;3.5m 的生態適宜區間為核心目標，控制日泄水降幅 （?1.0m） ），推行分段緩升調度策略，并將生態閾值納人調度模型，以實現開發與保護的協調發展。

參考文獻：

[1]馬秋瑩，朱士英，姜海波，等.濕地生態系統穩定性評價研究進展［J/OL].生態學雜志，1-10[2025-04-01].https：//link. cnki. net/urlid/21.1148.Q.20250211.1608.002.

[2]何佳昕，單利平，劉艷杰.中國濕地外來入侵植物分布特征及其影響因素[J].濕地科學，2025，23（1）：33-47.ological Indicators，2015，58：192-198.

[3］劉芊池，蔡君，解夢婷，等.黃河下游山東段國家濕地公園生態系統服務價值評估[J].濕地科學，2024，22（5）：697-706.

[4］翟夏杰，崔麗娟，李偉，等.濕地生態系統評價的常用方法和應用研究進展[J].生態科學，2024，43（5）：189-199.

[5]王麗娜，楊國福，李嘉欣，等.濕地生態系統服務與景觀生態風險時空演變及關聯性：以杭嘉湖平原為例[J].長江流域資源與環境，2024，33（9）：2043-2058.

[6]李金帥，郝天象，楊萌，等.中國自然濕地生態系統碳循環關鍵過程及增匯途徑[J].中國科學：地球科學，2024，54（8）：2478-2495.

（責任編輯 張緒蘭）