三峽水庫蓄水運(yùn)行初期對(duì)徑流過程影響分析

龐樹森，許繼軍，徐 楊

（1.長(zhǎng)江科學(xué)院水資源綜合利用研究所，武漢 430010；2.三峽梯級(jí)調(diào)度通信中心，湖北宜昌 443133）

三峽水庫蓄水運(yùn)行初期對(duì)徑流過程影響分析

龐樹森1，許繼軍1，徐 楊2

（1.長(zhǎng)江科學(xué)院水資源綜合利用研究所，武漢 430010；2.三峽梯級(jí)調(diào)度通信中心，湖北宜昌 443133）

依據(jù)三峽水庫蓄水前后上下游水文站的觀測(cè)資料，采用TFPW－MK方法對(duì)寸灘站、武隆站、宜昌站觀測(cè)流量的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)，并對(duì)三峽水庫蓄水運(yùn)行以來水庫對(duì)徑流過程的影響做了對(duì)比分析。結(jié)果表明三峽水庫運(yùn)行對(duì)徑流總量無明顯影響，但對(duì)徑流的年內(nèi)過程有一定影響：12－6月水庫下泄流量大于天然徑流量，而9－11月蓄水期則存在明顯的減泄現(xiàn)象，2009年最大減泄流量12 015m3／s。經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后的三峽水庫汛末蓄水方案，對(duì)此減泄過程有一定緩解，2010年最大減泄流量7 923 m3／s。

三峽水庫；徑流變化趨勢(shì)；水庫汛末蓄水；徑流過程分析

1 概 述

三峽工程是一座具有防洪、發(fā)電和航運(yùn)等綜合效益的大型水利樞紐工程，其巨大的調(diào)節(jié)能力將對(duì)長(zhǎng)江中下游干流的徑流過程產(chǎn)生一定影響［1，2］。三峽水庫的入庫流量主要來自長(zhǎng)江干流寸灘以上、支流烏江以及三峽區(qū)間產(chǎn)流。其中寸灘和武隆占入庫徑流總量的90%以上。本文以長(zhǎng)江寸灘水文站、烏江武隆水文站觀測(cè)流量，作為三峽水庫主要來水分析依據(jù)（因三峽區(qū)間支流入庫流量觀測(cè)資料有限，本次研究暫不計(jì)入三峽區(qū)間入庫水量），同時(shí)選擇宜昌水文站觀測(cè)流量作為三峽水庫出庫分析依據(jù)。采用數(shù)據(jù)為寸灘水文站（1953－2010年）、武隆水文站（1953－2010年）、宜昌水文站（1953－2010年）的日徑流數(shù)據(jù)。

為探討三峽水庫蓄水運(yùn)行初期對(duì)徑流過程影響，本文將從以下兩方面對(duì)三峽水庫蓄水運(yùn)行初期對(duì)徑流過程的影響進(jìn)行分析：一是對(duì)三峽水庫蓄水前后，尤其是水庫蓄水運(yùn)行初期年、月徑流變化趨勢(shì)進(jìn)行檢驗(yàn)；二是在分析年、月徑流變化趨勢(shì)的基礎(chǔ)上分析三峽水庫蓄水以來（2003－2010年）出入庫徑流過程變化。

2 三峽水庫蓄水過程及運(yùn)行方式

三峽水庫設(shè)計(jì)正常蓄水位175 m，汛期防洪限制水位145 m，防洪庫容221.5億m3，枯季消落最低水位155 m。根據(jù)初步設(shè)計(jì)階段調(diào)度規(guī)程，初步設(shè)計(jì)階段三峽水庫運(yùn)行水位見圖1所示。

圖1 初步設(shè)計(jì)階段三峽水庫運(yùn)行水位示意圖Fig.1 The operating level of Three Gorges Reservoir at the initial design stage

按照1993年7月國(guó)務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會(huì)批復(fù)，三峽水庫分3個(gè)水位進(jìn)行分期蓄水，即：圍堰擋水發(fā)電期，水位135 m；初期運(yùn)行期，水位組合為135～156 m；正常運(yùn)行期，水位組合為145～175 m。三峽水庫于2003年6月首次蓄水至135m水位，工程進(jìn)入圍堰擋水發(fā)電期，11月5日蓄水至139 m水位，汛期按135 m水位運(yùn)行，枯季按139 m水位運(yùn)行。2006年9月20日三峽水庫開始汛后蓄水，10月28日蓄水至156 m，工程進(jìn)入初期運(yùn)行期，汛期按144～145 m運(yùn)行。2008年，大壩、電站廠房、船閘已全部完建，發(fā)電機(jī)組全部投入使用，提前1年具備蓄水至175 m水位的條件。經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，2008年汛末進(jìn)行175 m試驗(yàn)性蓄水，9月28日開始蓄水，11月10日庫水位最高蓄至172.80 m。

遵照國(guó)務(wù)院批復(fù)的《三峽水庫優(yōu)化調(diào)度方案》（2009年10月）和《三峽工程2009年試驗(yàn)性蓄水方案》，2009年三峽水庫汛末蓄水時(shí)間提前至9月15日開始試驗(yàn)性蓄水。但由于蓄水期間（9－10月），上游來水偏少，同時(shí)中下游湖南、江西等省旱情嚴(yán)重，為緩解中下游干旱情勢(shì)，三峽水庫加大下泄流量［3］。11月24日蓄至最高水位171.43 m，三峽水庫原定的試驗(yàn)性蓄水175 m未能完成。

考慮2008年和2009年三峽水庫試驗(yàn)蓄水均未蓄至175 m，經(jīng)長(zhǎng)江防總認(rèn)真研究和慎重考慮后，結(jié)合三峽水庫入庫泥沙觀測(cè)數(shù)據(jù)以及中下游9－11月期間的最小徑流要求等，在《三峽水庫優(yōu)化調(diào)度方案》和國(guó)家防總批復(fù)的《三峽－葛洲壩水利樞紐2010年汛期調(diào)度運(yùn)用方案》的基礎(chǔ)上審查通過了《三峽工程2010年175米試驗(yàn)性蓄水實(shí)施計(jì)劃》（以下簡(jiǎn)稱《實(shí)施計(jì)劃》），該《實(shí)施計(jì)劃》已獲國(guó)家防總批復(fù)（國(guó)汛［2010］10號(hào)）?！秾?shí)施計(jì)劃》規(guī)定2010年蓄水起始時(shí)間將由9月15日提前至9月10日。因此在2010年，三峽水庫汛末蓄水時(shí)間為9月10日，至10月26日蓄水至水位175 m。

3 徑流過程長(zhǎng)期變化趨勢(shì)

采用改進(jìn)的Mann-Kendall［4］檢驗(yàn)方法TFPW（Trend-Free Per-Whitening）-MK檢驗(yàn)法［5，6］，對(duì)徑流序列變化趨勢(shì)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，顯著水平α取0.1，詳細(xì)方法及計(jì)算步驟請(qǐng)參見文獻(xiàn)［6］。為檢驗(yàn)三峽水庫蓄水運(yùn)行后對(duì)徑流變化趨勢(shì)的影響，本文對(duì)觀測(cè)的徑流序列進(jìn)行分階段考慮，分別是蓄水前1953－2002年50 a徑流序列和1953－2010年增加蓄水后的徑流序列。

3.1 1953－2002年序列變化趨勢(shì)

在三峽水庫初次蓄水之前，寸灘、武隆、宜昌水文站年徑流變化趨勢(shì)有以下特點(diǎn)：

（1）3個(gè)水文站點(diǎn)的年平均流量變化趨勢(shì)不顯著，說明寸灘站、武隆站及宜昌站在1953－2002年流量序列的變化不明顯。

（2）從各月平均流量來看：寸灘站各月平均流量均沒有顯著性增加，月平均流量顯著性減少的主要是10月和11月（其中10月份的平均流量變化趨勢(shì)見圖2（b），圖中實(shí)趨勢(shì)線是1953－2010年相應(yīng)變化趨勢(shì)線，虛趨勢(shì)線是1953－2002年相應(yīng)變化趨勢(shì)線，下同）；武隆站各月平均流量顯著增加的主要是1－3月（2月份見圖3（a）），顯著減少的主要是5月（見圖3（b））；宜昌站各月平均流量顯著增加的主要是2月和3月（3月份見圖4（a）），各月平均流量均無顯著減少趨勢(shì)。

圖2 寸灘站部分月份平均流量變化趨勢(shì)圖Fig.2 Trend of variations ofmonthly average flow at Cuntan station in February and October

圖3 武隆站部分月份平均流量變化趨勢(shì)圖Fig.3 Trend of variations ofmonthly average flow atW ulong station in February and M ay

3.2 1953－2010年序列變化趨勢(shì)

將研究的徑流序列延長(zhǎng)至2010年，即增加三峽水庫蓄水以后的徑流序列。寸灘、武隆、宜昌站流量出現(xiàn)以下變化趨勢(shì)：

（1）三峽水庫上游寸灘站年平均流量明顯減少，下游宜昌站年平均流量減小趨勢(shì)也明顯（見圖5）。2003－2010年宜昌站多年平均流量較宜昌2002年以前50 a多年平均流量減少9%。年均流量減少的主要原因是由氣候及上游大型水利工程的建設(shè)引起的［7］。

（2）從各月流量變化來看：總的趨勢(shì)是枯季平均流量增加，汛期平均流量減少。寸灘站1－3月流量顯著增加，（2月份見圖2（a）），10和11月顯著減少（10月份見圖2（b））；武隆站1－3月流量顯著增加（2月份見圖3（a）），這種變化在一定程度上受到長(zhǎng)江上游地區(qū)已建水庫的蓄水運(yùn)行影響，5月流量顯著減少（見圖3（b））。宜昌站流量1－4月平均流量顯著增加（3月份見圖4（a）），10和11月則顯著減少（11月份見圖4（b））。

對(duì)比1953－2002年和1953－2010年這2個(gè)系列的趨勢(shì)分析結(jié)果，可以看出，2003年以來長(zhǎng)江上游徑流量減少明顯，這與該地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)的幾個(gè)枯水年份有關(guān)。

3.3 2003－2010年期間徑流變化

根據(jù)三峽水庫調(diào)度規(guī)程，三峽水庫5－6月泄水至汛期水位，9－11月蓄水至正常水位。表1給出2003－2010年寸灘、武隆、宜昌站的徑流變化統(tǒng)計(jì)，其中，當(dāng)增減百分率大于10%認(rèn)為徑流增加明顯，反之當(dāng)增減百分率小于10%時(shí)則認(rèn)為減少明顯［4］。

圖4 宜昌站部分月份平均流量變化趨勢(shì)圖Fig.4 Trend of variations ofmonthly average flow at Yichang station in M arch and November

圖5 寸灘宜昌站多年年平均流量變化趨勢(shì)Fig.5 Trend of variations of yearly average flow at Cuntan station and Yichang station

表1 2003－2010年徑流變化統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of yearly runoff during the operation period from 2003 to 2010

如表1所示，3個(gè)水文站枯季徑流均呈增加趨勢(shì)，其中寸灘站、宜昌站流量增加最為顯著；而汛期徑流則呈減小趨勢(shì)，其中武隆站、宜昌站流量顯著減??；三峽水庫蓄水期，宜昌站流量顯著減小。

4 三峽水庫蓄水運(yùn)行期出入庫徑流過程分析

4.1 建設(shè)過程中蓄水對(duì)徑流過程的影響

（1）2003年三峽水庫開始圍堰擋水初期蓄水發(fā)電，水庫運(yùn)行水位為135～139 m。2003年開始蓄水至水位135 m期間，壩址以上流域沒有出現(xiàn)大的洪水過程。三峽入庫流量（寸灘站與武隆站的觀測(cè)流量之和，以下所指相同）的最大值16 416 m3／s，最小入庫流量8 928 m3／s；三峽水庫下泄流量（宜昌站觀測(cè)流量）最小為2 570 m3／s。初次蓄水至135 m期間的蓄水過程中，最大減泄流量達(dá)12 810 m3／s，平均減泄流量為8 909.7 m3／s。

（2）2006年10月開始三峽水庫進(jìn)行初期運(yùn)用，壩前水位為144～156 m。從2006年9月20日開始蓄水至10月27日期間，從三峽水庫出入庫流量變化來看，最大減泄流量達(dá)10 669 m3／s，蓄水期間平均減泄流量為2 844.8 m3／s，其中9月20日至10月16日平均減泄流量達(dá)4 300 m3／s。

（3）2007年三峽主體工程澆筑接近完畢，三峽水庫蓄水以來第一次實(shí)現(xiàn)了完整的運(yùn)行年。該年平均流量為12 758 m3／s，較多年平均減少7%，為平水枯水年。下面根據(jù)三峽水庫2007年出入庫流量數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析水庫運(yùn)行的減泄和增泄過程（2007年各月出入庫徑流變化見圖6）。

①2007年1－4月，從出入庫流量之差來看，以放水發(fā)電為主，增泄流量平均為985.7 m3／s，其中下泄主要集中在2－4月，4月末下泄量較大，最大增泄流量達(dá)4 438 m3／s。

圖6 2007年各運(yùn)行期出入庫徑流過程變化Fig.6 Changes of inflow and outflow runoff process during the operation in 2007

②5－6月份期間，因騰空防洪庫容需要，壩前庫水位開始由156 m逐漸下降至144 m，相應(yīng)下泄流量將加大，下泄流量增加明顯，最大出入庫流量差值為14 789 m3／s，平均增泄流量為3 202.6 m3／s。6月下旬增泄流量較大，平均增泄流量達(dá)5 000 m3／s以上。

③7－9月份，壩前水位控制在144 m以下，當(dāng)壩前水位低于144 m時(shí)，三峽水庫就適當(dāng)蓄一些水，反之則適當(dāng)多放一些水，因此三峽水庫出庫流量相對(duì)于入庫流量來說，增減不一。

④自9月末開始，三峽水庫開始由144 m蓄水至156 m，10月上中旬，水庫蓄水的減泄流量明顯，最大減泄流量7 836 m3／s，10月份全月平均減泄流量為2 045.8 m3／s，其中在10月1日至10月20日期間平均減泄流量接近3 000 m3／s。10月份之后，三峽水庫蓄水完成，水庫有蓄有泄，日幅度變化較小。

4.2 2008－2010年試驗(yàn)性蓄水運(yùn)行對(duì)徑流過程的影響

4.2.1 2008年出入庫徑流過程變化

三峽水庫自9月28日開始蓄水，蓄水過程分為2個(gè)階段：第一階段9月28日至10月5日，此階段三峽水庫蓄水至156 m，最大減泄流量是13 123 m3／s，平均減泄流量為7 120 m3／s，平均下泄流量為17 376 m3／s。10月5－17日，三峽水庫按照不超過156 m控制，此期間平均入庫流量為15 264 m3／s，下泄流量為15 180 m3／s。第二階段為10月17日至11月4日，由于10月28－30日出現(xiàn)持續(xù)降雨過程導(dǎo)致上游漲水而調(diào)整蓄水進(jìn)度，水庫于11月4日蓄水至172.80 m，期間水庫減泄流量明顯，日最大減泄流量為7 144 m3／s（見圖7）。

圖7 2008年蓄水期出入庫徑流過程變化Fig.7 Changes of inflow and outflow runoff process during the impoundment in 2008

4.2.2 2009年出入庫徑流過程變化

9月15日開始蓄水，起蓄水位145.87 m，待蓄水量217億m3。2009年各月出入庫徑流變化見圖8。

（1）1－6月，三峽水庫以泄水為主，最大增泄流量為8 341 m3／s，平均增泄流量為2 077 m3／s。

（2）2009年汛期是三峽水庫具備正常運(yùn)行期運(yùn)行條件以來的首次防洪運(yùn)用，三峽水庫按照汛期145～155 m調(diào)節(jié)徑流。就8月上旬的一場(chǎng)洪水而言，入庫流量為55 898 m3／s，出庫流量為38 868 m3／s，削峰17 030 m3／s，削峰率為30%，通過攔蓄洪水減輕了長(zhǎng)江中下游的防洪壓力。

（3）由于2008年三峽水庫通過了172.80 m高水位的檢驗(yàn)，2009年提前13 d開始蓄水。9月15日至10月31日，三峽水庫平均減泄流量3 562 m3／s，最大減泄流量是12 015 m3／s，10月上、中、下旬平均減泄流量分別為5 138，5 311，1 865 m3／s，平均減泄流量3 923 m3／s。10月31日，三峽水庫已經(jīng)蓄水至171 m，離最高水位僅有4 m。10月份三峽水庫來水偏枯和長(zhǎng)江中下游發(fā)生持續(xù)干旱，10月份平均入庫流量為12 500 m3／s，比多年同期平均值偏少約35%。 10月19日以后三峽水庫加大下泄流量為下游補(bǔ)水，水庫減泄量大幅度減小，11月24日，三峽水庫蓄水至171.43 m水位。

（4）蓄水至171.43 m以后，水庫在高水頭運(yùn)行，枯季對(duì)下游補(bǔ)水，增泄流量較小，基本維持在1 000 m3／s以內(nèi)。

圖8 2009年各運(yùn)行期出入庫徑流過程變化Fig.8 Changes of inflow and outflow runoff process during the operation in 2009

4.2.3 2010年出入庫徑流過程變化

由于前2次試驗(yàn)性蓄水均未蓄水至175 m，為應(yīng)對(duì)上下游來水、需水的不同情況，實(shí)現(xiàn)蓄水175 m目標(biāo)，應(yīng)適當(dāng)增加9月份的蓄水任務(wù)。2010年三峽工程于9月10日開始第3次試驗(yàn)性蓄水，起蓄水位承接前期防洪運(yùn)用水位160.2 m，較2009年起蓄水位提高了15.33 m。2010年各月出入庫徑流變化見圖9。

（1）1－4月，水庫增泄明顯，水庫增泄流量平均值為1 446.5 m3／s。增泄日幅度在2 000 m3／s左右。4月末出現(xiàn)減泄過程，減泄流量約1 000 m3／s。5－6月，水庫依然加大泄水，水庫水位由155 m降低至145 m汛限水位。5月下旬及6月上旬增泄流量較大，平均增泄流量大于4 000m3／s，6月下旬，出入庫流量之差有增有減，6月20日、21日出現(xiàn)一次較大的減泄過程。

（2）2010年7－9月汛期長(zhǎng)江上游發(fā)生較大的洪水，三峽水庫對(duì)長(zhǎng)江上游出現(xiàn)的洪水過程成功實(shí)施攔洪削峰調(diào)度，攔蓄洪水，有效降低了長(zhǎng)江中下游干流沿程水位。有較大洪水來臨時(shí)，水庫減泄流量增加，洪水過后，水庫增泄量增加，增減不一。水庫對(duì)洪水調(diào)節(jié)作用明顯。

（3）2010年9月10日開始蓄水，較2009年提前5 d開始蓄水，2008年提前18 d，10月27日三峽水庫水位首次達(dá)到175 m，蓄水期間平均減泄流量為2 796 m3／s。9月10－14日提前蓄水期間，三峽水庫平均減泄流量為3 298 m3／s，最大減泄流量是7 923 m3／s，蓄水量為14.2億m3。按照長(zhǎng)江防總調(diào)度令，9月15日蓄水至162.96 m，之后庫水位開始逐步回落，9月30日，庫水位達(dá)到162.84 m。10月12日，三峽水庫蓄水至170 m，由于2008年和2009年最高蓄水位均為超過172.80 m，根據(jù)三峽防總調(diào)令，10月15日起，減緩庫水位抬升速度，10月15－27日水庫平均減泄流量為3 703 m3／s，10月27日，水庫成功蓄水至175 m正常蓄水位。

圖9 2010年各運(yùn)行期出入庫徑流過程變化Fig.9 Changes of inflow and outflow runoff process during the operation in 2010

5 結(jié) 論

本文對(duì)寸灘站、武隆站、宜昌站觀測(cè)流量的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，以及三峽水庫蓄水運(yùn)行以來出入庫徑流過程進(jìn)行了分析，認(rèn)識(shí)如下：

（1）三峽水庫入庫年徑流變化不顯著，但是不同月份存在徑流增加或減小趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為汛期徑流減小而枯季增加。宜昌站年徑流在2003年三峽水庫蓄水以前變化不顯著，而將徑流序列延長(zhǎng)至2010年，宜昌站年徑流減小趨勢(shì)顯著。蓄水運(yùn)行后，部分月份徑流變化顯著，表現(xiàn)在三峽水庫蓄水期（10－11月份）減少趨勢(shì)明顯，泄水期（5－6月份）增加趨勢(shì)明顯。

（2）蓄水期三峽水庫對(duì)出入庫徑流調(diào)節(jié)明顯，出庫流量小于入庫流量；枯季出庫流量大于入庫流量；汛期，水庫對(duì)較大洪水進(jìn)行蓄洪調(diào)節(jié)。三峽水庫除9－11月蓄水期以及5－6月加大泄水期對(duì)徑流調(diào)節(jié)較明顯外，其他月份對(duì)徑流調(diào)節(jié)不明顯。

（3）2008年和2009年，三峽水庫進(jìn)行2次試驗(yàn)性蓄水均未蓄水至175 m，2010年三峽水庫提前至9月10日蓄水，較2009年提前5 d，較2008年提前18 d，增加9月份的蓄水任務(wù)，提前減小水庫下泄流量。2010年三峽水庫蓄水過程更加平緩，最大減泄流量為7 923 m3／s，較2009年最大減泄流量減小4 092 m3／s，較2008年減小5 200 m3／s。

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［7］ 李 林，王振宇，秦寧生，等.長(zhǎng)江上游徑流量變化及其與影響因子關(guān)系分析［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2004，19（6）：694－700.（LI Lin，WANG Zhen-yu，QIN Ningsheng，et al.Analysis of the Relationship Between Runoff Amount and Its Impacting Factor in the Upper Yangtze River［J］.Journal of Natural Resources，2004，19（6）：694－700.（in Chinese） ）

（編輯：曾小漢）

Im pact of the Impoundment of Three Gorges Reservoir on Runoff Process

PANG Shu-sen1，XU Ji-jun1，XU Yang2
（1.Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Three Gorges Cascade Dispatching and Communication Center，Yichang 443133，China）

On the basis of hydrologic data at upstream and downstream stations of Three Gorges Reservoir（TGR）before and after the impoundment，significance testwas performed on the trend of long-term flow variation observed at Cuntan station，Wulong station，and Yichang station by TFPW-MKmethod.The impactof TGR impoundmenton runoff processwas also comparatively analyzed.Results revealed that no evident impact on the runoff process was found，while the yearly runoff processwas somehow influenced.The discharge volume from December to next June was larger than natural runoff，while was reduced remarkably from September to November with a maximum decrease of12 015 m3／s in 2009.Having been optimized by the impoundment scheme at the end of flood season，the maximum decrease of discharge volume fell to 7 923 m3／s.

Three Gorges Reservoir；runoff trends；impoundment at the end of flood season；analysis of runoff process

TV213.9

A

1001－5485（2011）12－0118－07

2011-10-20

水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)（201101004）

龐樹森（1986-），男，山東臨沂人，碩士研究生，主要從事水文預(yù)報(bào)等方面研究，（電話）027-82828101（電子信箱）pshusen＠163.com。