大通河跨流域引水和梯級(jí)水電站建設(shè)對(duì)徑流的影響分析

李小榮

(甘肅省蘭州水文水資源勘測(cè)局，甘肅 蘭州 730000)

大通河跨流域引水和梯級(jí)水電站建設(shè)對(duì)徑流的影響分析

李小榮

(甘肅省蘭州水文水資源勘測(cè)局，甘肅 蘭州 730000)

大通河是黃河上游支流—湟水的最大一級(jí)支流，流域呈狹長地帶，地形西北高，東南低，干流全長560.7 km，天然落差2 793 m，流域面積15 130 km2，占湟水流域總面積的46%。運(yùn)用1956～2015年60年實(shí)測(cè)流域長系列水文資料，對(duì)黃河流域上游湟水水系的大通河徑流量變化特征分析，結(jié)果顯示，大通河流域近20 a徑流量總體呈衰減趨勢(shì)，天堂～享堂站徑流量隨河長及集水面積增加而減小，水資源開發(fā)利用影響自上游至下游逐漸顯著。而梯級(jí)電站對(duì)對(duì)流域洪水過程影響較大，人為蓄放水，使天然的洪水過程由平穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯×易兓癄顟B(tài)，對(duì)局部河段的沖刷作用加劇，對(duì)河床和兩岸的穩(wěn)定性以及下游河段防洪造成一定的影響。水資源密集開發(fā)等人類活動(dòng)使大通河中下游河段生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)破碎化、片斷化發(fā)展趨勢(shì)。研究結(jié)果可為最大限度地減輕人類活動(dòng)對(duì)河流特性、自然生態(tài)的影響提供基礎(chǔ)依據(jù)。

跨流域引水；梯級(jí)水電站；徑流影響；大通河

隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源需求的加大，梯級(jí)電站的建成運(yùn)行，特別是在西北缺水地區(qū)，實(shí)施跨流域調(diào)水解決水資源供需矛盾，對(duì)河流水資源的時(shí)空分布規(guī)律產(chǎn)生了很大影響，使河流水量減少，甚至斷流。因此，開展大通河流域水資源開發(fā)對(duì)河流特性的影響分析，引起社會(huì)及有關(guān)部門的重視，最大限度地減輕人類活動(dòng)對(duì)河流特性、自然生態(tài)的影響。

1 流域概況及水資源開發(fā)利用

大通河是黃河上游支流—湟水的最大一級(jí)支流，發(fā)源于青海省天峻縣托勒南山，自西北向東南流經(jīng)青海省的天峻、祁連、剛察、海晏、門源、互助、樂都、民和以及甘肅省的天祝、永登、紅古等11個(gè)縣(區(qū))，在青海省民和縣享堂鎮(zhèn)附近流入湟水。流域呈狹長地帶，地形西北高，東南低，干流全長560.7 km，天然落差2 793 m，流域面積15 130 km2，占湟水流域總面積的46%。干流兩岸支流呈羽毛狀水系，上游主要支流有唐莫日曲、可可賽河、娘姆作溝、拉巴曲、武松塔拉河、薩拉溝、萊斯圖曲、永安西河；中游主要有老虎溝、討拉溝河、塔里花溝、珠固寺溝、浪士當(dāng)溝、扎龍溝、金沙峽、水磨溝等；下游河段無較大支流匯入。大通河流域水電開發(fā)起始于上世紀(jì)九十年代末，建成跨流域調(diào)水工程2處，分別為引大入秦和引硫濟(jì)金工程，至2015年已建成梯級(jí)電站42座，總裝機(jī)容量676.1 MW，其中干流上28座、支流上14座。

大通河流域干流從上到下分布有青石嘴、天堂、連城(二)、享堂(三)水文站，其中青石嘴、天堂、享堂(三)三站為上、中、下游控制站。測(cè)站基本信息見表1。

表1 大通河水文站基本信息表

2 徑流影響分析

2.1 徑流統(tǒng)計(jì)

選取青石嘴、天堂、連城(二)、享堂(三)4個(gè)水文站，采用1956～2015年共60年實(shí)測(cè)和插補(bǔ)延長系列分析研究大通河流域年徑流變化特征。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，青石嘴、天堂、連城(二)、享堂(三)水文站多年平均徑流量分別為17.61億 m3、24.20億 m3、26.47億 m3、27.41億 m3；近20年平均徑流量分別為16.20億 m3、25.44億 m3、24.50億 m3、24.41億 m3。比較可見，近20 a徑流量總體呈衰減趨勢(shì)，除青石嘴～天堂上下游水量平衡外，天堂～享堂上下游徑流量隨河長及集水面積增加而減小。分析結(jié)果見表2。

表2 大通河流域代表站年徑流量特征值表

對(duì)年徑流量極值統(tǒng)計(jì)分析，最大值均出現(xiàn)在上世紀(jì)九十年代之前，最小值除青石嘴和天堂站出現(xiàn)在1979年外，連城(二)和享堂站均出現(xiàn)在90年代后?？梢钥闯?，近20 a來徑流量呈減小趨勢(shì)，水資源開發(fā)利用自上游至下游影響逐漸顯著。

點(diǎn)繪天堂、連城(二)站徑流量年際變化及累積值相關(guān)曲線，見圖1，可見：上下游徑流量年際變化趨勢(shì)基本一致，1994年為徑流量減小的跳躍點(diǎn)。自引大入秦工程1994年建成引水后，連城(二)站年徑流量開始減少，1996—2015年平均徑流量24.50億 m3，比1958—1995年平均徑流量26.67億 m3減少了8.1%。

圖1 徑流量年際變化及累積值相關(guān)圖

2.2 跨流域引水對(duì)徑流的影響

引大入秦和引硫濟(jì)金跨流域引水工程對(duì)下游水量影響較大，其中3月份影響最大。青石嘴、天堂、連城三站3～8月份隨著河流來水量增加影響減小，9月份以后又隨著河流來水量減少影響增大。年內(nèi)分配上，跨流域引水工程使青石嘴站3～11月平均流量減少0.6%～9.6%，天堂站3～11月平均流量減少0.5%-3.8%，連城(二)站3～11月平均流量減少1.7%～52.9%。大通河工程引水量對(duì)代表站流量的影響見表3。

表3 大通河工程引水量與代表站流量對(duì)照表

2.3 梯級(jí)電站對(duì)洪水過程的影響

點(diǎn)繪水電站建設(shè)前、中、后期代表站天堂、連城(二)站的典型洪水過程見圖2，從圖2可知，水電站建設(shè)前1990年洪水過程變化相當(dāng)平穩(wěn)；到2005年建成水電站11座，代表站的洪水過程總體較為平穩(wěn)，局部時(shí)段受電站蓄放水影響呈現(xiàn)陡漲陡落的特征，漲落頻次增多；至2015年已建成水電站42座，代表站的洪水過程變化十分劇烈，峰形呈現(xiàn)鋸齒狀。

圖2 典型洪水過程線圖

水電站修建前大通河流域的洪水主要由暴雨形成，流域狹長，對(duì)洪水起到調(diào)蓄作用，天然的洪水過程平穩(wěn)有序。由于梯級(jí)電站的迅速開發(fā)，使河流的水情變化加劇，梯級(jí)水電站群無序蓄放水，使河流洪水過程極不穩(wěn)定，呈現(xiàn)陡漲陡落

的急劇變化態(tài)勢(shì)，特別是上游發(fā)生特殊水情時(shí)，電站同時(shí)提閘泄水，致使自然洪峰與人工洪峰疊加，對(duì)下游地區(qū)的防洪安全產(chǎn)生極大威脅?？菟陔娬拘钜率购拥罃嗔?，河床外露，洪水期又加大泄洪，對(duì)河道的間歇性沖刷嚴(yán)重，影響河道的穩(wěn)定性，對(duì)防洪產(chǎn)生不利影響。

2.4 水資源開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

大通河流域水資源密集開發(fā)，形成多段的減水河段和斷水河段，部分河段斷流長度達(dá)到3～4 km，分段阻隔了大通河中下游生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性，導(dǎo)致大通河中下游工程引水樞紐以下河段生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)破碎化、片斷化。受淹沒、斷流、水環(huán)境污染、河道采砂采石、水資源量減少等影響，河流中的水生物和兩岸的植物嚴(yán)重萎縮，部分保護(hù)區(qū)森林植被、自然景觀受到一定影響，產(chǎn)生次生地質(zhì)災(zāi)害。

3 結(jié)語

(1)大通河流域近20年徑流量總體呈衰減趨勢(shì)，天堂～享堂站徑流量隨河長及集水面積增加而減小，水資源開發(fā)利用影響自上游至下游逐漸顯著。

(2)梯級(jí)電站對(duì)對(duì)流域洪水過程影響較大，人為蓄放水，使天然的洪水過程由平穩(wěn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯×易兓癄顟B(tài)，對(duì)局部河段的沖刷作用加劇，對(duì)河床和兩岸的穩(wěn)定性以及下游河段防洪造成一定的影響。

(3)水資源密集開發(fā)等人類活動(dòng)使大通河中下游河段生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)破碎化、片斷化發(fā)展趨勢(shì)。

[1]李麗娟,張勃.甘肅省各地區(qū)相對(duì)資源承載力及可持續(xù)發(fā)展研究[J].冰川凍土.2011.

[2]牛最榮,趙文智,陳學(xué)林,等.黑河流域中西部子水系水資源分布特征研究[J].冰川凍土.2010.

[3]楊濤,惠秀娟,許云峰.用于流域管理的河流水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)初探[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué).2009.

[4]牛最榮,陳學(xué)林,王學(xué)良.白龍江干流代表站徑流變化特征及未來趨勢(shì)預(yù)測(cè)[J].水文.2015.35(5).

[5]陳學(xué)林,王學(xué)良,景宏.白龍江流域代表站氣溫、降水、蒸發(fā)、輸沙率變化特征分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì).2017(1).

Analysis of the Impact of Inter-basin Water Diversion and Cascade Hydropower Stations Construction of Datong River on Runoff

LI Xiao-rong

(Lanzhou hydrology and Water Resources Survey Bureau of Gansu Province,Gansu Lanzhou,730000)

The Datong River is the largest tributary of Huangshui which is the upper reaches of the Yellow River. The basin is in the narrow area, the northwest of the terrain is high, while the southeast is low and the total length is 560.7km, the natural gap is 2 793 m, the basin area is 15 130 km2, accounting for 46% of the total area of Huangshui. Based on the hydrological data of the 60 years from 1956 to 2015, this paper analyzes the characteristics of the runoff of the Datong River which belongs to the Huangshui water system in the upper reaches of the Yellow River Basin, the results show that the runoff of the Datong River Basin in the upper reaches of the Yellow River Basin has been declining in the past 20 years. The runoff of Tian Tang to Xiang Tang decreases with the increase of river length and catchment area, and the influence of water resources development and utilization is gradually significant from upstream to downstream. The cascade hydropower station has a great influence on the flood process, and artificial saving or discharging water changes a steady state into a violent state, intensifies the erosion of some parts, and causes a certain impact on the stability of the river bed, the two sides and flood control in downstream. Intensive development of water resources and other human activities make the ecological environment of the middle and lower reaches of Datong River show fragmented and fragmented development trend. The results of the study can provide the basis for the maximum reduction of human activities on river characteristics and natural ecology.

inter-basin water diversion; cascade hydropower station; impact on runoff; Datong River

2017-04-10

李小榮(1973-)，男，甘肅蘭州人，工程師，主要從事站網(wǎng)規(guī)劃、水文分析計(jì)算、水資源研究等工作。

TV121+.4

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1004-1184(2017)04-0134-03