近20年三峽水庫壩下水沙情勢變化特征及趨勢分析
——以黃陵廟水文站為例

何恩佩，馬茂華，陳吉龍，易雪梅，黃遠洋，吳勝軍*

（1.中國科學院 重慶綠色智能技術研究院，重慶 400714；2.中國科學院大學，北京 100049）

□研究論文

近20年三峽水庫壩下水沙情勢變化特征及趨勢分析
——以黃陵廟水文站為例

何恩佩1，2，馬茂華1，陳吉龍1，易雪梅1，黃遠洋1，吳勝軍1*

（1.中國科學院 重慶綠色智能技術研究院，重慶 400714；2.中國科學院大學，北京 100049）

基于1996-2014年黃陵廟水文站流量與含沙量數(shù)據(jù)，對三峽水庫壩下流量及含沙量年內(nèi)與年際變化特征、相關關系與變化趨勢進行了初步分析。研究發(fā)現(xiàn)，1996-2014年黃陵廟水文站流量峰值以每年610 m3·s-1的速度下降 （P＜0.05），谷值平均以每年146 m3·s-1的速度上升 （P＜0.01），蓄水后全年平均流量下降了8.0%。全年平均含沙量在蓄水后減少了90.0%，受到三峽工程施工與蓄水的影響，含沙量在研究時間段內(nèi)先增加后減小，呈二次指數(shù)變化規(guī)律 （P＜0.01）。蓄水前流量與含沙量月均值呈線性關系 （P＜0.01），Pearson相關系數(shù)為0.941 （P＜0.01），蓄水后呈指數(shù)型關系 （P＜0.01），相關系數(shù)為0.766 （P＜0.01）。GM （1，1）模型預測結果顯示，2016-2025年均流量下降率為2.0%，模型平均誤差率為0.091；年均含沙量下降率為34.6%，模型平均誤差率為0.179。

黃陵廟水文站；三峽水庫；流量；含沙量；灰色模型GM （1，1）

三峽工程開始于20世紀90年代，是迄今為止世界上建筑規(guī)模最大的水利樞紐工程，一方面充分利用水資源，發(fā)揮出防洪、發(fā)電、通航等重要作用[1]，另一方面也對長江中下游河段的環(huán)境、氣候和水沙情勢等帶來一系列影響[2-4]。自2003年三峽水庫蓄水以來，庫區(qū)內(nèi)泥沙淤積，嚴重影響水庫有效庫容與使用壽命[5]。同時，出庫水含沙量大幅下降，導致大壩下游河道發(fā)生長時間、長距離的河床沖刷與再造床作用[6]，引發(fā)長江兩岸崩塌、滑坡、河岸下陷等次生災害[7-8]。由于壩下水沙情勢的改變，荊江三口分流分沙、長江中下游河流情勢與洪水行進規(guī)律乃至江湖關系也發(fā)生相應變化[9-10]，并進一步影響長江三角洲的沖淤演化以及長江入?？谖镔|(zhì)交換與能量的平衡過程[11]。因此，研究三峽水庫壩下水沙情勢對于長江中下游河岸帶次生災害防護、泄洪能力預測、水生以及近岸動植物生境保護，長江三角洲的綜合治理都具有重要意義。

本文以黃陵廟水文站水文泥沙監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，探討三峽水庫壩下水沙情勢變化特征及趨勢。黃陵廟水文站于1997年正式運行，該站位于葛洲壩水庫常年回水區(qū)的一個順直微彎河段中，在三斗坪下游距三峽壩址約6 km，距離葛洲壩上游約31 km，是三峽水利樞紐的出庫水文觀測站[12]。作為三峽水庫出庫水流經(jīng)的第一站，從大壩至該站點無其他支流影響，黃陵廟水文站的觀測數(shù)據(jù)直接反映了三峽水庫出庫水的相關特征[3]。分析、預測黃陵廟水文站流量與含沙量的變化特征，有利于預判長江中下游干流與支流的水沙變化情況，揭示長江中下游新的江湖關系與水沙平衡狀態(tài)，為該區(qū)域內(nèi)水生及近岸動植物生境變化研究提供基礎數(shù)據(jù)，為河道整治與防洪工程建設提供參考資料，對維持區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[13]。

1 材料與方法

本文數(shù)據(jù)主要來源于由中國環(huán)境監(jiān)測總站主編，中華人民共和國環(huán)境保護部發(fā)布的 《長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測公報 （1997-2015）》。采用SPSS軟件，對黃陵廟水文站流量及含沙量與時間變量進行回歸分析，利用相關系數(shù)最大的原則選取回歸方程，分析流量及含沙量月均值與年均值的時間序列變化特征。并在此軟件平臺上，利用回歸分析與Pearson相關分析方法對黃陵廟水文站流量與含沙量時間序列進行相關分析。最后，利用鄧聚龍教授在1982年提出的灰色理論[14]，建立GM （1，1）模型，對以上兩者進行預測。

2 結果與分析

2.1 1996年至2014年黃陵廟位置流量及含沙量變化特征

2.1.1 年內(nèi)變化特征

如圖1所示，三峽水庫出庫水各月年平均流量及沙量年內(nèi)分布不均，具有夏季高、冬季低的特點，黃陵廟水文站冬季流量小，穩(wěn)定在5 000 m3·s-1左右。4月至7月流量逐漸增加至峰值29 000 m3·s-1左右，其中7、8、9月流量最大，合計占全年流量的40.0%，與同期降雨量占比相同，流量隨后再逐漸下降，12月降至 5 000 m3·s-1左右。

在1996-2014年間，含沙量也呈現(xiàn)出年內(nèi)分布不均的特征，且較流量更為突出。12月至次年3月，含沙量穩(wěn)定在0.100 kg·m-3以下，4月至7月快速增加到4.000 kg·m-3左右。含沙量與流量都在7月達到峰值。但與流量在7、8、9月都維持在較高水平不同的是，含沙量在7月達到峰值 （約4.000 kg·m-3）之后便快速下降，8月就下降到峰值一半的水平 （約2.000 kg·m-3），并持續(xù)下降到12月，達到谷值（低于0.100 kg·m-3）。多年平均流量峰值能達到谷值的40倍，年內(nèi)分布極不均勻。

圖1 平均流量與平均含沙量年內(nèi)分布圖Fig.1 The distribution map of monthly averaged flow rate and sediment concentration within a year

黃陵廟水文站是三峽水庫出庫水流經(jīng)的第一個水文站，其監(jiān)測數(shù)據(jù)受到三峽水庫蓄水的直接影響。分析其變化規(guī)律，可以反映三峽工程對于出庫水流量及含沙量的影響。本文選取三峽工程首次蓄水年份（2003年）作為時間節(jié)點，對比蓄水前 （1996-2002年）與蓄水后 （2004-2014年）多年平均流量及含沙量的年內(nèi)變化情況 （圖2）。其中，1999年三峽工程進行了大規(guī)?；炷翝仓?，全年澆筑混凝土458.5萬立方米，創(chuàng)下了世界水電工程建設的新紀錄。當年含沙量年均值達到13.345 kg·m-3，是歷年平均值的20倍以上；當年7月份含沙量達到峰值64.900 kg·m-3，是同期均值的40倍以上，偏離正常值，因此在分析時剔除了1999年含沙量數(shù)據(jù)。

圖2顯示流量與含沙量在蓄水前后，年內(nèi)分布變化趨勢大致一致，夏季高、冬季低的特點并未改變。但在6月至11月，當流量高于全年平均水平時，蓄水后平均流量低于蓄水前，而在12月至次年5月，當流量低于全年平均水平時，蓄水后平均流量高于蓄水前。從整體來看，蓄水前年內(nèi)流量均值為13 677 m3·s-1，蓄水后為12 554 m3·s-1，水庫攔蓄使得黃陵廟水文站平均流量凈減少約1 123 m3·s-1，占蓄水前全年平均流量的8.0%左右。

黃陵廟水文站含沙量情況在蓄水前后變化較大。蓄水前，含沙量年內(nèi)變化幅度較大，含沙量谷值為0.030 kg·m-3左右，峰值能達到1.600 kg·m-3左右，相差53倍。蓄水后，從11月到次年5月，含沙量都在0.010 kg·m-3以下，“清水”狀態(tài)長達7個月。即使在7月達到峰值時，也只有0.183 kg·m-3，不到蓄水前同期的1/8。從整體來看，黃陵廟水文站蓄水前年內(nèi)含沙量均值為0.492 kg·m-3，蓄水后為0.046 kg·m-3，不到蓄水前的1/10。三峽水庫出庫水含沙量的大幅減小，壩下徑流為滿足其攜沙能力，需沖刷河床來適應新的水沙條件[15]。長江中下游干流河床將會加深，河道展寬，擺動性增強，河床再造作用明顯。一方面，河道下切可提高河道的抗洪能力，對防洪有利，但另一方面會加速河道的側切，增加堤岸崩塌的危險，引發(fā)長江中下游河道不穩(wěn)定等一系列問題[16]。

圖2 平均流量與平均含沙量蓄水前后對比圖Fig.2 Comparison of monthly averaged flow rate,sediment concentration before and after water storage

2.1.2 年際變化特征

從黃陵廟水文站1996-2014年流量和含沙量的月均值時間序列圖 （圖3）中可以看出，在該時間段內(nèi)，月均流量以一年為周期在4 000~50 000 m3·s-1之間進行寬幅震蕩。其峰值出現(xiàn)在夏季，谷值出現(xiàn)在冬季，這與上文所提到的年內(nèi)分布規(guī)律相符合。圖中1998年與2012年出現(xiàn)流量峰值異常偏高，而在2006年與2011年又出現(xiàn)異常偏低的現(xiàn)象。根據(jù) 《長江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測公報 （1997-2015）》內(nèi)容顯示，1998年與2012年長江流域出現(xiàn)由暴雨引發(fā)的特大洪水，推測其為流量峰值正向偏離的主要原因。而在2006年，三峽庫區(qū)氣溫異常偏高，降水量顯著偏少，重慶地區(qū)遭遇特大干旱。同年三峽工程進行了二期蓄水，壩前水位蓄至156 m，緩解了庫區(qū)枯水問題，但出庫水流量大幅降低。2011年，長江中上游汛期降水較少，中上游來水偏枯。同年三峽水庫實施了四次抗旱補水，滿足通航及庫后用水需求，但出庫水流量仍然較往年同期異常偏低。

剔除上述異常值后，對研究時間段內(nèi)歷年的峰值和谷值進行線性擬合，結果如下：

式中：Q和S分別代表流量與含沙量，t為時間 （單位：年）。（1）式中代表的年內(nèi)流量峰值具有顯著下降趨勢，下降速度約為每年610 m3·s-1，，占全年均值的4.5%。（2）式中代表的年內(nèi)流量谷值具有顯著上升趨勢，上升速度約為每年146.000 kg·m-3，占全年均值的1.1%。峰值雖然具有明顯下降趨勢，但波動大，觀測值偏離程度較大；谷值上升平穩(wěn)，波動小，其擬合程度更好，解釋度更高?？傮w來看，1996-2014年有峰值降低，谷值上升的趨勢，平均流量的波動范圍不斷收窄，變率減小。根據(jù)獨立樣本的t檢驗結果，蓄水前后月均流量無顯著性差異 （P＞0.05）。

在研究時間段內(nèi)，含沙量在2003年三峽水庫蓄水后下降明顯。1999年，受到三峽工程施工影響，其峰值異常偏高。剔除異常值后發(fā)現(xiàn)，其峰值在蓄水前圍繞平均值1.660 kg·m-3波動，蓄水后平均值降為0.287 kg·m-3，且波動較大。蓄水前，峰值出現(xiàn)時間多集中在7月，蓄水后則分散在7、8、9月。而谷值在蓄水前圍繞0.030 kg·m-3窄幅變化，蓄水后則穩(wěn)定在0.003 kg·m-3左右，下降為蓄水前的1/10?？傮w來看，含沙量受三峽水庫蓄水影響，顯著下降。根據(jù)獨立樣本的t檢驗結果，蓄水前后月均含沙量具有顯著差異 （P＜0.01）。

圖3 1996至2014年流量及含沙量月均值時間序列圖Fig.3 Time sequence of monthly averaged flow rate and sediment concentration during 1996 to 2014

圖4 為黃陵廟水文站流量及含沙量年均值的變化情況。受2003年三峽工程一期蓄水影響，流量年均值異常偏低。除1999年三峽工程混凝土澆筑含沙量異常偏高外，含沙量呈現(xiàn)出明顯下降趨勢，2008-2014年三峽水庫進行175 m試驗性蓄水后，含沙量保持在較低水平。剔除異常值后，根據(jù)散點圖從線性、乘冪、指數(shù)、對數(shù)、多項式等回歸方程中選擇相關系數(shù)最大的回歸方程如下：流量：Q=-66t+145610（R2=0.020，P=0.264＞0.01）（3）

含沙量： S=exp（-248272+248t-0.06t2）（R2=0.904，P=0.000＜0.01） （4）

其中式 （3）流量年均值下降趨勢不顯著。三峽水庫的調(diào)度運行，在一定程度上對流量有 “削峰填谷”的作用，使徑流在年內(nèi)分布更加均勻，但在年際均值上影響并不顯著。含沙量在1996-2014年時間段內(nèi)呈現(xiàn)二次指數(shù)型變化規(guī)律，前期增加，后期減小，隨著時間增加，其下降趨勢逐漸減緩。推測其原因可能是三峽水庫在多年水文循環(huán)波動過程中，泥沙淤積與沖刷達到平衡，波動逐漸變小。

圖4 1996至2014年流量及含沙量年均值時間序列圖Fig.4 Time sequence of annually averaged flow rate and sediment concentration during 1996 to 2014

2.1.3 流量與含沙量的相關性

對1996-2014年 （剔除異常值）月平均流量和含沙量的歷史數(shù)據(jù)進行相關性分析。從圖5中可以看出，蓄水前后流量與含沙量遵循不同的相關關系。利用SPSS軟件進行相關分析，得到Pearson相關系數(shù)[17]（表1）驗證了上述結論，且蓄水前流量與含沙量的相關性要高于蓄水后。因此，分別對蓄水前和蓄水后的流量和含沙量進行回歸分析，選取決定系數(shù)最高的回歸方程得到式 （5）和式 （6）：

蓄水前，流量與含沙量呈顯著的線性關系，隨著流量的增大，含沙量也線性升高。而蓄水后，流量與含沙量呈顯著的指數(shù)型關系，隨著流量的增大，含沙量升高的速度越來越快。如圖5所示，蓄水后，當流量小于15 000 m3·s-1時，含沙量隨著流量的增大，在數(shù)量上變化較小，反應較為遲鈍；而當流量大于25 000 m3·s-1時，含沙量隨著流量的增大，在數(shù)量上變化增大，反應較為敏感?？傮w上，三峽水庫的蓄水確實改變了出庫水在流量與含沙量之間的相關關系。且在數(shù)量上，相同大小的流量條件下，蓄水后的含沙量明顯低于蓄水前。

圖5 月均流量與含沙量回歸關系圖Fig.5 Regression relationship of monthly averaged flow rate and sediment concentration

表1 月均流量與含沙量Pearson相關系數(shù)表Table 1 Pearson correlation coefficient between monthly averaged flow rate and sediment concentration

2.2 趨勢分析

由上文分析可知，黃陵廟水文站流量與含沙量在蓄水前后遵循不同的變化規(guī)律。本研究采用三峽工程完成175 m實驗性蓄水并正式運行后 （2011-2014年）流量與含沙量年均值數(shù)據(jù)建立模型。該階段數(shù)據(jù)觀測水位與目前水庫運行水位一致，利用該階段數(shù)據(jù)建立模型預測2015-2017年流量及含沙量的變化情況，更具有實際參考意義。灰色模型GM （1，1），其參數(shù)與結構均具有可調(diào)性，且兼有微分與差分的性質(zhì)[18]，適用于小樣本、貧信息的對象[19]。根據(jù)上述特征，本研究采用灰色模型GM （1，1）進行流量與含沙量年均值的擬合與預測。將流量及含沙量年均值進行對數(shù)平滑后建立模型，擬合公式分別為式 （7）和式 （8） :

利用模型擬合值與觀測值進行對比 （表2），其中流量的相對誤差率 （絕對誤差/觀測值）為0.097，平均誤差率 （平均誤差絕對值/實際均值）為0.091。含沙量的相對誤差率為0.169，平均誤差率為0.179。流量數(shù)據(jù)相對平滑，波動小，擬合程度優(yōu)于含沙量。

表2 流量與含沙量模型擬合結果表Table 2 The model fitting results of flow rate and sediment concentration

表3 流量與含沙量模型預測結果表Table 3 The prediction results of flow rate and sediment concentration

從表3中該模型對4年流量及含沙量預測結果來看，兩者均呈現(xiàn)下降趨勢。其中，流量年均下降率為 2.0%，平均每年下降236 m3·s-1；含沙量年均下降率為34.6%，平均每年下降0.933×10-5kg·m-3。目前三峽水庫仍處于運行初期，長江徑流水沙過程還未達到平衡狀態(tài)，三峽水庫出庫水在未來一段時間內(nèi)，流量與含沙量將持續(xù)下降。

3 討論

由上文可知，三峽水庫出庫水流量呈現(xiàn)出峰值降低，谷值上升的趨勢，年內(nèi)變幅收窄，但年際下降趨勢不顯著。水庫的調(diào)度可能是該變化的主要原因。三峽水庫在豐水期攔蓄洪水，減弱自然徑流的增加趨勢，降低長江中下游洪災風險；在枯水期釋放庫容，減弱自然徑流的減小趨勢，緩解壩下用水矛盾，降低長江中下游旱災風險。由于水庫調(diào)度作用，減小了三峽水庫出庫水年內(nèi)徑流變率，使流量分布更加均勻，利于社會經(jīng)濟發(fā)展對徑流的合理利用。而多年平均含沙量在2003年三峽水庫試蓄水后下降為蓄水前的1/10。由于含沙量的顯著下降，下游沖刷強烈，河床加深，河道拓寬，將增加河道槽蓄能力，利于行洪，但也增加了河岸的不穩(wěn)定性，滑坡、崩岸等自然災害發(fā)生概率將上升[20]。但隨著時間推移，河道的沖淤達到平衡，以及含沙量所表現(xiàn)出的二次指數(shù)型變化趨勢，都表明其下降趨勢將會逐漸減緩直至相對穩(wěn)定。

三峽水庫的蓄水后，流量與含沙量呈現(xiàn)指數(shù)關系。利用此規(guī)律，科學合理地調(diào)度出庫流量，可有效緩解壩下清水下瀉、河床沖刷等一系列生態(tài)安全問題。一方面，利用含沙量在流量小于15 000 m3·s-1下的響應惰性，其含沙量隨流量降低變化不大。可通過人工調(diào)節(jié)，將出庫流量控制在較小狀態(tài)，在不影響流量的輸沙效率前提下，可將水充分使用在三峽工程通航和發(fā)電功能上。另一方面，利用含沙量流量高于25 000 m3·s-1時的響應敏感性，含沙量隨流量增大迅速升高?？蓪⒊鰩炝髁靠刂圃谳^大狀態(tài)，從而提高輸沙率，緩解水庫泥沙淤積，減輕下游河道沖刷。筆者建議在水庫調(diào)度時盡量避免水庫出庫流量在15 000~25 000 m3·s-1運行，此狀態(tài)既不能達到較好的輸沙效果，又擠占了通航發(fā)電用水量。

三峽水庫出庫水的流量與含沙量受到上游來水來沙，水庫調(diào)節(jié)，蒸發(fā)與河床性質(zhì)的綜合影響。一方面，由于壩前水位高于自然狀態(tài)，徑流動能降低，使入庫水流量和含沙量具有減弱的趨勢。另一方面，由于庫區(qū)內(nèi)水位受人為調(diào)度在防洪限制水位145 m至正常蓄水位175 m之間變動，在庫區(qū)形成了349.9 km2的消落帶，擴大了徑流沖刷面積[21]；且消落帶地形類型多為坡地，物質(zhì)組成以粉質(zhì)粘土為主，結構松散，易被侵蝕進入水體[22]，使含沙量具有增加的趨勢。但在三峽水庫運行初期[23]，庫區(qū)泥沙淤積較快，下泄含沙量很小。根據(jù)GM （1，1）模型預測，在未來一段時間內(nèi)，壩下流量及含沙量仍具有下降趨勢。隨著庫區(qū)內(nèi)沖淤平衡，出庫水流量與含沙量下降趨勢將逐漸變緩直至穩(wěn)定。但這一復雜過程是長期的，通常需要幾十年或者上百年[13]。對于該過程中水沙情勢在更長時間段以及更加準確的估算還有待進一步的研究。

4 結論

（1）在年內(nèi)變化規(guī)律上，三峽水庫壩下流量與含沙量具有夏季高、冬季低的特點。受三峽水庫蓄水影響，流量年內(nèi)變化不大，但較蓄水前分布更加均勻；而含沙量整體下降明顯，年內(nèi)變幅急劇收窄，“清水”狀態(tài) （低于0.010 kg·m-3）長達七個月。

（2）在年際變化規(guī)律上，三峽水庫流量峰值顯著下降，谷值顯著上升，但年均值變化不顯著。受到三峽工程前期施工以及后期蓄水的影響，含沙量在研究時間段內(nèi)呈現(xiàn)二次指數(shù)變化規(guī)律，先增加后減小，且蓄水后大幅下降，年際間變幅收窄。

（3）三峽水庫的蓄水改變了流量與含沙量之間的相關關系，兩者之間由蓄水前的線性關系變?yōu)樾钏蟮闹笖?shù)關系，Pearson相關系數(shù)也同時降低?？茖W利用兩者之間的關系，可提高出庫水輸沙效率。

（4）目前處于三峽水庫運行初期，根據(jù)模型預測結果，三峽水庫出庫水流量與含沙量在2025年之前仍處于下降趨勢中。

[1]陳鮮艷，宋連春，郭占峰，等.長江三峽庫區(qū)和上游氣候變化特點及其影響[J].長江流域資源與環(huán)境，2013，22（11）：1466-1471.

[2]韓閃閃.三峽水庫進出庫水沙變化及宜昌至城陵磯河道的響應[D].北京：中國水利水電科學研究院，2015.

[3]李海寧，張燕菁.三峽水庫進出庫水沙特征及其影響因素分析[J].人民長江，2015，46（5）：13-18.

[4]張強，陳桂亞，姜彤，等.近40年來長江流域水沙變化趨勢及可能影響因素探討[J].長江流域資源與環(huán)境，2008，17（2）：257-263.

[5]陳顯維，許全喜，陳澤方.三峽水庫蓄水以來進出庫水沙特性分析[J].人民長江，2006，37（8）：1-3+6.

[6]Wohl E E,Cenderelli D A.Sediment Deposition and Transport Patterns Following a Reservoir Sediment Release[J].Water Resources Research，2000，36（1）：319-333.

[7]韓閃閃.三峽水庫蓄水運用后進出庫水沙變化分析[J].水電能源科學，2014，32（11）：146-149+175.

[8]姚仕明，盧金友.三峽水庫蓄水運用前后壩下游水沙輸移特性研究[J].水力發(fā)電學報，2011，31（3）：117-123.

[9]宮平，楊文俊.三峽水庫建成后對長江中下游江湖水沙關系變化趨勢初探Ⅱ.江湖關系及槽蓄影響初步研究[J].水力發(fā)電學報，2009，28（6）：120-125.

[10]郭小虎，朱勇輝，渠庚.三峽水庫蓄水后江湖關系的研究[J].水電能源科學，2010，28（12）：33-35+132.

[11]褚忠信.三峽水庫一期蓄水對長江泥沙的影響[D].青島：中國海洋大學，2006.

[12]姚仕明，盧金友，徐海濤.黃陵廟水文斷面垂線流速分布特性研究[J].長江科學院院報，2005，22（4）：8-11.

[13]何燕生.三峽工程與可持續(xù)發(fā)展[D].北京：中國社會科學院研究生院，2002.

[14]汪潘義，吳鳳平.灰色預測模型在季節(jié)波動預測中的應用[J].統(tǒng)計與決策，2009（24）：22-23.

[15]許炯心，孫季.長江上游干支流懸移質(zhì)含沙量的變化及其原因[J].地理研究，2008，27（2）：332-342.

[16]陳建，李義天，鄧金運，等.水沙條件變化對三峽水庫泥沙淤積的影響[J].水力發(fā)電學報，2008，27（2）：97-102.

[17]Adler J,Parmryd I.Quantifying Colocalization by Correlation：the Pearson Correlation Coefficient is Superior to the Mander's Overlap Coefficient[J].Cytometry Part A，2010，77A （8）：733-742.

[18] 陳濤捷.灰色預測模型的一種拓廣[J].系統(tǒng)工程，1990，8（4）：50-52.

[19]李凱.灰色預測模型及其應用[D].荊州：長江大學，2012.

[20]彭令.三峽庫區(qū)滑坡災害風險評估研究[D].北京：中國地質(zhì)大學，2013.

[21]周永娟，仇江嘯，王姣，等.三峽庫區(qū)消落帶生態(tài)環(huán)境脆弱性評價[J].生態(tài)學報，2010，30（24）：6726-6733.

[22]Lu Y J，Zuo L Q，Ji RY，et al.Deposition and Erosion in the Fluctuating Backwater Reach of the Three Gorges Project after Upstream Reservoir Adjustment[J].International Journal of Sediment Research，2010，25（1）：64-80.

[23]程輝，吳勝軍，王小曉，等.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境效應研究進展[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2015，23（2）：127-140.

責任編輯：孫啟耀

Characteristics and Variation Trends of Flow Rates and Sediment Concentrations Downstream of the Three Gorges Dam in the recent 20 years——A Case Study on Huangling Temple Hydrological Station

HE Enpei1,2,MA Maohua1,CHEN Jilong1,YI Xuemei1,HUANG Yuanyang1,WU Shengjun1*

（1.Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology,Chinese Academy of Sciences,Chongqing,400714,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China）

The construction and operation of the Three Gorges Project has weakened the adverse effects of uneven temporal and spatial distribution of the Yangtze River Runoff.But at the same time,the conditions and trends of water and sediment downstream of the dam have also changed.Based on the monthly averaged flow rates and sediment concentrations observed downstream of the dam in Huangling Temple hydrological station during 1996-2014,their characteristics,correlations,and changetrends wereinvestigated in thispaper with statistical analysisand mathematical modeling method.The study indicates that:(1)The flow rates and sediment concentrations observed in Huangling Temple were high in summer,and low in winter.(2)The yearly peak values of the flow rates decreased at the rate of 610 m3·s-1per year(P＜0.05),and the yearly valley values increased at the rate of 146 m3·s-1per year(P＜0.01).After the impoundment,the annually averaged flow rates decreased by 8.0%.(3)The annual sediment concentrations decreased by 90.0%after impoundment.Affected by the construction and impoundment of theThree Gorges Project,the annually averaged sediment concentrations followed the exponential law of a second order function of time.(4)There was a linear and exponential relationship between the monthly averaged flow rates and sediment concentrations before and after the impoundment,respectively.(5)As predicted by the GM(1,1)model,both the annually averaged flow and the sediment concentrations showed a trend of decline.(6)Scientifically and reasonably dispatching of the reservoir water flow can improve the sediment transport efficiency,ease the reservoir sedimentation,and reduce the downstream river erosion intensity.

Huangling Temple hydrological station;Three Gorges Reservoir;flow rate;sediment concentration;GM(1,1)

X143

A

2096-2347（2017）03-0001-09

10.19478/j.cnki.2096-2347.2017.03.01

2017-06-04

國家自然科學基金 （41571497）

何恩佩 （1991-），女，重慶人，碩士研究生，主要從事三峽生態(tài)環(huán)境研究。E-mail：heenpei@cigit.ac.cn

*通信作者：吳勝軍 （1971-），男，湖北人，研究員，博士研究生導師，主要從事三峽生態(tài)環(huán)境研究。E-mail：wsj@cigit.ac.cn