梯級電站運行下拉薩河干流水文情勢變異及歸因分析

黃 草，黃夢迪，胡國華，曾 杭

(1.長沙理工大學(xué) 水利工程學(xué)院，湖南 長沙 410114； 2.水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410114； 3.洞庭湖水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410114；)

1 研究背景

河流的水文情勢對于河流物理化學(xué)條件、兩岸植被分布以及流域內(nèi)生物群落的分布范圍和生活習(xí)性等具有重要意義[1]，河川徑流及其過程控制了河流生態(tài)系統(tǒng)主要的生境參數(shù)，如水深、速度以及生境容量[2]。在河流上建壩，阻斷了天然河道，導(dǎo)致河道的流態(tài)發(fā)生變化，這一變化會對河流生態(tài)環(huán)境造成不利影響。

不同的梯級電站調(diào)度方式對徑流的影響程度不同，良好的調(diào)度模式可以減弱大壩的修建與運行對河流水文情勢的影響程度[3]。對于如何定量分析梯級電站的建設(shè)和運行對河流健康的影響，國內(nèi)外學(xué)者開展了諸多研究。20世紀(jì)末，Richter建立的水文變異指標(biāo)體系(indicators of hydrologic alteration, IHA)以及在此基礎(chǔ)上提出的變化范圍法(range of variability approach, RVA)，為定量研究河流水文情勢提供了基礎(chǔ)[4-5]。該方法構(gòu)建了5大類共32項含有生態(tài)意義的水文指標(biāo)來定量分析河流的水文情勢特征，被廣泛應(yīng)用于研究我國長江[6-7]、黃河[2,8]和淮河[9]流域及各支流[10-11]的水庫建設(shè)對河流造成的水文及生態(tài)影響。

河川徑流的變化除受到水庫運行影響外，還與當(dāng)?shù)貧庀笠蛩亍⑾聣|面條件變化以及人類生產(chǎn)生活取用水情況等相關(guān)。分析河流水文情勢變化的影響因素以及量化不同因素的貢獻率是近年來的熱點問題，較常用的方法有水文模型法、拐點分析法[12-14]、關(guān)聯(lián)度分析[15]等。目前，研究者們將徑流變化影響因素歸為氣候變化和人類活動兩大類，但有關(guān)人類活動的細(xì)分項，如水利設(shè)施的修建和運行、工農(nóng)業(yè)引水用水、水土保持措施等，對徑流變化的影響及其貢獻率分析成果較少。多系列貢獻率分割法[8]通過選定可代表多種徑流變化影響因子的不同序列，反映不同影響因子對于河流水文情勢影響的差異，其選定的影響因子可根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況進行選擇搭配，適用于分析氣候變化、水庫運行、工農(nóng)業(yè)取用水等多種因素，計算較為簡便。

21世紀(jì)以來，拉薩河干流陸續(xù)建成直孔和旁多兩級水電站，梯級水電站的建設(shè)及運行調(diào)度改變了拉薩河中下游的水文情勢，對水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了不利影響，優(yōu)化梯級電站的調(diào)度運行方式成為修復(fù)拉薩河中下游區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要選擇之一。因此，本文以拉薩河為例，采用水文變異指標(biāo)法及變化范圍法(IHA-RVA)，研究拉薩河旁多-直孔兩級電站不同調(diào)度模式下(常規(guī)調(diào)度與電力調(diào)度)下游水文情勢的變化，分析水文情勢的變化特征及規(guī)律；采用多系列貢獻率分割法分離天然徑流變化、河道外引水退水以及梯級水電站調(diào)度運行3個因素對拉薩河干流月均徑流量變化的貢獻率，為量化分析梯級水電站不同調(diào)度方式對水文情勢的影響提供技術(shù)方法，也為拉薩河梯級水電站調(diào)度方式優(yōu)化和開展生態(tài)調(diào)度提供技術(shù)支持。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

拉薩河流域?qū)俑咴瓬貛О敫珊荡箨懶詺夂騾^(qū)，年平均降雨量400～500 mm，降雨主要集中在6-9月。拉薩河干流全長568 km，流域面積3.18×104km2，多年平均徑流量為90.9×108m3，是雅魯藏布江五大支流之一。流域內(nèi)濕地眾多，維護河流原始水文情勢對于保護當(dāng)?shù)厣飾⒌睾途S持物種穩(wěn)定具有重要意義。拉薩河發(fā)源于念青唐古拉山，由源頭南流的麥地藏布與支流“麥曲”匯合形成“色榮藏布”，兩河交匯點以上為拉薩河上游，以下為拉薩河中游；拉薩河中游河段稱為“熱振藏布”，陸續(xù)匯入“桑曲”、“烏魯龍曲”、“雪絨藏布”3條支流。在“烏魯龍曲”匯入點以下建有旁多水利樞紐，“雪絨藏布”匯入點附近建有直孔水電站，直孔水電站以下為拉薩河下游。

圖1為拉薩河流域水系以及干流已建水電站和水文站分布圖。表1為拉薩河干流旁多-直孔兩級電站特征參數(shù)統(tǒng)計表。表2為拉薩河干流水文站基本情況說明。目前，拉薩河干流已建成旁多與直孔兩座水電站。旁多電站具有年調(diào)節(jié)能力，是拉薩河干流中游河段水電梯級開發(fā)方案中的首級水庫，直孔電站具有日調(diào)節(jié)能力，是拉薩河干流中游河段水電梯級開發(fā)方案中的末級電站。兩座水庫總庫容14.46×108m3，占拉薩河年平均徑流量的15.9%。

拉薩河干流現(xiàn)有旁多、唐加和拉薩3個水文站(見圖1和表2)。其中，旁多站位于旁多電站下游，唐加站位于直孔電站下游，拉薩站位于拉薩市市區(qū)，3站均具有長系列的日流量實測資料。研究這3個站點的水文情勢及其變化特征，可表征梯級電站運行下拉薩河干流水文特征的變化情況。

圖1 拉薩河流域水系以及干流已建水電站和水文站分布圖

表1 拉薩河干流旁多-直孔兩級水電站特征參數(shù)

表2 拉薩河干流水文站基本情況

2.2 數(shù)據(jù)來源

研究所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為拉薩河干流旁多、唐加和拉薩3個水文站的實測日流量，3站的日流量資料系列長度見表2。

相關(guān)研究表明，IHA-RVA法在選用的日徑流系列長度超過20 a時，能較準(zhǔn)確地反映河流水文情勢的變化[16]。拉薩河干流旁多-直孔兩級水電站建成較晚，缺乏梯級電站調(diào)度運行后的長系列日徑流資料，梯級電站建成后的日徑流系列代表性不足。為了延長梯級電站調(diào)度后日徑流系列的長度，提高其代表性，本文基于旁多-直孔梯級電站常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度規(guī)則，采用MODSIM-DSS[17](一種常用的決策支持系統(tǒng)，http://modsim.engr.colostate.edu)構(gòu)建梯級電站調(diào)度模型，以1976-2000年梯級電站修建前的日流量數(shù)據(jù)作為模型輸入，模擬生成梯級電站不同調(diào)度模型下的長系列日徑流資料，作為水文情勢變化分析的依據(jù)。表3為電站運行前實測日徑流數(shù)據(jù)和兩種不同調(diào)度模式下模擬出的日徑流數(shù)據(jù)序列長度情況。

表3 不同調(diào)度模式下拉薩河干流水文資料序列情況

為了驗證拉薩河長系列模擬徑流的有效性，采用2015-2016年實測日徑流進行驗證。結(jié)果表明模擬日徑流與實測日徑流存在良好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R為0.975，納什效率系數(shù)NSE為0.947[18]。

常規(guī)調(diào)度按照各電站的設(shè)計調(diào)度規(guī)則進行模擬調(diào)度。旁多水庫從每年6月初開始蓄水，當(dāng)蓄至汛限水位后，維持汛限水位不變至9月上旬，9月下旬至12月末維持水庫正常蓄水位運行；從翌年1月初開始降低水庫水位，至5月末消落至水庫汛限水位以下[18]。旁多水庫除承擔(dān)防洪發(fā)電任務(wù)外，還負(fù)責(zé)向鄰近城鄉(xiāng)輸送城市用水和灌溉農(nóng)業(yè)用水。直孔水庫只承擔(dān)防洪發(fā)電任務(wù)，無河道外引水。

電力調(diào)度以旁多-直孔電站總發(fā)電量最大為目標(biāo)，以旁多-直孔水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方案[19]為基礎(chǔ)，通過輸入1976-2000年天然日徑流，模擬生成旁多-直孔水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度后的1976-2000年日徑流系列。

2.3 研究方法

2.3.1 水文情勢變化分析方法 河流水文條件是河流生態(tài)系統(tǒng)各種理化和生物過程的基礎(chǔ)，水文條件變化會引起河流生態(tài)系統(tǒng)的改變。IHA-RVA法是先通過分析河流受擾動前后的月均流量、年極值流量、極值流量出現(xiàn)時間、高低流量脈沖以及洪水上漲下降變化率等5個方面共32項水文因子的變化來確定河流水文情勢的狀態(tài)，然后評價32項指標(biāo)共64個特征參數(shù)(每1項指標(biāo)包含均值和變差系數(shù)2個特征參數(shù))在梯級水電站建設(shè)前后的差異與變化，以全面反映梯級水電站的運行對河流水文情勢的影響。表4為本文選取的IHA指標(biāo)及采用的指標(biāo)符號說明。

表4 IHA水文指標(biāo)體系

上述64個特征參數(shù)的量綱不完全一致，引入歸一化函數(shù)(sigmoid 函數(shù))計算64個特征參數(shù)的改變度，則每個特征參數(shù)均為無量綱數(shù)，且取值范圍均為(-1，1)。

(1)

(2)

式中：dk為第k個參數(shù)的改變度，是指受影響后河流水文情勢第k個特征參數(shù)相對于受影響前的改變程度；k為參數(shù)的個數(shù)，k=1～64；a為系數(shù)，a=3；vk為河流第k個特征參數(shù)受擾動的偏離量；PkA、PkB分別為河流受擾動前、受擾動后第k個特征參數(shù)的統(tǒng)計值[18]。

綜合改變度DT為所有特征參數(shù)改變度dk絕對值的平均值，反映河流水文情勢受擾動的程度。將綜合改變度DT的取值范圍等分為3個區(qū)間，分別對應(yīng)輕度改變、中度改變和重度改變3個層次，具體分級標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)∣DT∣<0.33時，河流水文情勢整體為輕度改變[5]；0.33≤∣DT∣<0.67時，河流水文情勢整體為中度改變；∣DT∣≥0.67時，河流水文情勢整體為重度改變[18]。

2.3.2 水文情勢變化歸因分析方法 采用多系列貢獻率分割法[8]，通過對比不同系列相應(yīng)的水文情勢差異研究每個影響因子對水文情勢的影響，即貢獻率。

基于梯級水電站運行期的水量平衡方程分析，引起拉薩河水文情勢變化的主要因素為天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運行等(忽略水庫的蒸發(fā)和滲漏損失)。因此，構(gòu)建梯級電站模擬調(diào)度日徑流、無梯級電站調(diào)度的實測日徑流、河道外引水退水還原后天然日徑流以及無人類活動影響的基準(zhǔn)日徑流4個水文序列，進行水文情勢變化的貢獻率分離分析。所選用的水文序列應(yīng)滿足以下條件：

(1)各水文序列長度應(yīng)不少于20 a；

(2)基準(zhǔn)日徑流序列應(yīng)較少受人類活動影響或基本無影響。

各序列分割方法如下：

vi,1=(Fi,1-Fi,4)/Fi,4

(3)

vi,2=(Fi,2-Fi,4)/Fi,4

(4)

vi,3=(Fi,3-Fi,4)/Fi,4

(5)

(6)

(7)

Cr=1-Cn-Cw

(8)

式中：Fi,1、Fi,2、Fi,3、Fi,4分別為梯級電站模擬調(diào)度日徑流序列(1976-2000年)、無梯級電站調(diào)度的實測日徑流序列(1976-2000年)、河道外引水退水還原后天然日徑流(1976-2000年)和無人類活動影響的基準(zhǔn)日徑流序列(1956-1975年)對應(yīng)的第i個IHA指標(biāo)值；Vi,1、Vi,2、Vi,3分別為上述前3個序列第i個IHA指標(biāo)值相對于無人類活動影響的基準(zhǔn)日徑流序列第i個IHA指標(biāo)值的變化幅度；n為IHA指標(biāo)的個數(shù)；Cn、Cw、Cr分別為天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運行對IHA指標(biāo)值變化的貢獻率。Fi,1、Fi,2、Fi,3、Fi,4、Vi,1、Vi,2、Vi,3、Cn、Cw、Cr均為無量綱數(shù)。為了避免Vi,1過小引起影響因子在部分指標(biāo)上的貢獻率過大，當(dāng)Vi,1的絕對值不超過10%時認(rèn)為該指標(biāo)與基準(zhǔn)系列基本相同，不統(tǒng)計影響因子對該指標(biāo)的貢獻率。

3 結(jié)果與分析

3.1 梯級電站調(diào)度模式對水文情勢的影響比較

圖2為常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，旁多、唐加和拉薩3個水文站月均流量的改變程度。指標(biāo)Fi(i=1,2,…,12)為正值表示第i月月均流量增多，反之表示月均流量減少；指標(biāo)Fi(i=13,14,…,24)為正值表示第1-12月月均流量年際差異增大，為負(fù)值表示對應(yīng)月份月均流量年際差異減小。

常規(guī)調(diào)度下(圖2(a))，拉薩河干流月均流量指標(biāo)(F1～F12)變化主要以輕度和中度變化為主，月均流量均值改變程度最大月份為3月(F3)和10月(F10)，3個水文站3月流量均值改變度為0.95左右，屬于重度改變；10月流量均值改變度范圍為-0.42～-0.34，屬于中度改變。月均徑流變差系數(shù)(F13～F24)多為輕度改變，3站月均徑流變差系數(shù)正改變程度最大月份為2月(F14)和3月(F15)，其中旁多和拉薩站最大改變度均為0.66，屬于中度改變，唐加站的最大改變度為0.94，屬于重度改變；3站月均徑流變差系數(shù)負(fù)改變程度最大月份為6月(F18)，分別為-0.21、-0.10和-0.03，均為輕度改變。

電力調(diào)度下(圖2(b))，拉薩河干流非汛期月均流量(F1、F2、F3、F4、F12)多為中度和重度改變；汛期月均流量(F7、F8、F9、F10)多為輕度改變。旁多和唐加月均流量值正改變程度最大月份為2月(F2)，改變度為0.94和0.93，屬于重度改變；負(fù)改變程度最大月份為6月(F6)，改變度為-0.43和-0.36，屬于中度改變。拉薩站月均流量值正改變程度最大的月份為3月(F3)，改變度為0.91，屬于重度改變；負(fù)改變程度最大的月份為6月(F6)，改變度為-0.35，屬于中度改變。月均徑流變差系數(shù)(F13～F24)方面，旁多站和唐加站月均流量變差系數(shù)正改變程度最大的為3月(F15)，改變度分別為0.88和0.92，均為重度改變；負(fù)改變程度最大的為11月(F23)，改變度分別為-0.70和-0.68，為重度改變。拉薩站月均徑流變差系數(shù)正改變程度最大月份為3月(F15)，改變度為0.46，屬于中度改變；負(fù)改變程度最大月份為8月(F20)，改變度為-0.46，屬于中度改變。

上述分析表明，梯級電站騰庫、蓄水以及調(diào)洪期間對月均徑流量的改變較明顯；電力調(diào)度下，梯級電站調(diào)度運行對月均流量均值和變差系數(shù)的影響程度大于常規(guī)調(diào)度。

圖3為常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，旁多、唐加和拉薩3個水文站年極值流量的改變程度。指標(biāo)F25～F29表示最大1、3、7、30、90 d極值流量均值變化情況；指標(biāo)F30～F34表示最小1、3、7、30、90 d極值流量均值變化情況；指標(biāo)為正值表示極值流量均值增加，反之表示對應(yīng)的極值流量均值減少；指標(biāo)F35、F36改變度為正值表示極值流量出現(xiàn)時間推遲，反之表示出現(xiàn)時間提前。指標(biāo)F37～F41表示最大1、3、7、30、90 d極值流量的年際差異變化；指標(biāo)F42～F46表示最小1、3、7、30、90 d極值流量的年際差異變化；指標(biāo)為正值表示極值流量年際差異增大，反之表示對應(yīng)的極值流量年際差異減小；指標(biāo)F47、F48為正值表示極值流量出現(xiàn)時間年際差異增大，為負(fù)值表示對應(yīng)極值流量出現(xiàn)時間年際差異減小。

圖2 旁多-直孔梯級電站不同調(diào)度模式下拉薩河干流各水文站月均流量改變程度

由圖3(a)可知，常規(guī)調(diào)度下，拉薩河干流年極值流量均值改變度多為輕度改變。最小90 d流量均值(F34)增多最為明顯，其中，旁多和拉薩站的改變度分別為0.39和0.37，屬于中度改變，唐加站的改變度為0.30，為輕度改變。在3站的極值流量均值中，旁多站最大1 d極值流量均值(F25)改變最大，改變度為-0.13；唐加站最小1 d極值流量均值(F30)改變最大，改變度為-0.17； 拉薩站最小3 d極值流量均值(F31)改變最大，改變度為-0.13；但均屬輕度改變。電站運行后，3站極大值流量的出現(xiàn)時間(F35)改變度很小，表示電站運行前后極大流量出現(xiàn)的時間基本不變；但極小值流量的出現(xiàn)時間有所變化，旁多站極小流量出現(xiàn)時間提前，而唐加和拉薩站的極小流量出現(xiàn)時間有所推遲。

由圖3(a)還可看出，旁多站最大3 d流量年際差異(F38)增大最明顯，改變度為0.48，唐加站和拉薩站最大1 d流量年際差異(F37)增大最明顯，改變度為0.56，均為中度改變。經(jīng)過梯級電站調(diào)度后，3個水文站中的唐加和拉薩站極小流量的年際變化(F42～F46)均為正值，表示極小流量的年際差異增加；但旁多站極小流量的年際變化有正有負(fù)，且多為負(fù)值，表示旁多站的極值流量年際差異減小。

由圖3(b)可知，電力調(diào)度下，拉薩河干流3個水文站最大1 d和最小1 d的極值流量均值發(fā)生了中度改變，而最大3、7、30、90 d的流量均值均為輕度改變，最小3、7、30、90 d流量均值均為重度改變，最大改變度為0.93。年極值流量年際差異變化方面，最大1、3、7、30、90 d流量的年際變化改變度逐漸減少，由重度改變向輕度改變過渡；而最小1、3、7、30、90 d流量的年際變化改變度均很大，接近于1.0，屬于重度改變。

基于以上分析，梯級電站調(diào)度運行對最小1、3、7、30、90 d流量均值和年際差異的改變度明顯大于最大1、3、7、30、90 d流量均值和年際差異的改變度；電力調(diào)度模式對1、3、7、30、90 d極值流量均值和年際差異的改變度明顯大于常規(guī)調(diào)度模式。

圖4為常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，旁多、唐加和拉薩3個水文站的高低流量脈沖及洪水漲落的改變程度。指標(biāo)F49～F56為正值表示對應(yīng)的水文指標(biāo)統(tǒng)計值增大(洪水脈沖出現(xiàn)頻率增大或洪水脈沖歷時延長)，為負(fù)值表示對應(yīng)的水文指標(biāo)統(tǒng)計值減?。恢笜?biāo)F57～F64為正值表示對應(yīng)的水文指標(biāo)統(tǒng)計量年際差異增大，為負(fù)值表示對應(yīng)的水文指標(biāo)統(tǒng)計量年際差異減小。

圖3 旁多-直孔梯級電站不同調(diào)度模式下拉薩河干流各水文站極值流量改變程度

圖4 旁多-直孔梯級電站不同調(diào)度模式下拉薩河干流各水文站高低流量脈沖及洪水漲落改變程度

常規(guī)調(diào)度下(圖4(a))，拉薩站高流量、低流量脈沖的發(fā)生次數(shù)減少(F49、F50為負(fù)值)，但減少幅度較??；高流量和低流量脈沖的歷時(F51、F52)無明顯變化。高流量脈沖發(fā)生次數(shù)年際差異減小(F57為負(fù)值)，高流量脈沖歷時(F59)的年際差異略微增大；低流量脈沖發(fā)生次數(shù)(F58)和歷時(F60)的年際差異均減小，改變度達-0.51和-0.39，為中度改變。同時，拉薩站洪水下降速率變差系數(shù)(F62)改變度為正值，上漲速率(F61)及漲落頻率變差系數(shù)(F63、F64)改變度為負(fù)值，表明拉薩站洪水下降速率年際差異增大，上漲速率及漲落頻率年際差異減小。

電力調(diào)度下(圖4(b))，拉薩站高流量、低流量脈沖事件發(fā)生平均次數(shù)(F49、F50)增加，平均歷時(F51、F52)縮短約15 d；高流量、低流量脈沖發(fā)生次數(shù)(F57、F58)的年際差異增大，平均歷時(F59、F60)的年際差異減小。其中，洪水漲落速率的均值(F53、F54)和變差系數(shù)(F61、F62)顯著增大，改變度均達到0.99以上，為重度改變。電力調(diào)度下，拉薩河干流不同站點高低流量脈沖及洪水漲落速率的改變比常規(guī)調(diào)度更明顯。

常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，拉薩河干流水文情勢的綜合改變度如表5所示，不同改變程度的水文指標(biāo)個數(shù)統(tǒng)計如圖5所示。

表5 旁多-直孔梯級電站運行后不同站點水文情勢的綜合改變度

由表5和圖5可知，常規(guī)調(diào)度模式下，拉薩河干流水文情勢發(fā)生了輕度改變，旁多、唐加和拉薩3站點的水文情勢綜合改變度分別為0.17,0.21和0.20。在統(tǒng)計的64個特征參數(shù)中，3站輕度改變的指標(biāo)個數(shù)分別為58、56和56，分別占總指標(biāo)數(shù)的91%、88%和88%；重度改變的指標(biāo)個數(shù)分別為1、6和1，分別占總數(shù)的2%、9%和2%。電力調(diào)度模式下，拉薩河干流水文情勢發(fā)生了中度改變，旁多、唐加和拉薩3站點的水文情勢綜合改變度分別為0.50、0.54和0.48。在統(tǒng)計的64個特征參數(shù)中，3站輕度改變的指標(biāo)數(shù)分別為26、25和27，分別占總指標(biāo)數(shù)的41%、39%和42%；重度改變的指標(biāo)個數(shù)分別為24、28和22，分別占總數(shù)的38%、44%和34%。即拉薩河干流梯級電站電力調(diào)度模式對河流水文情勢的影響明顯高于常規(guī)調(diào)度。

3.2 梯級電站運行對水文情勢變化的歸因占比分析

基于公式(3)～(8)，采用多系列貢獻率分割法分析了天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運行3因素對于拉薩河干流月均徑流變化的貢獻率。

圖6為常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運行3因素對拉薩河干流月均徑流變化的貢獻率。圖6表明，電力調(diào)度模式下，導(dǎo)致拉薩河干流月均徑流變化的主要因素為梯級電站的調(diào)度運行，旁多站天然徑流量變化、河道外引水退水和梯級電站調(diào)度運行的貢獻率分別為35%、22%和43%；唐加站3因素的貢獻率分別為37%、5%和58%；拉薩站3因素的貢獻率分別為56%、6%和38%。常規(guī)調(diào)度模式下，導(dǎo)致拉薩河干流月均徑流變化的主要因素為天然徑流量變化，旁多站3因素的貢獻率分別為68%、6%和26%；唐加站3因素的貢獻度分別為65%、7%和28%；拉薩站3因素的貢獻度分別為81%、2%和17%。電力調(diào)度模式下，梯級電站調(diào)度運行對月均徑流變化的貢獻程度明顯增加，電力調(diào)度下拉薩站梯級電站調(diào)度運行的貢獻率比常規(guī)調(diào)度增長了124%。兩種調(diào)度模式下河道外引水退水對于月均徑流變化的影響均較小。

圖5 不同調(diào)度模式下各站點不同改變程度的水文指標(biāo)個數(shù)統(tǒng)計圖 圖6 不同調(diào)度模式下3因素對拉薩河干流月均徑流量變化的貢獻率

4 討 論

本研究以拉薩河為例，提出了量化分析新建水庫群調(diào)度對河流水文情勢的影響的分析框架和方法，可為優(yōu)化流域生態(tài)調(diào)度方式提供技術(shù)支持。

(1)針對新建和待建梯級電站調(diào)度后徑流系列代表性不足的問題，采用MODSIM-DSS模擬生成不同情景下梯級電站調(diào)度后的長系列日徑流數(shù)據(jù)，然而徑流模擬的精度受到多方面因素的影響，如梯級電站的調(diào)度規(guī)則及優(yōu)化方案，河道外引水及退水的還原，水庫群的蒸發(fā)滲漏損失等，導(dǎo)致模擬徑流整體略小于實測徑流。徑流模擬方法與結(jié)果對規(guī)劃層面的水文-生態(tài)響應(yīng)研究具有一定的指導(dǎo)意義。

(2)常規(guī)調(diào)度下，拉薩河干流水文情勢發(fā)生輕度改變；電力調(diào)度下，水文情勢發(fā)生中度改變。這證實了不同的梯級電站調(diào)度方式對徑流的影響程度存在較大差異。同時，相關(guān)研究表明拉薩河旁多-直孔梯級電站電力調(diào)度比常規(guī)調(diào)度可增加發(fā)電量4.49%[19]。對比兩種調(diào)度模式下水文情勢的改變幅度和發(fā)電量的改變幅度，結(jié)果表明：拉薩河干流梯級電站電力調(diào)度所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益增幅小于其帶來的水文情勢改變增幅。因此，以總發(fā)電量最大為目標(biāo)的電力優(yōu)化調(diào)度雖能小幅提高經(jīng)濟效益但對河流水文情勢的影響也更大，梯級水庫調(diào)度應(yīng)更加重視生態(tài)調(diào)度目標(biāo)，更好地協(xié)調(diào)經(jīng)濟效益與河流生態(tài)環(huán)境保護的矛盾。

(3)河流水文情勢變化是天然徑流量變化、河道外引水退水和梯級電站調(diào)度運行等多方面因素共同作用結(jié)果。多系列貢獻率分割法能夠分離人類活動中河道外引水退水和梯級電站調(diào)度運行對月均徑流變化的影響，在流域水資源供需用基礎(chǔ)資料及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測資料缺乏時可用于探討梯級電站運行所引發(fā)生態(tài)-水文響應(yīng)及程度。但應(yīng)用多系列貢獻率分割法時受水文系列資料限制，一方面水文系列難以準(zhǔn)確分割出氣候變化之前的水文序列，另一方面天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運行在各水文系列中不完全獨立，難以絕對分離。建立梯級電站調(diào)度模擬模型或流域水資源配置模型能一定程度彌補實測水文序列的不足。

(4)目前，拉薩河干流梯級電站尚有卡多、布崗、格拉沃水電站規(guī)劃待建。若5級電站全部投入運行后，梯級電站調(diào)度運行對拉薩河中、下游的生態(tài)水文情勢的改變作用將會更加顯著，應(yīng)進一步協(xié)調(diào)梯級電站的調(diào)度目標(biāo)，優(yōu)化拉薩河干流梯級電站聯(lián)合調(diào)度方式，以減弱梯級電站建設(shè)與運行給河流生態(tài)系統(tǒng)帶來的危害，強化梯級電站調(diào)度運行的生態(tài)作用，保障區(qū)域水生態(tài)環(huán)境和安全。

5 結(jié) 論

(1)旁多-直孔梯級電站常規(guī)調(diào)度下，拉薩河干流水文情勢發(fā)生輕度改變，旁多、唐加和拉薩站綜合改變度分別為0.17、0.21和0.20；電力調(diào)度下，水文情勢發(fā)生中度改變，旁多、唐加和拉薩站綜合改變度分別為0.50、0.54和0.48。

(2)拉薩河干流梯級電站騰庫、蓄水以及調(diào)洪期間對月均流量的改變較明顯；常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，最小1、3、7、30和90 d流量的改變度均大于最大1、3、7、30和90 d流量的改變度；電力調(diào)度模式對1、3、7、30和90 d極值流量的改變度明顯大于常規(guī)調(diào)度模式。

(3)常規(guī)調(diào)度模式下拉薩河干流水文情勢變化的主導(dǎo)因素為氣候變化引起的天然徑流量變化，貢獻率為65%～81%；而電力調(diào)度模式下其主導(dǎo)因素為梯級電站的調(diào)度運行，貢獻率為38%～58%。以拉薩站為例，電力調(diào)度下梯級電站調(diào)度運行的貢獻率比常規(guī)調(diào)度增長了124%。河道外引水退水對于拉薩河水文情勢改變的影響均較小。