氣候變化與烏江渡水庫建設(shè)的相互影響研究

黃晨然 向淑君 朱軍 張嬌艷 曹蔚

摘要：利用1961-2022年貴州省80個氣象站的逐年氣溫、降水量、風(fēng)速和相對濕度資料，分析了烏江渡上游流域臨近站點氣象要素變化趨勢及蓄水前后各要素各時段變化。結(jié)果表明：近62年來烏江渡水庫上游流域臨近站點年降水量、年平均風(fēng)速和年平均相對濕度均呈下降趨勢，年平均氣溫均呈上升趨勢，且變率快于省內(nèi)其他站點。蓄水后汛期降水量和平均風(fēng)速年際變化較之前相對不穩(wěn)定，平均氣溫、平均相對濕度年際變化較蓄水前相對穩(wěn)定。由M-K檢驗可知，烏江渡水庫流域上游站點各要素變化均存在突變點，但未出現(xiàn)在1980年附近，說明烏江渡水庫大壩的修建和蓄水對氣候變化的影響較小。

關(guān)鍵詞：氣候變化，烏江渡水庫，相互影響

貴州省約92.5%的面積為山地和丘陵，山地居多，素有“八山一水一分田”之說。省內(nèi)河流分屬長江流域和珠江流域，以中南部的苗嶺為分水嶺，北部屬長江流域，南部屬珠江流域，境內(nèi)各級水系眾多，且落差較大，為水力發(fā)電提供了良好的自然條件。

氣候變化事實、預(yù)估及影響研究一直是國內(nèi)外廣大學(xué)者關(guān)注的熱點。王會軍等[1]針對“一帶一路”區(qū)域氣候變化的事實、未來變化預(yù)估、氣候變化的可能影響以及帶來的潛在風(fēng)險等問題進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)研，并開展了若干分析和研究；馬振鋒等[2]依據(jù)IPCC第四次評估報告，研究了近40年西南地區(qū)的氣候變化事實；張建云等[3]指出黃河流域上游和長江流域上游人類活動影響較小的地區(qū)出現(xiàn)了徑流量減少的趨勢，說明氣候變化已經(jīng)對該區(qū)域的河川徑流產(chǎn)生了一定的影響；熊亞蘭等[4-5]的研究表明，流域降雨量和徑流量的變化周期具有同步性；吳戰(zhàn)平等[6]對氣候變化與水利工程建設(shè)相互影響進(jìn)行了系統(tǒng)分析；尚可政等[7]對黃河上游水電工程對局地氣候的影響進(jìn)行了評估；王輝等[8]分析了長江上游大型水利工程對三峽枯水徑流影響；鄭璀瑩[9]闡釋了水電與氣候變化的相互關(guān)系。朱曉絲等[10]采用水體指數(shù)法研究了烏江流域水域面積變化的氣候效應(yīng)。

本文利用貴州省烏江渡水庫上游氣象站點建站至今各氣象要素觀測資料，采用先進(jìn)的統(tǒng)計診斷分析方法，對烏江渡上游流域臨近站點對應(yīng)氣象要素近62年變化趨勢及蓄水前后各要素各時段變化進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出烏江渡水庫建庫前后壩址以上流域內(nèi)降水量、平均氣溫、相對濕度和風(fēng)速的變化情況，探討大壩建成蓄水與局地氣候的相互影響，也為水庫調(diào)度等方面提供參考。

1?烏江渡水庫概要

烏江渡水電站是烏江中上游干流上的水力發(fā)電工程，壩址控制流域面積27790km?，位于烏江中游播州區(qū)烏江鎮(zhèn)，南距貴陽105km，北離遵義55km。工程于1970年動工興建，大壩為整體拱形重力壩，最大壩高為165m，總泄流能力為21350m/s。烏江渡水庫正常高水位760m，死水位720m，設(shè)計洪水位760.3m，校核洪水位762.8m，有效庫容13.5×108m?，為狹長河道型水庫。電站共裝有3臺水輪發(fā)電機(jī)組，其中一號、二號機(jī)組已分別于1979年、1981年發(fā)電，三號機(jī)組安裝調(diào)試完成后，于1982年12月投產(chǎn)發(fā)電。

2?資料和方法

本文使用的資料為貴州省1961-2022年80個氣象站觀測資料，其中烏江渡水庫上游流域氣象觀測站點15個，分別是威寧、水城、六枝、普定、安順、平壩、赫章、畢節(jié)、納雍、大方、黔西、織金、修文、息烽和播州。研究方法主要有線性趨勢分析、均方根誤差分析和曼-肯德爾（M-K）突變檢驗等。

3?烏江渡水庫流域氣候變化特征

近62年來烏江渡水庫上游和其他站年降水量均呈下降趨勢，二者差值隨時間逐漸增大，說明水庫上游站點年降水量減少的趨勢更顯著；年平均氣溫均呈上升趨勢，二者差值隨時間逐漸減小，說明水庫上游站點年平均氣溫升高的趨勢更顯著；年平均相對濕度均呈下降趨勢，二者差值隨時間逐漸減小，說明水庫上游站點年平均相對濕度減小的趨勢較省內(nèi)其他站更顯著；年平均風(fēng)速均呈減小趨勢，二者差值隨時間明顯減小，說明水庫上游站點年平均風(fēng)速減小的速率明顯快于省內(nèi)其他站（圖略）。

4?蓄水前后氣候變化分析

對比蓄水前后降水量、平均氣溫、相對濕度和風(fēng)速（圖略）可知，全年的降水量主要集中在汛期和夏季，春、秋兩季降水量差異不大，且降水量從春季和秋季向夏季和冬季移動；蓄水后年降水量減少了72.4mm，減少的時段主要集中在春季和秋季，分別減少39.1mm和44.2mm，而夏季和冬季降水量略有增加。蓄水后年平均氣溫上升0.3℃，升高的時段主要集中在秋季、冬季和夏季，分別升高0.7℃、0.3℃和0.3℃，而春季平均氣溫降低了0.1℃。蓄水后年平均相對濕度減小0.7%，減小的時段主要集中在秋季、春季和夏季，冬季蓄水前后基本無變化；蓄水前平均相對濕度秋季最大，蓄水后冬季最大。蓄水后年平均風(fēng)速減小0.3m/s，減小的時段主要集中在春季、秋季和冬季，分別減小0.4m/s、0.3m/s和0.3m/s，夏季僅減小0.1m/s；蓄水前后春季平均風(fēng)速均為最大，蓄水前夏、秋兩季風(fēng)速均為最低，蓄水后秋季風(fēng)速為最低。

從圖1a可以看出，蓄水后全年、春季和秋季降水量減少，均方差減小，而汛期降水量在蓄水后減少，但均方差卻增大，表明烏江渡水庫在蓄水后汛期降水量年際振幅增大，出現(xiàn)旱或澇的頻次增多。蓄水后平均氣溫各時段均方差均有所減?。▓D1b），表明烏江渡水庫蓄水后各時段平均氣溫年際波動振幅減小，變化相對穩(wěn)定。蓄水后全年和春、秋、冬季均方差有所增大（圖1c），表明蓄水后流域內(nèi)相對濕度年際波動振幅比蓄水前大，變化相對不穩(wěn)定；而汛期和夏季相對濕度年際變化波動蓄水后比蓄水前要小，表明蓄水后相對濕度汛期和夏季變化相對穩(wěn)定。蓄水后各時段平均風(fēng)速均方差均有所增大（圖1d），表明烏江渡水庫蓄水后各時段平均風(fēng)速年際振幅增大，變化相對不穩(wěn)定。

5?Mann-Kendall檢驗

圖2給出烏江渡上游站點氣象要素時間序列的M-K檢驗，從4個要素的UF曲線可以看出，年降水量從20世紀(jì)80年代中期起呈減少趨勢，尤其是2011-2017年減少趨勢明顯；年平均氣溫從20世紀(jì)60年代末至90年代末以下降趨勢為主，進(jìn)入21世紀(jì)平均氣溫升高，尤其是2008年以后升高趨勢明顯；年平均相對濕度在21世紀(jì)以來變化趨勢以減小為主，尤其是2006年以后減小趨勢明顯；年平均風(fēng)速從20世紀(jì)60年代初至70年代中期變化趨勢以增大為主，從1979年起呈減小趨勢，尤其是1992年以后減小趨勢明顯。

UF和UB曲線交點位置表明，烏江渡上游年降水量在1985年前后存在由多變少的突變轉(zhuǎn)折，年平均氣溫在2006年前后存在由低變高的突變轉(zhuǎn)折，年平均相對濕度在1998年前后存在由大變小的突變轉(zhuǎn)折，年平均風(fēng)速在1984年前后存在由大變小的突變轉(zhuǎn)折。

6?結(jié)論

對烏江渡上游流域臨近站點對應(yīng)氣象要素近62年變化趨勢及蓄水前后各要素各時段變化進(jìn)行分析表明：

（1）近62年來烏江渡水庫上游流域臨近站點和省內(nèi)其他站年降水量、年平均風(fēng)速和年平均相對濕度均呈下降趨勢，年平均氣溫均呈上升趨勢。水庫上游站點各要素減少（減?。┗蛟黾樱ㄉ撸┑内厔菖c省內(nèi)其他站相比均更加顯著，變化速率更快。降水量的減少對水庫的調(diào)度產(chǎn)生一定影響。

（2）烏江渡水庫蓄水前后降水量從春季和秋季向夏季和冬季移動，蓄水后汛期降水量和平均風(fēng)速年際變化較之前相對不穩(wěn)定，平均氣溫、平均相對濕度年際變化較蓄水前相對穩(wěn)定。降水量變化的不穩(wěn)定要求及時進(jìn)行調(diào)度，以滿足發(fā)電需要。

（3）由M-K檢驗可知，近62年來烏江渡水庫流域上游站點各要素變化均存在突變點，但均未出現(xiàn)在1980年附近，說明烏江渡水庫大壩的修建和蓄水對氣候變化的影響較小。

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作者簡介：黃晨然（1990—??），女，布依族，云南蒙自人，碩士研究生，工程師，研究方向：氣候變化與氣候資源開發(fā)利用。