漢江下游“一江三河”平原河網(wǎng)IHA區(qū)域分布特征

摘要：在人類活動(dòng)頻繁的地區(qū)，水資源開發(fā)利用過程造成的河流水文情勢改變會(huì)帶來水生態(tài)系統(tǒng)的變化。由于不同區(qū)域的河流水文情勢改變各不相同，在區(qū)域生態(tài)流量的管理中需考慮不同區(qū)域河流水文情勢變化特征，評(píng)估水文情勢改變對(duì)當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)系統(tǒng)的影響，從而實(shí)施具有區(qū)域針對(duì)性的生態(tài)流量管理措施。以漢江下游干流-漢北河-天門河-府澴河區(qū)域（“一江三河”地區(qū)）為研究區(qū)，選取漢江下游干流皇莊、沙洋、仙桃站，“三河”地區(qū)隔蒲潭、天門、應(yīng)城站共6個(gè)水文站的長序列日平均流量，分別分析徑流突變情況，采用水文變化指標(biāo)變動(dòng)范圍法（IHA-RVA）比較區(qū)域內(nèi)不同站點(diǎn)在徑流突變前后的水文情勢變化特征，并結(jié)合指標(biāo)的生態(tài)學(xué)意義對(duì)研究區(qū)的生態(tài)流量調(diào)控提出建議。結(jié)果表明：① 漢江下游干流于1990年發(fā)生徑流突變，三河地區(qū)于2010年發(fā)生徑流突變，突變后流量減小，枯水期延長；② 研究區(qū)6個(gè)站點(diǎn)均存在徑流變異前后的汛期水文指標(biāo)變化過大的問題，可能對(duì)水生生物，尤其是產(chǎn)漂浮性卵的魚類繁殖帶來不利影響，導(dǎo)致水產(chǎn)資源減少；③ 漢江下游干流的水文指標(biāo)正向變化遠(yuǎn)多于三河地區(qū)，中高度變化遠(yuǎn)少于三河地區(qū)，三河地區(qū)更多指標(biāo)偏離適宜范圍。研究成果對(duì)認(rèn)識(shí)生態(tài)流量的區(qū)域性變化特征具有科學(xué)意義，可為生態(tài)流量的區(qū)域管理提供參考依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：水文情勢；徑流突變；空間特征；生態(tài)流量；水文變化指標(biāo)；變動(dòng)范圍法；漢江

中圖法分類號(hào)：P333

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.08.012

0 引 言

“十三五”以來，中國地表水環(huán)境質(zhì)量改善效果顯著，但部分流域或局部水生態(tài)退化問題成為突出短板。強(qiáng)調(diào)水生態(tài)系統(tǒng)整體保護(hù)、促進(jìn)水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量全面改善、提高生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)能力將是未來中國水生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)任務(wù)^［1］，科學(xué)劃定生態(tài)保護(hù)紅線、實(shí)施重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程是重要手段^［2］。近年來，中國河湖生態(tài)流量保障工作不斷加強(qiáng)，水生態(tài)狀況得到初步改善。但受自然稟賦條件限制、不合理開發(fā)利用以及全球氣候變化等影響，部分流域區(qū)域生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水矛盾仍然突出，河湖生態(tài)流量難以保障，河流斷流、湖泊萎縮、生物多樣性受損、生態(tài)服務(wù)功能下降等問題依然嚴(yán)峻^［3-4］。因此，在水資源開發(fā)調(diào)度過程中考慮河流水文情勢變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，為維持流域生態(tài)系統(tǒng)健康和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，具有重要意義。

目前，國內(nèi)外針對(duì)水文情勢變化的研究已有豐富成果。Richter等提出水文變化指標(biāo)（indicators of hydrological alteration，IHA）^［5］與變動(dòng)范圍法（range of variation approach，RVA）^［6］，并總結(jié)出IHA指標(biāo)的生態(tài)學(xué)意義，此后該方法在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用^［7］。曾金鳳等選取江西省尋烏縣的尋烏水背水文站和定南縣的定南勝前水文站兩個(gè)國家站1980～2020年的逐日流量數(shù)據(jù)，運(yùn)用生態(tài)水文指標(biāo)變化范圍法以及水文改變度法綜合評(píng)價(jià)東江源區(qū)的水文情勢改變程度^［8］；董玉婷等對(duì)北洛河吳旗水文站徑流過程變化進(jìn)行變化趨勢檢驗(yàn)，采用水文指標(biāo)變化范圍法對(duì)5組30個(gè)徑流指標(biāo)及其改變度進(jìn)行了評(píng)估，研究流域徑流演變情勢及其對(duì)水土保持和退耕還林等生態(tài)治理工程的響應(yīng)^［9］。McManamay等利用美國7 000多個(gè)測量站的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行包括IHA指標(biāo)集在內(nèi)的41個(gè)指標(biāo)的計(jì)算，利用隨機(jī)森林算法建立了一個(gè)水文變化的預(yù)測模型，并應(yīng)用于美國大小河流^［10］。IHA-RVA方法在生態(tài)流量的應(yīng)用中多側(cè)重于評(píng)估水庫、電站等水利工程對(duì)河流水文情勢的影響、生態(tài)流量閾值確定^［11］等，但國內(nèi)研究多局限于單一站點(diǎn)或單一河流，對(duì)于區(qū)域內(nèi)多條河流或河段做IHA指標(biāo)空間差異性橫向?qū)Ρ鹊难芯枯^少?，F(xiàn)今在生態(tài)流量閾值設(shè)定及監(jiān)管考核中，缺乏對(duì)區(qū)域差異性特征的考慮，存在生態(tài)流量閾值單一化的問題，導(dǎo)致生態(tài)流量閾值缺乏生態(tài)意義，無法充分反映流域水文水動(dòng)力、地形及氣象等特點(diǎn)，與河流的自然屬性及梯級(jí)開發(fā)利用情況等社會(huì)屬性銜接不緊密，與當(dāng)前日益提高的精細(xì)化管理要求不匹配，也給實(shí)際管理調(diào)控帶來困難^［12-13］。因此，根據(jù)不同區(qū)域徑流變化特點(diǎn)合理確定生態(tài)流量目標(biāo)，是生態(tài)流量管理的重要環(huán)節(jié)^［14］。本文采用IHA-RVA方法，對(duì)漢江下游“一江三河”平原河網(wǎng)區(qū)的6個(gè)水文站長序列日徑流量進(jìn)行分區(qū)分析及對(duì)比，考慮不同河流水文、地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)需水特點(diǎn)，分析不同區(qū)域水文情勢變化異同特征，以揭示人類活動(dòng)給不同河流及水生態(tài)系統(tǒng)帶來的影響，為區(qū)域生態(tài)流量管理提出針對(duì)性建議。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為漢江下游“一江三河”河湖水系，位于江漢平原腹地，“一江”指漢江，“三河”指與漢江中下游干流相聯(lián)系的天門河、漢北河、府澴河流域，如圖1所示。南水北調(diào)中線工程水源地丹江口水庫位于漢江中游，漢江為其提供90%以上入庫水量，漢江在全國水資源布局中有著舉足輕重的地位。天門河、漢北河水系處于漢江下游的漢北平原，區(qū)內(nèi)地勢平坦，水系發(fā)育，湖泊眾多。漢北河發(fā)源于大洪山山脈東南麓京山縣孫橋鎮(zhèn)朱家沖，于天門市萬家臺(tái)折向北進(jìn)入人工河道，東流沿程北岸納入皂市河（溾水）、大富水等支流，于漢川市新河鎮(zhèn)新溝閘注入漢江，汛期為5～9月^［15］。天門河發(fā)源于湖北省京山市境內(nèi)的大洪山脈，至凈潭分南、中兩支流，分別流入漢川市的新河口和呂家巷。澴河發(fā)源于河南省羅山縣與湖北省大悟縣接壤的靈山，流域主要在湖北省孝感市境內(nèi)，府河發(fā)源于湖北省隨州市大洪山北麓，至臥龍?zhí)杜c澴水匯合，合并后統(tǒng)稱為府澴河，府澴河于漢口諶家磯注入長江。漢江中下游長時(shí)間經(jīng)受梯級(jí)電站開發(fā)影響，水文情勢發(fā)生較大變化；“三河”地區(qū)處于江漢平原，河道坡度極小，以天門站所在河段為代表的多地河道經(jīng)歷人工改道、渠化工程，區(qū)域水文情勢變化復(fù)雜。

“一江三河”地區(qū)涉及荊門市、天門市、孝感市和武漢市13個(gè)縣市區(qū)，區(qū)域范圍內(nèi)自然面積8 562 km²，2019年總?cè)丝?62萬人，城鎮(zhèn)人口570萬人，生產(chǎn)總值達(dá)7 299.7億元，以全省5%的國土面積，承載了12%的人口，創(chuàng)造了18%的GDP，在湖北省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中戰(zhàn)略地位十分重要。由于“一江三河”地區(qū)在湖北省內(nèi)乃至全國水資源布局、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、糧食安全等戰(zhàn)略中占有重要的地位，該區(qū)域水資源受到較大人類活動(dòng)影響，水文情勢變化復(fù)雜，用水沖突較大，水生態(tài)系統(tǒng)面臨較大威脅。然而，“一江三河”地區(qū)也有眾多水產(chǎn)資源保護(hù)區(qū)及自然資源保護(hù)區(qū)，如漢江沙洋段長吻鮠瓦氏黃顙魚、漢北河瓦氏黃顙魚、漢江潛江段四大家魚、府河細(xì)鱗鲴、大富水河斑鱖、龍賽湖細(xì)鱗鲴翹嘴鲌等國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)，天門市橄欖蟶蚌自然保護(hù)區(qū)、孝感市老鸛湖水生動(dòng)植物自然保護(hù)區(qū)。因此，分析該區(qū)域水文情勢變化情況，提出區(qū)域生態(tài)流量管理建議具有重要意義。

本文在研究區(qū)內(nèi)采集皇莊（1974～2020年）、沙洋（1973～2013年）、仙桃（1972～2020年）、應(yīng)城（二）（1961～2020年）、天門（1997～2020年）和隔蒲潭（1987～2020年）6個(gè)水文站的長序列日徑流數(shù)據(jù)。

2 研究方法

在對(duì)長序列流量資料進(jìn)行研究時(shí)，人類活動(dòng)對(duì)水文情勢的影響是不可忽視的^［16］，需采用突變檢驗(yàn)方法對(duì)長序列徑流資料進(jìn)行檢驗(yàn)，識(shí)別變異點(diǎn)，區(qū)分天然徑流情況和受人類活動(dòng)影響后的徑流情況^［17］。由于突變檢驗(yàn)方法原理不同，單個(gè)檢驗(yàn)方法具有局限性，在應(yīng)用中常結(jié)合多種方法以獲得更準(zhǔn)確的識(shí)別結(jié)果，本文采用Mann-Kendall檢驗(yàn)與Pettitt突變檢驗(yàn)來綜合確定“一江三河”地區(qū)水文情勢突變時(shí)間^［18-20］。

2.1 Mann-Kendall法

對(duì)時(shí)間X_i（i=1，2，…，n）構(gòu)造序列：

若X_i＞X_j，則S_i取1；反之，S_i取0（j=1，2，…，i）。

定義統(tǒng)計(jì)量：

按時(shí)間序列順序計(jì)算統(tǒng)計(jì)量序列，得U_F；按時(shí)間序列逆序重復(fù)上述過程，得統(tǒng)計(jì)序列U_B。如果U_F和U_B兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻便是突變開始的時(shí)間。

2.2 Pettitt法

與Mann-Kendall法類似，Pettitt檢驗(yàn)構(gòu)造形如公式（1）的時(shí)間序列，但對(duì)S_i的定義不同。若X_i＞X_j，則S_i取1；若X_i=X_j，則S_i取0；若X_i＜X_j，則S_i取-1（j=1，2，…，i）。

若t₀時(shí)刻滿足：

K_t0=max|U_k|（5）

則t₀處為突變點(diǎn)。

若p≤0.05則認(rèn)為t點(diǎn)為顯著變異點(diǎn)。

2.3 水文變化指標(biāo)變動(dòng)范圍法（IHA-RVA）

水文變化指標(biāo)（IHA）于1997年由Richter等^［5］提出，該指標(biāo)體系分為5組，一共33個(gè)，總結(jié)了各組指標(biāo)對(duì)水生態(tài)的影響方式。Richter在此指標(biāo)體系基礎(chǔ)上應(yīng)用水生生態(tài)學(xué)理論提出變動(dòng)范圍法（RVA）指導(dǎo)河流管理的目標(biāo)和策略制定。由于原33個(gè)指標(biāo)中的基流指數(shù)指標(biāo)在后續(xù)研究中已經(jīng)發(fā)展出多種定義與計(jì)算方法，本文不再保留該指標(biāo)，選取剩余32個(gè)指標(biāo)，見表1。

在水文指標(biāo)變動(dòng)范圍（RVA）的計(jì)算中，選取突變點(diǎn)前期水文序列25%與75%分位數(shù)^［6］作為滿足河流生態(tài)需求的適宜范圍值，以突變點(diǎn)后指標(biāo)值落入該區(qū)間的情況評(píng)估水文情勢變化情況。本文保留變化度數(shù)值的正負(fù)性意義，對(duì)變化度的計(jì)算方法作出修改，單一指標(biāo)及水文指標(biāo)整體變化度計(jì)算公式如下：

式中：D為水文指標(biāo)整體變化度；D_i為第i個(gè)IHA指標(biāo)的水文改變度；N_0i和N_e分別為變異后各指標(biāo)滿足河流生態(tài)需求條件的實(shí)際年數(shù)和預(yù)測年數(shù)；r為變異前各指標(biāo)滿足河流生態(tài)需求條件的年數(shù)占總年數(shù)比；N_T為變異后總年數(shù)。

RVA計(jì)算得出的變化度含義為：變化度越接近1，表明變異后相對(duì)更多值落入變異前25%～75%范圍中，IHA分布更集中于適宜范圍；變化度越接近-1，表明變異后相對(duì)更少值落入變異前25%～75%范圍中，IHA分布脫離適宜范圍；變化度越接近0，表明變異后落入適宜范圍中的比例與變異前持平，認(rèn)為水文情勢相較于變異前變化不大。本研究在常規(guī)變異程度計(jì)算方法上做出改進(jìn)，對(duì)變化程度等級(jí)定義如表2所列，認(rèn)為變化度值越大，水文情勢極端情況減少，生態(tài)環(huán)境條件改善；變化度值越小，水文情勢極端情況增多，對(duì)當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)系統(tǒng)造成不利影響。

3 研究結(jié)果

3.1 突變檢驗(yàn)

經(jīng)Mann-Kendall法和Pettitt法計(jì)算，“一江三河”地區(qū)6個(gè)站點(diǎn)徑流突變情況如表3所列。三河地區(qū)的天門、應(yīng)城、隔蒲潭站均在2010年左右出現(xiàn)顯著突變，而漢江下游干流的皇莊、沙洋、仙桃站均在1990年左右出現(xiàn)顯著突變，兩地區(qū)突變后均呈下降趨勢。

降水、氣溫等氣候變化和土地利用、水利工程等人類活動(dòng)是影響包括徑流在內(nèi)的水循環(huán)要素演變的兩大驅(qū)動(dòng)因素^{［14，21-24］}。研究表明^［25］，漢江中下游地區(qū)年均蒸散量在20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)上升趨勢，年干濕指數(shù)于1989年達(dá)到峰值后出現(xiàn)下降的趨勢，2000年后進(jìn)入干旱期。1980～2020年以來漢江中下游在人口持續(xù)增長的背景下城鎮(zhèn)化加劇，呈現(xiàn)土地利用率不斷提升，耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的趨勢^［26-27］。影響漢江中下游干流水資源的主要因素包括區(qū)域內(nèi)需水量、上游來水量、調(diào)水量等^［28］，其中農(nóng)業(yè)需水量受降水等氣候因素影響，上游來水量受上游水庫蓄水等因素影響。三河地區(qū)整體徑流量較小，閘泵密布，徑流情勢更易受區(qū)域用水量、閘站啟閉狀態(tài)影響。綜上，漢江下游干流的徑流突變?cè)蚩赡芘c1990年上游安康水庫蓄水和氣候變化有關(guān)，該結(jié)論與段唯鑫^［29］、郭嘉城^［30］的結(jié)論一致。三河地區(qū)徑流突變成因除氣候的干旱趨勢外，也可能與2009年漢江中下游4項(xiàng)治理工程中的系列閘站改造工程的啟動(dòng)和區(qū)域人口增長導(dǎo)致的取用水量增長有關(guān)。

3.2 IHA指標(biāo)空間變化

6個(gè)站點(diǎn)流量均在變異后出現(xiàn)整體減小趨勢，枯水期延長（圖2）。圖3顯示“三河”地區(qū)變化度普遍小于0，結(jié)合圖2可知這種變化是因?yàn)樽儺惡笤戮髁恐荡蠖嗟陀谶m宜范圍（25%～75%）。3月和7月漢江干流的3個(gè)站點(diǎn)變化度均大于0，說明人為調(diào)控后這幾個(gè)月變異后流量整體變低，但極端流量情況減少，更集中于適宜范圍?！耙唤印钡貐^(qū)6個(gè)站點(diǎn)的6月、8～10月變化度均小于0，說明“一江三河”地區(qū)在這3個(gè)月流量降低程度大，脫離適宜范圍。整體而言，“三河”地區(qū)的全年月平均流量極低值增多，整體變化程度大于漢江下游干流，而漢江下游干流全年整體變化程度較小，且有多個(gè)月變化度大于0，表明流量極端值更少、流量更加集中于適宜范圍。

“一江三河”地區(qū)枯水期延長勢必形成更長時(shí)間低流量、高氣溫、高光照的條件，使水華發(fā)生幾率增加，暴發(fā)范圍增大、時(shí)間延長^［31］，對(duì)區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)造成負(fù)面影響。與三河地區(qū)相比，漢江干流下游經(jīng)梯級(jí)水庫調(diào)控在汛期有明顯的削峰效果，對(duì)漢江中下游以四大家魚為代表的產(chǎn)漂流性卵魚類繁殖行為產(chǎn)生抑制效果，可能導(dǎo)致魚類品種減少、生物量減少、水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變、水產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失^［32］。第一組指標(biāo)變化度呈現(xiàn)較明顯區(qū)域差異。同樣受人類活動(dòng)取用水及氣候變化的影響，有梯級(jí)水利工程調(diào)控的漢江下游干流全年月平均流量整體仍能保持較低的變化程度，而“三河”地區(qū)的中小型河流全年月平均流量變化程度較高，體現(xiàn)出梯級(jí)水利工程對(duì)枯水期的調(diào)度效果。缺乏調(diào)控能力的“三河”地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)的流量需求難以保證，需得到更多關(guān)注和調(diào)控措施支持。

從圖4可見，“一江三河”地區(qū)6個(gè)站點(diǎn)中年最高1，3，7，30，90 d累積流量等指標(biāo)在變異前后的變化度基本小于0，且呈現(xiàn)中度至高度變化，說明“一江三河”地區(qū)高流量累積指標(biāo)整體脫離變異前的適宜范圍，各高流量指標(biāo)極端數(shù)值增多；結(jié)合圖5所示流量分布可知，高流量指標(biāo)的極小值增多，導(dǎo)致6個(gè)站高流量累積值整體低于變異前適宜范圍。在低流量指標(biāo)方面，漢江干流的皇莊站5個(gè)低流量指標(biāo)變化度均小于0，而沙洋、仙桃站均大于0，說明皇莊站的低流量累積值比沙洋、仙桃站呈現(xiàn)更強(qiáng)的減小趨勢，極低流量程度和出現(xiàn)頻率增大，而沙洋、仙桃站極低流量極端值減少，如圖5所示?！叭印钡貐^(qū)中，天門、應(yīng)城站的極低流量指標(biāo)變化程度較小，而隔蒲潭站的年最低1，7，30，90 d流量累積值均發(fā)生中度變化。漢江下游干流無斷流情況，“三河”地區(qū)在變異前均有斷流情況，變異后隔蒲潭、天門站斷流情況消失，而應(yīng)城站斷流天數(shù)增多。整體而言，6個(gè)站點(diǎn)的低流量指標(biāo)變化程度小于高流量指標(biāo)，漢江下游干流地區(qū)的高流量指標(biāo)變化度整體小于“三河”地區(qū)，兩區(qū)域水文情勢均難以滿足當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)系統(tǒng)對(duì)高流量作用的需求；漢江下游干流地區(qū)的低流量累積指標(biāo)變化度整體大于三河地區(qū)，且整體大于0，此結(jié)果也體現(xiàn)出梯級(jí)水利工程對(duì)枯水期有較好的調(diào)度效果，能更好地保障當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活、生態(tài)系統(tǒng)在低流量時(shí)期的用水需求。

由圖6可見，漢江下游干流地區(qū)最低流量出現(xiàn)時(shí)間變化度均小于0，“三河”地區(qū)最低流量出現(xiàn)時(shí)間變化度均大于0，說明“三河”地區(qū)最低流量出現(xiàn)時(shí)間呈現(xiàn)集中于適宜范圍的趨勢，漢江下游干流反之。漢江下游干流最高流量出現(xiàn)時(shí)間變化度均大于0，呈現(xiàn)集中于適宜范圍的趨勢，而“三河”地區(qū)該指標(biāo)變化情況不明顯。受人類活動(dòng)影響，漢江下游干流地區(qū)高流量的出現(xiàn)時(shí)間更加穩(wěn)定，洪峰出現(xiàn)時(shí)間更為集中，而最低流量出現(xiàn)時(shí)間更為離散，反映出對(duì)漢江下游干流低流量出現(xiàn)時(shí)間的管理缺失。“三河”地區(qū)的最低及最高流量出現(xiàn)時(shí)間整體變化狀態(tài)較穩(wěn)定。高流量脈沖是魚類漂流性卵生產(chǎn)的必要條件，高流量出現(xiàn)時(shí)間的偏差可能對(duì)魚類繁殖產(chǎn)生負(fù)面影響，應(yīng)城站所在的大富水即面臨此威脅。天門站低脈沖流量出現(xiàn)時(shí)間呈現(xiàn)分散趨勢，且有向秋季移動(dòng)的趨勢，少數(shù)年份本應(yīng)是豐水期的時(shí)間卻出現(xiàn)極低流量，對(duì)水生態(tài)環(huán)境有較大負(fù)面影響?？赡苁且?yàn)樘扉T河流域廣泛分布有糧食種植區(qū)，部分年份為滿足夏季灌溉用水的需求而忽視了生態(tài)流量需求。

由圖7所示，漢江下游干流3個(gè)站點(diǎn)整體高脈沖持續(xù)時(shí)間、出現(xiàn)次數(shù)均顯著減少；低脈沖持續(xù)時(shí)間顯著增加，出現(xiàn)次數(shù)變化程度不明顯；各指標(biāo)變化程度均為中低水平。而“三河”地區(qū)3個(gè)站點(diǎn)的高流量脈沖次數(shù)與持續(xù)時(shí)間大多呈現(xiàn)中高水平變化，具體呈現(xiàn)為變異后3個(gè)站點(diǎn)高流量持續(xù)時(shí)間年際變化變大，隔蒲潭、天門站的高流量脈沖次數(shù)年際變化變大，應(yīng)城站的高流量脈沖次數(shù)急劇減少，此變化可能導(dǎo)致水華暴發(fā)幾率增加、魚類產(chǎn)卵環(huán)境惡化；天門和應(yīng)城站4個(gè)指標(biāo)變化度均小于0，呈脫離于變異前適宜范圍的趨勢。漢江下游干流地區(qū)高流量脈沖次數(shù)變化度均大于0，“三河”地區(qū)均小于0，體現(xiàn)出區(qū)域差異。整體而言，漢江下游干流的低流量持續(xù)時(shí)間和高流量脈沖次數(shù)變化度大于0，兩指標(biāo)呈現(xiàn)更穩(wěn)定趨勢，說明漢江下游干流洪水發(fā)生頻率和枯水持續(xù)時(shí)間得到有效調(diào)控；而“三河”地區(qū)整體而言洪水頻率與持續(xù)時(shí)間、枯水頻率與持續(xù)時(shí)間極端值均增多，變異后的水文情勢偏離適宜范圍。低流量持續(xù)時(shí)間的延長可能導(dǎo)致洲灘、河岸帶裸露，從而影響河道底質(zhì)及河岸生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

6個(gè)站點(diǎn)的日平均流量增加率、減小率在變異后呈現(xiàn)減小趨勢。由圖8可見，漢江干流皇莊、沙洋站流量變化率指標(biāo)變化趨勢相近，而仙桃站在這3個(gè)指標(biāo)中均與上游2個(gè)站點(diǎn)呈現(xiàn)相反的變化趨勢。應(yīng)城站日平均流量增加率和減小率均呈現(xiàn)較高程度變化，這與該站點(diǎn)在徑流變異后斷流天數(shù)變化情況有關(guān)?；是f、沙洋站的反轉(zhuǎn)數(shù)變化都較大，具體體現(xiàn)為流量反轉(zhuǎn)率變小。漢江中下游產(chǎn)漂流性卵的魚類繁殖期需要漲水、流量增加等條件^［33］，仙桃、天門、應(yīng)城站面臨產(chǎn)漂流性卵魚類生物量減少的問題。

3.3 結(jié)果與討論

整體而言，漢江干流地區(qū)IHA指標(biāo)的變化度多處于中低水平，各站點(diǎn)有近半數(shù)指標(biāo)出現(xiàn)正向變化，變化程度要小于“三河”地區(qū)；“三河”地區(qū)低度變化總指標(biāo)數(shù)與漢江干流基本持平，但中高度變化指標(biāo)數(shù)遠(yuǎn)高于漢江干流，發(fā)生正向變化的指標(biāo)數(shù)遠(yuǎn)低于漢江干流，甚至在第1、2、4、5組指標(biāo)中均出現(xiàn)極端變化情況。整體變化度也反映出“三河”地區(qū)水文情勢變化程度大于漢江干流，其中調(diào)控能力最弱的位于府河的隔蒲潭站及位于大富水的應(yīng)城站，變化程度明顯大于位于漢北河河網(wǎng)的天門站及漢江干流各站，如表4所列。數(shù)十年間一系列水利工程、人為調(diào)控措施對(duì)漢江干流及“三河”地區(qū)水文情勢造成影響，進(jìn)而對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成影響。其中漢江干流經(jīng)多級(jí)調(diào)控，水文情勢變化脫離適宜范圍的程度小于“三河”地區(qū)，“三河”地區(qū)的眾多中小型河流生態(tài)流量，尤其是枯水期的需求未受到足夠重視，在徑流變異后面臨水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性喪失、水生生物適宜生存條件破壞的威脅。

4 結(jié) 論

保障河湖生態(tài)流量是生態(tài)文明建設(shè)的重要一環(huán)，事關(guān)江河湖泊健康，事關(guān)高質(zhì)量發(fā)展。近年來，隨著大江大河梯級(jí)水庫開發(fā)日趨完善，流域防洪減災(zāi)水平、洪水資源利用效益得到提高。然而，水資源開發(fā)利用過程中的水文情勢改變對(duì)水生態(tài)造成的影響不容忽視，較小河流及平原河網(wǎng)地區(qū)的生態(tài)流量需要重點(diǎn)關(guān)注。本文應(yīng)用突變檢驗(yàn)方法識(shí)別徑流受人類活動(dòng)干擾發(fā)生明顯變異的時(shí)間點(diǎn)，并參考文獻(xiàn)分析區(qū)域徑流變異成因，將漢江下游干流及與其相聯(lián)系的天門河、漢北河和府澴河6個(gè)水文站點(diǎn)的長序列日平均流量劃分為變異前后兩個(gè)時(shí)間段，對(duì)IHA-RVA方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析后，得出以下結(jié)論：

（1）漢江下游干流于1990年發(fā)生徑流突變，“三河”地區(qū)于2010年發(fā)生徑流突變，突變后流量減小，其成因可能包括上游水庫蓄水、降水量減小、干旱程度增加、用水量增長、土地利用格局變化。突變后枯水期延長，低流量持續(xù)時(shí)間增大，可能導(dǎo)致洲灘裸露，對(duì)河道形態(tài)、河岸生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，水華暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)、水環(huán)境治理壓力增大。

（2）漢江下游干流與“三河”地區(qū)的年最高流量累積值指標(biāo)變化程度相近，但漢江下游干流最低流量累積值指標(biāo)變化程度較三河地區(qū)明顯較小。

（3）“一江三河”地區(qū)6個(gè)站點(diǎn)的5個(gè)年最高流量累積值變化程度比5個(gè)最低流量累積值呈現(xiàn)更大程度的負(fù)向變化，6月、8～10月月平均流量也均呈負(fù)向變化，反映出汛期水文指標(biāo)變化過大的問題，可能對(duì)水生生物，尤其是產(chǎn)漂流性卵的魚類繁殖產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致水產(chǎn)資源減少。

（4）1～12月月平均流量、年低流量累積值、高流量脈沖次數(shù)、最高流量出現(xiàn)時(shí)間等指標(biāo)呈現(xiàn)出漢江下游干流地區(qū)變化程度明顯小于“三河”地區(qū)的情況，即變異后指標(biāo)數(shù)值更集中于適宜范圍。漢江干流的水文指標(biāo)正向變化遠(yuǎn)多于“三河”地區(qū)，中高度變化遠(yuǎn)少于“三河”地區(qū)，整體變化度數(shù)值高于“三河”地區(qū)，“三河”地區(qū)水文情勢相較于漢江干流穩(wěn)定性較低，水生態(tài)條件面臨威脅，該區(qū)域生態(tài)流量需求，尤其是枯水期生態(tài)流量需得到更多重視。

目前，漢江中下游多級(jí)水利樞紐逐漸完善，在未來的調(diào)度中應(yīng)更多考慮河道內(nèi)水生生物對(duì)高流量脈沖大小、頻率的需求。以“三河”地區(qū)為代表的小流量、調(diào)控能力弱、三生用水需求高的河段，應(yīng)著重考慮枯水期極端低流量情況的影響，采用中水回用、改進(jìn)灌溉設(shè)備等節(jié)水措施以保障生態(tài)流量。

參考文獻(xiàn)：

［1］孫福紅，郭一丁，王雨春，等.我國水生態(tài)系統(tǒng)完整性研究的重大意義、現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與主要任務(wù)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2022，35（12）：2748-2757.

［2］中華人民共和國國務(wù)院新聞辦公室.新時(shí)代的中國綠色發(fā)展［N］.人民日?qǐng)?bào)，2023-01-20（7）.

［3］XIANG Z，YU M，JUN X，et al.A combined model for river health evaluation based upon the physical， chemical，and biological elements［J］.Ecological Indicators，2018，84：416-424.

［4］孟鈺，張翔，夏軍，等.河道內(nèi)生態(tài)用水保證率的概念、內(nèi)涵與計(jì)算分析［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2018，26（2）：229-238.

［5］RICHTER B D，BAUMGARTNER J V，POWELL J，et al.A method for assessing hydrologic alteration within ecosystems［J］.Conservation Biology，1996，10（4）：1163-1174.

［6］RICHTER B D，BAUMGARTNER J V，BRAUN D P.A spatial assessment of hydrologic alteration within a river network［J］.Regulated Rivers，1998，14：329-340.

［7］尹心安，王嘉崎，高婷，等.河流水文情勢改變程度計(jì)算方法研究［J］.人民長江，2023，54（6）：66-72.

［8］曾金鳳，劉祖文，劉友存，等.基于IHA-RVA法的東江源區(qū)生態(tài)水文情勢變化分析［J］.水土保持通報(bào)，2021，41（6）：157-164.

［9］董玉婷，王雙銀，穆興民，等.基于IHA-RVA法的生態(tài)治理對(duì)徑流演變情勢的影響評(píng)估［J］.水土保持研究，2023，30（2）：193-200.

［10］MCMANAMAY R A，GEORGE R，MORRISON R R，et al.Mapping hydrologic alteration and ecological consequences in stream reaches of the conterminous United States［J］.Scientific Data，2022，9（1）：450.

［11］孟鈺，張翔，夏軍，等.水文變異下淮河長吻鮠生境變化與適宜流量組合推薦［J］.水利學(xué)報(bào)，2016，47（5）：626-634.

［12］吳可怡，張翔，閆少鋒，等.平原河網(wǎng)生態(tài)流量計(jì)算方法及其適宜性研究［J］.水資源研究，2023，12（1）：1-9.

［13］劉兆孝，王孟，李斐，等.推進(jìn)長江生態(tài)流量保障工作的思考與建議［J］.中國水利，2022（9）：42-44，51.

［14］KENNARD M J，PUSEY B J，OLDEN J D， et al.Classification of natural flow regimes in Australia to support environmental flow management［J］.Freshwater Biology，2010，55：171-193.

［15］閆少鋒，鄧秋良，劉昱，等.基于流速法的漢北河生態(tài)需水研究［J］.江蘇水利，2017（11）：25-29，33.

［16］武瑋，徐宗學(xué)，李發(fā)鵬.渭河關(guān)中段水文情勢改變程度分析［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2012，27（7）：1124-1137.

［17］武連洲，白濤，黃強(qiáng).基于RVA閾值區(qū)間集成的河道內(nèi)生態(tài)需水計(jì)算與應(yīng)用［J］.水資源保護(hù)，2022，38（6）：168-174.

［18］姜瑤，徐宗學(xué)，王靜.基于年徑流序列的五種趨勢檢測方法性能對(duì)比［J］.水利學(xué)報(bào)，2020，51（7）：845-857.

［19］張媛，李常斌，王劉明，等.幾種河川徑流序列突變檢驗(yàn)方法的對(duì)比［J］.水利水電技術(shù)，2020，51（2）：38-47.

［20］管新建，張一鳴，孟鈺，等.徑流序列突變檢驗(yàn)與環(huán)境流量組成：以淮河干流王家壩為例［J］.水土保持研究，2020，27（1）：353-359.

［21］周秋紅，劉成，吳紹飛.修河干流徑流極值系列多時(shí)間尺度變異及成因［J］.人民珠江，2020，41（9）：79-84.

［22］宋曉猛，張建云，占車生，等.氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水文循環(huán)影響研究進(jìn)展［J］.水利學(xué)報(bào)，2013，44（7）：779-90.

［23］朱雙，李建慶，羅顯剛，等.氣候變化和都市化雙重驅(qū)動(dòng)下流域未來水文響應(yīng)［J］.人民長江，2021，52（11）：86-91.

［24］許斌，鄒磊，姚立強(qiáng)，等.長江中下游徑流情勢演變及其歸因分析［J］.人民長江，2022，53（4）：91-97.

［25］張逸飛，張中旺，孫小舟，等.1964～2013年漢江生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶干濕氣候時(shí)空變化分析［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，2017，34（10）：17-23，30.

［26］鄭航，程學(xué)軍，邵逸文，等.2010～2020年漢江中下游流域景觀格局變化分析［J］.水利水電快報(bào)，2023，44（4）：128-135.

［27］楊倩.湖北漢江流域土地利用時(shí)空演變與生態(tài)安全研究［D］.武漢：武漢大學(xué)，2017.

［28］常福宣，陳進(jìn)，張洲英.漢江中下游水資源風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策研究［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，2013，30（7）：11-15，28.

［29］段唯鑫.漢江流域控制性水庫調(diào)度運(yùn)行及影響研究［D］.武漢：武漢大學(xué)，2017.

［30］郭嘉城.應(yīng)對(duì)徑流變異的漢江上游梯級(jí)水庫調(diào)度研究［D］.西安：西安理工大學(xué)，2017.

［31］李建，尹煒，賈海燕，等.漢江中下游硅藻水華研究進(jìn)展與展望［J］.水生態(tài)學(xué)雜志，2020，41（5）：136-144.

［32］李昌文.基于改進(jìn)Tennant法和敏感生態(tài)需求的河流生態(tài)需水關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2015.

［33］朱惇，賈海燕，周琴.漢江中下游河流健康綜合評(píng)價(jià)研究［J］.水生態(tài)學(xué)雜志，2019，40（1）：1-8.

（編輯：謝玲嫻）

Regional characteristics of indicators of hydrological alteration in lower Hanjiang River

and Hanbei-Tianmen-Fuhuan tributary area

WU Keyi^1，2，ZHANG Xiang^1，2，LI Qianqian^1，2，YAN Shaofeng³，LI Tiansheng⁴

（1.State Key Laboratory of Water Resources Engineering and Management，Wuhan University，Wuhan 430072，China; 2.Hubei Key Laboratory of Water System Science for Sponge City Construction，Wuhan University，Wuhan 430072，China; 3.Hubei Institute of Water Resources Survey and Design，Wuhan 430064，China; 4.Hydrogeological Environmental Geological Survey Center，China Geological Survey，Tianjin 300304，China）

Abstract：In areas with frequent human activities，water resource development and utilization causes variations in river hydrological regimes，which leads to changes in the water ecosystem.Variations in river hydrological regimes differ from region to region，therefore，it is necessary to consider the characteristics of river hydrological regime changes and assess their impact on local water ecosystems in the regional management of ecological flow for proposing more region-targeted measures.Taking the Lower Hanjiang River，Hanbei River，Tianmen River，F(xiàn)uhuan River region（Lower Hanjiang River and Hanbei-Tianmen-Fuhuan tributary area）as the research area，the daily average discharge of the long series of six hydrology stations，including Huangzhuang，Shayang，and Xiantao stations in the Lower Hanjiang River，and Geputan，Tianmen and Yingcheng stations in the tributary area，were selected to analyze the abrupt change of runoff，IHA-RVA was used to compare the characteristics of hydrological regime variations before and after the abrupt change of runoff at different stations in the study area.Suggestions were put forward for ecological flow control in the study area based on the ecological significance of these indicators.The results showed that：① Runoff abrupt change in the Lower Hanjiang River occurred in 1990，and that of the tributary area occurred in 2010.After the abrupt change，discharge decreased，and the dry period was prolonged.② Excessive variation of hydrological indicators before and after the abrupt change of runoff in flood season existed in all six stations in the study area，which might adversely affect the reproduction of aquatic organisms，especially the fish that spawn floating eggs，causing the reduction of aquatic resources.③ The positive variation of the hydrological indicators of the Lower Hanjiang River was much more than that of the tributary area while the middle to high variations were much less than that of the tributary area，and more IHAs of the tributary area presented a deviation from suitable range than the Lower Hanjiang River.The results are scientifically significant for understanding regional variation characteristics of ecological flow and provide a reference for regional management of ecological flow.

Key words：hydrological regime; abrupt change of runoff; regional characteristics; ecological flow; indicators of hydrological alteration; range of variation approach; Hanjiang River