三峡水库蓄水运行初期对径流过程影响分析.pdf

第28卷第12期长江科学院院报V0l_28No．122011年l2月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteDee．2011文章编号：1001—5485(2011)12—0l18—07三峡水库蓄水运行初期对径流过程影响分析庞树森。许继军，徐杨(1．长江科学院水资源综合利用研究所，武汉430010；2．三峡梯级调度通信中心，湖北宜昌443133)摘要：依据三峡水库蓄水前后上下游水文站的观测资料，采用TFPw—MK方法对寸滩站、武隆站、宜昌站观测流鼍的长期变化趋势进行了显著性检验，并对三峡水库蓄水运行以来水库对径流过程的影响做了对比分析。结果表明三峡水库运行对径流总量无明显影响，但对径流的年内过程有一定影响：12—6月水库下泄流量大于天然径流量，而9—11月蓄水期则存在明显的减泄现象，2009年最大减泄流量12015m。／s。经优化调整后的三峡水库汛末蓄水方案，对此减泄过程有一定缓解，2010年最大减泄流量7923In／s。关键词：三峡水库；径流变化趋势；水库汛末蓄水；径流过程分析中图分类号：TV213．9文献标识码：A制水位145133，防洪库容221．5亿m，枯季消落最低水位155ITI。根据初步设计阶段调度规程，初步设1概述计阶段三峡水库运行水位见图1所示。三峡工程是一座具有防洪、发电和航运等综合效益的大型水利枢纽工程，其巨大的调节能力将对长江中下游干流的径流过程产生一定影响¨．2J。三峡水库的入库流量主要来自长江干流寸滩以上、支流乌江以及三峡区间产流。其中寸滩和武隆占入库径流总量的90％以上。本文以长江寸滩水文站、乌江武隆水文站观测流量，作为三峡水库主要来水分析依据(因三峡区间支流入库流量观测资料有限，图1初步设计阶段三峡水库运行水位示意图Fig．1TheoperatinglevelofThreeGorgesReservoir本次研究暂不计人三峡区间入库水量)，同时选择attheinitialdesignstage宜昌水文站观测流量作为三峡水库出库分析依据。采用数据为寸滩水文站(1953—2010年)、武隆水文按照1993年7月国务院三峡工程建设委员会站(1953—2010年)、宜昌水文站(1953—2010年)批复，三峡水库分3个水位进行分期蓄水，即：围堰的日径流数据。挡水发电期，水位1351TI；初期运行期，水位组合为为探讨三峡水库蓄水运行初期对径流过程影135—156In；正常运行期，水位组合为145～1751TI。响，本文将从以下两方面对三峡水库蓄水运行初期三峡水库于2003年6月首次蓄水至135m水位，工对径流过程的影响进行分析：一是对三峡水库蓄水程进入围堰挡水发电期，11月5日蓄水至139m水前后，尤其是水库蓄水运行初期年、月径流变化趋势位，汛期按135m水位运行，枯季按139m水位运进行检验；二是在分析年、月径流变化趋势的基础上行。2006年9月20日三峡水库开始汛后蓄水，10分析三峡水库蓄水以来(2003—2010年)出入库径月28日蓄水至156Ill，工程进入初期运行期，汛期流过程变化。按144—14513q运行。2008年，大坝、电站厂房、船闸已全部完建，发电机组全部投入使用，提前1年具备蓄水至175In水位的条件。经国务院批准，20082三峡水库蓄水过程及运行方式年汛末进行175ITI试验性蓄水，9月28目开始蓄三峡水库设计正常蓄水位175m，汛期防洪限水，11月10日库水位最高蓄至172．801TI。收稿日期：2011-10—20基金项目：水利部公益性行业专项(201101004)作者简介：庞树森(1986一)，男，山东临沂人，硕士研究生，主要从事水文预报等方面研究，(电话)027—82828101(电子信箱)pshusen@163．com。 第12期庞树森等三峡水库蓄水运行初期对径流过程影响分析l19遵照国务院批复的《三峡水库优化调度方案》(2009年10月)和《三峡工程2009年试验性蓄水方案》，2009年三峡水库汛末蓄水时间提前至9月15日开始试验性蓄水。但由于蓄水期间(9—10月)，上游来水偏少，同时中下游湖南、江西等省旱情严重，为缓解中下游干旱情势，三峡水库加大下泄流量_3J。11月24日蓄至最高水位171．43m，三峡水库原定的试验性蓄水175m未能完成。考虑2008年和2009年三峡水库试验蓄水均未蓄至175m，经长江防总认真研究和慎重考虑后，结合三峡水库入库泥沙观测数据以及中下游9—11月期间的最小径流要求等，在《三峡水库优化调度方案》和国家防总批复的《三峡一葛洲坝水利枢纽2010年汛期调度运用方案》的基础上审查通过了，吕《三峡工程2010年175米试验性蓄水实施计划》删(以下简要捣称《均实施计划，》、(1)qE，；Ⅲ该)／襄《实施0计：划：》已获国家遮防总批复(国汛[2010]10号)。《实施计划》规定2010年蓄水起始时间将由9月15日提前至9月1O日。因此在2010年，三峡水库汛末蓄水时间为9月年份10日，至10月26日蓄水至水位175m。(b)10月图2寸滩站部分月份平均流量变化趋势图Fig。2Trendofvadatiansofmonthlyaverage3径流过程长期变化趋势flowatCunmns~fioninFebruaryandO~ober采用改进的Mann—Kendall检验方法TFPW(Trend．FreePer．Whitening)．MK检验法，对径流序列变化趋势的显著性进行检验，显著水平a取一0．1，详细方法及计算步骤请参见文献[6]。为检验《三峡水库蓄水运行后对径流变化趋势的影响，本文对观测的径流序列进行分阶段考虑，分别是蓄水前1953—2002年50a径流序列和1953—2010年增加蓄水后的径流序列。3．11953—2002年序列变化趋势在三峡水库初次蓄水之前，寸滩、武隆、宜昌水文站年径流变化趋势有以下特点：(1)3个水文站点的年平均流量变化趋势不显；、著，说明寸滩站、武隆站及宜昌站在1953—2002年流量序列的变化不明显。(2)从各月平均流量来看：寸滩站各月平均流量均没有显著性增加，月平均流量显著性减少的主要是l0月和11月(其中10月份的平均流量变化趋势见图2(b)，图中实趋势线是1953—2010年相应变化趋势线，虚趋势线是1953—2002年相应变化趋图3武隆站部分月份平均流量变化趋势图势线，下同)；武隆站各月平均流量显著增加的主要Fig．3Trendofvacationsofmonthlyaverage是1—3月(2月份见图3(a))，显著减少的主要是5flowatWdongs~tioninFebruaryandMay月(见图3(b))；宜昌站各月平均流量显著增加的 12O长江科学院院报色媛年份(a)寸滩站(1953-2010)吕倒年份年份(b)11月(b)宜昌站(1953-2010)图4宜昌站部分月份平均流量变化趋势图Fig．4Trendofvariationsofmonthlyaverageflow图5寸滩宜昌站多年年平均流量变化趋势atYichangstationinMarchandNovemberFig．5TrendofvariationsofyearlyaverageflowatCuntanstationandYichangstation3．21953—2010年序列变化趋势将研究的径流序列延长至2010年，即增加三峡长江上游地区已建水库的蓄水运行影响，5月流量水库蓄水以后的径流序列。寸滩、武隆、宜昌站流量显著减少(见图3(b))。宜昌站流量1—4月平均流出现以下变化趋势：量显著增加(3月份见图4(a))，l0和11月则显著(1)三峡水库上游寸滩站年平均流量明显减减少(11月份见图4(b))。少，下游宜昌站年平均流量减小趋势也明显(见图对比1953—2002年和1953—2010年这2个系5)。2003—2010年宜昌站多年平均流量较宜昌列的趋势分析结果，可以看出，2003年以来长江上2002年以前50a多年平均流量减少9％。年均流游径流量减少明显，这与该地区连续出现的几个枯量减少的主要原因是由气候及上游大型水利工程的水年份有关。建设引起的。3．32003—2010年期间径流变化(2)从各月流量变化来看：总的趋势是枯季平根据三峡水库调度规程，三峡水库5—6月泄水均流量增加，汛期平均流量减少。寸滩站1—3月流至汛期水位，9—11月蓄水至正常水位。表1给出量显著增加，(2月份见图2(a))，10和11月显著减2003—2010年寸滩、武隆、宜昌站的径流变化统计，少(1O月份见图2(b))；武隆站1—3月流量显著增其中，当增减百分率大于10％认为径流增加明显，加(2月份见图3(a))，这种变化在一定程度上受到反之当增减百分率小于10％时则认为减少明显J。表12003—2010年径流变化统计TabLe1Statisticsofyearlyrunofduringtheoperationperiodfrom2003to2010 第l2期庞树森等三峡水库蓄水运行初期对径流过程影响分析121如表1所示，3个水文站枯季径流均呈增加趋势，其中寸滩站、宜昌站流量增加最为显著；而汛期径流则呈减小趋势，其中武隆站、宜昌站流量显著减小；三峡水库蓄水期，宜昌站流量显著减小。4三峡水库蓄水运行期出入库径流g兽==：兮2=昌gg2=高g苫：过程分析gggggggggggg冒冒窨箸鲁8ggg吕g苫荟§童量§§§§童奢奢童量奢奢奢奢§§§§§喜童4．1建设过程中蓄水对径流过程的影响日期(年．月-日)(a)2007年1-4月(1)2003年三峡水库开始围堰挡水初期蓄水发电，水库运行水位为135～139m。2003年开始蓄水至水位135nl期间，坝址以上流域没有出现大的洪水过程。三峡入库流量(寸滩站与武隆站的观测流量之和，以下所指相同)的最大值16416m／s，最小入库流量8928m。／s；三峡水库下泄流量(宜昌站一∞．￡硼)／删耀舄千^口I)，咖螺^fⅧ一谪蠛瓤磐观测流量‘J)最4．小；为2570m／s。初次蓄水6至421305m8642220864224680O000OO0OO0∞0∞O∞0∞0∞O荨葛写22∞∞∞∞∞篙=∞昌O∞昌∞篁∞∞竺葛是咖㈣咖咖咖。㈣期间的蓄水过程中，最大减泄流量达12810／II／s，平均减泄流量为8909．7m／s。lllllllllllllllll1日期(年-月Et)(2)2006年l0月开始三峡水库进行初期运(b)2007年5—6月用，坝前水位为144～156m。从2006年9月20日开始蓄水至10月27日期间，从三峡水库出入库流量变化来看，最大减泄流量达10669m／s，蓄水期间平均减泄流量为2844．8m／s，其中9月20日至IlIlIlI1．．．．Ill,II．III．-IlIIIIIlI．IIlIfl-IlI_IIIII．．10月16日平均减泄流量达4300m／s。(3)2007年三峡主体工程浇筑接近完毕，三峡：‘l_I。。。¨”‘。一Ina、n卜一0寸。。N、。0m卜__。、m卜水库蓄水以来第一次实现了完整的运行年。该年平000一-_00一一__t"ln00一一一N卜0卜0卜0卜0卜0卜0卜0、卜笪瞠。。∞∞∞。。o。巷0000000000000000均流量为12758Ill／s，较多年平均减少7％，为平水卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜00000000莹00000000堂0000000000000000000000000NN一枯水年。下面根据三峡水库2007年出入库流量数日期(年．月-日)(c)2007年7‘9月3000据，详细分析水库运行的减泄和增泄过程(2007年各月出入库径流变化见图6)。①2007年1—4月，从出入库流量之差来看，以放水发电为主，增泄流量平均为985．7m／s，其中下泄主要集中在2—4月，4月末下泄量较大，最大增泄流量达4438m／s。②5—6月份期间，因腾空防洪库容需要，坝前库g：兮S2=罱窨昌2=竺罱g兽2昌葛罱吉二二二二水位开始由156m逐渐下降至144m，相应下泄流量8昌g昌g昌g昌8鲁昌昌暑昌昌昌g星兽8昌昌昌将加大，下泄流量增加明显，最大出入库流量差值为日期(年一月，日)(d120t)7年10-12月14789m／s，平均增泄流量为3202．6m／s。6月下旬增泄流量较大，平均增泄流量达5000m／s以上。图62007年各运行期出入库径流过程变化③7—9月份，坝前水位控制在144m以下，当Fig．6Changesofi~21owandoutflownInOlfprocess坝前水位低于144m时，三峡水库就适当蓄一些水，duringtheoperationiIl2007反之则适当多放一些水，因此三峡水库出库流量相减泄流量7836m／s，10月份全月平均减泄流量为对于入库流量来说，增减不一。2045．8m／s，其中在lO月1日至l0月20日期间平④自9月末开始，三峡水库开始由144m蓄水至均减泄流量接近3000m／s。10月份之后，三峡水库156Ill，10月上中旬，水库蓄水的减泄流量明显，最大蓄水完成，水库有蓄有泄，日幅度变化较小。 长江科学院院报2011丘^∞．c山一，兽热磐4．22008—2010年试验性蓄水运行对径流过程∞0O∞0如∞0∞0∞O吣的影响4．2．12008年出入库径流过程变化邑咖三峡水库自9月28日开始蓄水，蓄水过程分为2耀裁磐个阶段：第一阶段9月28日至10月5日，此阶段三峡水库蓄水至156m，最大减泄流量是13123m3／s，平均减泄流量为7120m／s，平均下泄流量为17376nl／s。10月5—17日，三峡水库按照不超过156m控制，此期间平均入库流量为15264m。／s，下泄流量为1518001／s。第二阶段为10月17日至11。。。。}．月4日，由于10月28—30日出现持续降雨过程导致上游涨水而调整蓄水进度，水库于11月4Et蓄水至谪172．80m，期间水库减泄流量明显，日最大减泄流量磐为7l44m／s(见图7)。I2o。。0荨辱==蜀21竺昌8g=薹辱辱昌昌昌sS霉零罨蓉毒蓉蓉蓉鲁鲁毫e．iili§e-ii；ii§l§llll害e．il譬r．i42．：罱g骂2=竺罱罱罱；写螽-．48窨2222222222宝2222：=：==-8誉莩蓉蓉善善重菪善誊善营善善菪重菪善蓍善詈蓍．1。日期侔一月-E1)-1．图72008年蓄水期出入库径流过程变化Fig．7ChangesofinflowandoutflowrunofprocessduHngtheimpoundmentin2008日期(年．月．日)(C)2009年蓄水期4．2．22009年出入库径流过程变化9月15日开始蓄水，起蓄水位145．87m，待蓄水量217亿m。2009年各月出入库径流变化见图8。．．．．．．．．1lIIlIlIII(1)1—6月，三峡水库以泄水为主，最大增泄IIII⋯。’¨‘1流量为8341m／s，平均增泄流量为2077m／s。(2)2009年汛期是三峡水库具备正常运行期运行条件以来的首次防洪运用，三峡水库按照汛期145—155ITI调节径流。就8月上旬的一场洪水而言，入库流量为55898m／s，出库流量为38868m／s，削峰17030m／s，削峰率为30％，通过拦蓄洪水减轻了长江中下游的防洪压力。(3)由于2008年三峡水库通过了172．80rn高水位的检验，2009年提前13d开始蓄水。9月15日至10月31日，三峡水库平均减泄流量3562m／s，最大减泄流量是12015m／s，10月上、中、下旬平均减泄流量分别为5138，5311，1865m／s，平均减泄流量3923ITI／s。10月31日，三峡水库已经蓄水至171m，离最高水位仅有4171。10月份三峡水库来水偏枯和长江中下游发生持续干旱，10月份平均入库流量为12500m／s，比多年同期平均值偏少约35％。 第12期庞树森等三峡水库蓄水运行初期对径流过程影响分析一卜s．一／鲁鹾罂对上下游来水、需水的不同情况，实现蓄水175m目均值为1446．5m／s。增泄日幅度在20001TI／s左标，应适当增加9月份的蓄水任务。2010年三峡工程右。4月末出现减泄过程，减泄流量约1000in／s。于9月10日开始第3次试验性蓄水，起蓄水位承接5—6月，水库依然加大泄水，水库水位由155m降低前期防洪运用水位160．21TI，较2009年起蓄水位提高至145ITI汛限水位。5月下旬及6月上旬增泄流量了15．33ITI。2010年各月出入库径流变化见图9。较大，平均增泄流量大于4000in／s，6月下旬，出入(1)1—4月，水库增泄明显，水库增泄流量平库流量之差有增有减，6月20日、21日出现一次较大的减泄过程。(2)2010年7—9月汛期长江上游发生较大的洪水，三峡水库对长江上游出现的洪水过程成功实施拦洪削峰调度，拦蓄洪水，有效降低了长江中下游干流沿程水位。有较大洪水来临时，水库减泄流量增加，洪水过后，水库增泄量增加，增减不一。水库对洪水调节作用明显。(3)2010年9月10日开始蓄水，较2009年提日期(年一月一日)前5d开始蓄水，2008年提前18d，10月27日三峡(a)2010年1．4月10000水库水位首次达到175in，蓄水期间平均减泄流量80006000为2796m／s。9月10—14日提前蓄水期间，三峡4000吕2000lIIIIlIIIIIIlIIIlIIIllIIIlIIiIIlIlIII．1，Ill水库平均减泄流量为3298m／s，最大减泄流量是咖07923m／s，蓄水量为l4．2亿1TI。按照长江防总调羹．2000磐-4000度令，9月15日蓄水至I62．96in，之后库水位开始．6000_。llIl8000逐步回落，9月30日，库水位达到162．84m。10月．1000012日，三峡水库蓄水至170m，由于2008年和2009年最高蓄水位均为超过172．80m，根据三峡防总调臼期(年一月一日)(b)2OlO年5—6月令，lO月15日起，减缓库水位抬升速度，10月15—27日水库平均减泄流量为3703111／s，10月27日，ilJ,I一。Ii．IIIIIII1,,$III-．．．．。I1．-．．．水库成功蓄水至175m正常蓄水位。_Il。IIII_’Il5结论I本文对寸滩站、武隆站、宜昌站观测流量的长期弓雩辱号军号写号萼变化趋势，以及三峡水库蓄水运行以来出入库径流g兽蓦蓦兽鲁兽琴答蓦兽S窘8过程进行了分析，认识如下：昌高昌昌高昌昌昌昌罱日期(年一月一日)(1)三峡水库入库年径流变化不显著，但是不rc)2010年7—9月同月份存在径流增加或减小趋势，主要表现为汛期径流减小而枯季增加。宜昌站年径流在2003年三峡水库蓄水以前变化不显著，而将径流序列延长至2010年，宜昌站年径流减小趋势显著。蓄水运行后，部分月份径流变化显著，表现在三峡水库蓄水期(10—11月份)减少趋势明显，泄水期(5—6月份)．8000一。222瓮g苫g22曼瓮增加趋势明显。奎鸯§夸夸夸夸堂曼曼曼曼{苎曼{曼{古昌高昌昌昌昌昌昌昌高昌高罱昌昌高昌(2)蓄水期三峡水库对出入库径流调节明显，日期(年．月一日)(d)2010年蓄水期出库流量小于入库流量；枯季出库流量大于入库流图92010年各运行期出入库径流过程变化量；汛期，水库对较大洪水进行蓄洪调节。三峡水库Fig．9Changesofinflowandoutflowrunof除9一l1月蓄水期以及5—6月加大泄水期对径流processduringtheoperationin2010调节较fJ显外，其他月份对径流调节不明显。 124长江科学院院报2011年(3)2008年和2009年，三峡水库进行2次试题[J]．人民长江，2010，41(8)：1—4．(ZHENGShou—验性蓄水均未蓄水至175m，2010年三峡水库提前ren．SomeConsiderationsonTrialImpoundmentOperationofThreeGorgesProjectat175mWaterLevel[J]．Yangtze至9月10日蓄水，较2009年提前5d，较2008年提River，2010，41(8)：1—4．(inChinese))前18d，增加9月份的蓄水任务，提前减小水库下泄[4]DAVIDRM．HandbookofHydrology[M]．NewYork：流量。2010年三峡水库蓄水过程更加平缓，最大减Mc~aw—Hill，1993．泄流量为7923m／s，较2009年最大减泄流量减小[5]YUES，HASHINOM．Long—termTrendsofAnnualand4092m’／s，较2008年减小5200m／s。MonthlyPrecipitationinJapan[J]．JournaloftheAmeri—callWaterResourceAssociation，2003，39(3)：587—596．参考文献：[6]许继军，杨大文，雷志栋，等．长江流域降水量和径流量栾震宇，施勇，陈炼钢，等．三峡工程蓄水前后长江中长期变化趋势检验[J]．人民长江，2006，37(9)：63—67．游水位流量变化分析[J]．人民长江，2009，14(4)：44—(XUJi—jun，YANGDa—wen，LEIZhi—dong，eta1．Exami—46．(LUANZhen—yu，SHIYong，CHENLian—gang，eta1．nationontheTendencyofLong-termVariationofPrecipita·-AnalysisofWaterLevelandDischargeVariationinMiddletionandRunofintheYangtzeRiverBasin[J]．YangtzeYangtzeRiverafterImpoundmentofTGPReservoirJJ}．River，2006，37(9)：63—67．(inChinese))YangtzeRiver，2009，14(4)：4—46．(inChinese))[7]李林，王振宇，秦宁生，等．长江上游径流量变化及[2]刘同宦，蔺秋生，姚仕明．三峡工程蓄水前后进出库水其与影响因子关系分析[J]．自然资源学报，2004，19(沙特性及径流量时间序列变化周期分析[J]．四川大学6)：694～700．(LILin，WANGZhen—yu，QINNing—学报(工程科学版)，2011，43(1)：58—63．(LIUTong·sheng，eta1．AnalysisoftheRelationshipBetweenRunofhuan，LINQiu—sheng，YAOShi—ming．AnalysisofThreeAmountandItsImpactingFactorintheUpperYangtzeGorgesReservoirWater—SedimentandthePeriodofChangeRiver[J]．JournalofNaturalResources，2004，19(6)：ofTemporalSeriesofAnnualRunoffJ]．JournalofSi．694—700．(inChinese))chuanUniversity(EngineeringScienceEdition)，2011，43(1)：58～63．(inChinese))(编辑：曾小汉)[3]郑守仁．三峡工程试验性蓄水175m水位运行的相关问ImpactoftheImpoundmentofThreeGorgesReservoironRun0置fProcessPANGShu—sen，XUJi-jun，XUYang(1．YangtzeRiverScientificResearchInstitute，Wuhan430010，China；2．ThreeGorgesCascadeDispatchingandCommunicationCenter，Yichang443133，China)Abstract：OnthebasisofhydrologicdataatupstreamanddownstreamstationsofThreeGorgesReservoir(TGR)beforeandaftertheimpoundment，significancetestwasperformedonthetrendoflong—termflowvariationobservedatCuntanstation，Wulongstation，andYichangstationbyTFPW—MKmethod．TheimpactofTGRimpoundmentonrunofprocesswasalsocomparativelyanalyzed．Resultsrevealedthatnoevidentimpactontherunofprocesswasfound，whiletheyearlyrunofprocesswassomehowinfluenced．ThedischargevolumefromDecembertonextJunewaslargerthannaturalrunof，whilewasreducedremarkablyfromSeptembertoNovemberwithamaximumde—creaseof12015m／sin2009．Havingbeenoptimizedbytheimpoundmentschemeattheendoffloodseason．themaximumdecreaseofdischargevolumefellto7923m／s．Keywords：ThreeGorgesReservoir；runoftrends；impoundmentattheendoffloodseason；analysisofrunofprocess