湘江枯水期水位过低原因分析-韩帅..doc

湘江枯水期水位过低原因分析 韩 帅1 夏自强2 马 军1 （1.湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙 41007； 2.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098） 摘要：自2003年三峡水库开始蓄水以来，三峡水库下游洞庭湖水系湘江长沙段水位在枯水期屡屡偏低，而且持续时间越来越长。通过复Morlet小波分析和M—K检验，对2003年前后湘江控制站湘潭站流量资料的对比分析，以及长沙（三站）站水位资料2003年前后对比分析，得出湘江流量2003年以来并没有明显减少，而长沙水位枯水期降低明显。分析洞庭湖2003年前后来水来沙的变化，得出湘江枯水期水位过低与三峡水库蓄水期相应，水位过低的原因主要是受三峡水库的影响。 关键词：三峡水库；湘江；复Morlet小波分析；M—K检验；湘潭站 自2003年三峡水库开始蓄水以来，水库下游洞庭湖水系湘江下游长沙段（从湘潭站至入洞庭湖河口段）的水位在枯水期持续偏低，而且屡创历史最低纪录。湘江水位过低，不仅危及湘江的生态系统，而且给长沙城市生活工业用水带来困难。湘江水位偏低究竟由什么原因引起，本文通过以下方面进行分析。 1 三峡水库调度方式[1] 三峡水库按照满足防洪、发电、航运、排沙和环境保护等综合要求，进行水库运行调度。每年5—6月初，为腾出防洪库容，水库水位降至防洪限制水位145m。汛期6—9月，水库一般维持在此低水位运行，超过电站过流能力的水量，通过泄洪段下泄。仅当洪水来量将超过中下游河道安全泄量时，水库才拦洪蓄水，使库水位抬高，洪峰过后，库水位仍降至145m运行。10月份，水库蓄水，库水位逐步升高至175m，少数枯水年份蓄水过程延续到11月份。头年11月至次年4月底，水库尽量维持在较高水位，使水电站按电网调峰要求运行。当入库流量小于电站发电保证出力的流量要求时，动用调节库容，库水位下降，但4月末以前，库水位不能低于155m，以保证发电水头和上游航道必要的航深。5月份开始进一步降低水位至防洪限制水位。 2 湘江湘潭站水文分析 湘江湘潭站是湘江流入洞庭湖的控制站。通过运用小波分析和Hydrospect软件对湘潭站历年流量资料进行趋势分析预测。 2.1 复Morlet小波分析 采用复Morlet小波分析方法[3]，对湘潭站1950年—2007年的年均流量距平分析，得到小波变换系数的实部、模平方以及小波方差，如图1和图2[2]。小波系数实数为正时，表示流量偏丰，图中用实线绘制；小波系数实数为负时表示流量偏枯，图中用虚线绘制；小波系数为零则对应丰枯突变点。 图1 湘潭站流量距平小波分析实部 图2 湘潭站流量距平小波分析模平方 从湘潭站年均流量距平小波分析实部时频分布图中可以看出，主要存在3—7a、8—16a两类周期性分布。8—16a的周期性分布在1990年以后，枯水周期要比丰水周期长而且明显；2007年处于枯水周期，且未闭合,说明2007年以后湘江仍将处于枯水周期。3—7a的周期在1976年—1990年间不是很明显外，其他时段分布比较明显。从图中可以看出2007年后，丰水周期即将闭合，说明2007年以后两三年将进入枯水周期。2002年—2005年间的8—16a的丰水期大周期性分布，与以往相比不够明显。 从模平方图中也可看出，在58年的时间内，能量密度主要集中分布在三个区域。8～16年周期性比较明显，1990年以后3—8a年的小周期能量密度比较集中，2007年此能量密度还比较集中，而大周期能量比较稀疏，说明2007年以后仍将以3—8a的小周期为主。 根据小波分析，2003年后湘潭站的年均流量依然遵循以前的规律，并没有发生突然的变化。 2.2 M—K分析 M—K分析需采用Hydrospect软件，Hydrospect软件是由英国Maciej Radziejewski Zbigniew W. Kundzewicz等[4、5]研制的，主要用来做水文检验和趋势分析。分析采用湘潭站1950年—2007年的流量资料进行，将58a资料分成1950年—1962年、1963年—1989年、1990年—2007年三个时段以及分成全年、9月、10月和11月四个部分采用M—K法进行趋势分析。给定显著性水平全年α=0.05，即，计算结果如图3所示。 图3 湘潭站年均流量M—K统计量曲线 曲线由时间序列计算出的统计量序列，为时间序列的逆序统计所得。由曲线可见，1954年湘潭站的年均流量达到了显著水平α为0.05上临界值外，其他年份都处于置信水平之间。1991年以后年径流量呈增加趋势，根据和曲线交点的位置，确定年径流量增加趋势的突变点为1990年。 根据湘潭站流量资料M—K法检验结果（见表1，表中显著性水平全年α=0.05，Uα/2=1.96），可以看出M—K检验都不显著，说明湘潭站流量变化趋势