江垭水库径流变化趋势及原因初步分析

莫正潮

(湖南澧水流域水利水电综合开发有限责任公司 长沙市 410014)

溇水为澧水最大的支流，发源于湖北鹤峰，向东流经湖南桑植、慈利注入澧水，河长约 250km，流域面积约5048km2。江垭水库位于溇水中游，坝址控制流域面积3711km2。江垭水库建成以后，随着三峡水库的蓄水，库区流域气候和水文边界条件都发生了一定变化，径流关系也随之有所改变。该区域有鹤峰县城和淋溪河、铁炉等乡镇，水利化程度较高，是人类活动对流域的自然形态影响较大的区域。本文通过对流域年径流变化的分析，探索影响径流变化的主要因素。

1 概 况

溇水全长250km，溇水流域属副热带季风气候，暖湿多雨，为湖南省最大的暴雨区，多年平均降雨量1650 mm。根据设计资料，江垭水库流域多年平均流量132m3/s，相应年径流量41.6亿m3。

溇水流域水能资源丰富，流域内已建成中型以上水库4座，分别为芭蕉河一级水电站、芭蕉河二级水电站、燕子桥水电站、挑花山水电站、金滩水电站，总库容达1.6亿m3，总装机容量11万kW，流域内另建有多处小型引水发电工程。上述水库的建成，既增加了水库水面的蒸发，又对径流的时空分布形成了一定的影响。流域内另有大型水利发电工程江坪河、淋溪河水电站在建。

在江垭水库流域设立了4个水文站，鹤峰、淋溪河、江垭站为基本站，江坪河为专用水库入库站。并有11个雨量自动测报站，有10年以上测报资料。水库专用水位站2个。

2 年降雨量、径流量变化趋势及相关性

（1）年降雨量变化趋势分析。

根据设计资料，溇水流域多年平均降雨量1650mm，江垭水库建库（1999～2010年）以来水情自动测报系统实测多年平均降雨量为1507mm。江垭水库建库以后年降雨量有所减少，较设计值减少约为8.8%，并呈丰、枯周期性变化，目前流域处于相对的丰水期。江垭水库流域建库以来逐年降雨量及过程线见表1。

表1 江垭水库流域建库以来逐年降雨量统计表 mm

（2）年径流变化趋势分析。

根据设计资料，江垭水库流域多年平均年径流量为41.6亿m3，多年平均流量132m3/s，江垭水库建库（1999～2010年）以来多年平均径流量为34.4亿m3，多年平均流量109m3/s，江垭水库建库以后年径流量有所减少，较设计值减少约17.3%。其主要受降水减少、气温升高以及人类活动影响所致 （流域以上水库拦蓄水量约为1亿m3）。1953～2010年江垭水库多年平均径流量为39.4亿m3，多年平均流量125m3/s。江垭水库流域建库以来逐年径流量见表2，历年年平均流量过程线见图1。由图1趋势线可见，江垭水库流域年径流量呈减少趋势。另一方面年际变化范围缩小，反映出蓄水工程对径流的调节作用，蓄丰补枯。

（3）年降雨与年径流相关性分析。

江垭水库建库以后年降雨量和年径流量均有所减少，但在有其它水库蓄水影响的情况下，从图2来看，两者相关性仍拟合得较好,流域径流系数0.62,与省水文局多年统计资料基本相符。特别在1999～2008年，年降雨与年径流基本呈线性关系。

表2 江垭水库流域逐年径流统计表

图1 江垭水库流域历年年平均流量过程线

图2 1999～2008年江垭水库流域年降雨与年径流相关线

2009年江垭水库完成水情自动测报系统改造，更换了雨量计型号（由1mm计量改为0.5mm计量），并有6个站点雨量计安装位置有所改变，或由山上改为山下，或由河边后靠。流域平均雨量出现了系统偏差，从图2可以看出2009年、2010年偏离了关系线。由于高山、河边风速偏大，会导致雨量偏少，综合分析改造后的雨量统计应更接近于实际。江垭水库水情自动测报系统改造才完成2年，其对江垭水库流域雨量统计的影响还很难定量，有待进一步统计分析。

3 影响年径流量变化的因素

（1）气温因素。

全球气候变暖已是不争的事实，据分析近100年来全球气温平均上升0.5℃左右。具体到江垭水库流域，随着江垭水库库面的形成，三峡水库的蓄水，江垭库区的气候也发生了变化，气温尤其升高较多。以慈利站为例（江垭水库初步设计报告采用）：根据设计资料，多年平均气温为16.7℃，2000～2009年平均气温达到了 18.0℃（2000～2009年慈利站年平均气温统计表见表3）。气温升高，导致地面蒸发增加，形成的地面径流将相应减少。

根据热平衡原理，决定陆地蒸发的关键因素是太阳总辐射及长波有效热辐射。长波有效热辐射是地表接受太阳总辐射后，地面增热，近地层气温增高，因而以长波形式由地面向大气层辐射热量，故可由气温反映出来，陆地蒸发也因此可用经验公式计算：E=（αT+β）Q/L。

表3 2000～2009年慈利站年平均气温统计表 ℃

式中 E——月陆地蒸发量（mm）；

Q——太阳辐射总量（kJ）；

T——平均气温（℃）；

L——蒸发潜热2.47kJ/g；

α，β——系数和常数，长江流域湿润地区，α=0.19，β=0.8。

假定Q不变，将α=0.19，β=0.8，T设=16.7，T现=18.0代入式中，E现=1.062E设。即目前陆地蒸发是前期设计时的1.062倍。按照设计资料，径流深R=1100mm，降雨P= 1650mm，陆地蒸发E=550mm，增加的陆地蒸发在35mm以上，相应年径流减少约3.2%。

（2）水库水面蒸发损失。

在年径流水资源的还原计算中，对于水库水面水量损失计算，一种是认为流域内修建水库之后，原来的陆面蒸发变为建库后的水面蒸发，其差值就是需要还原的水库水面损失量，即：W蒸=A（αE水-E陆）。

式中 W蒸——建库后水库水面损失量；

A——年平均水位相应的库水面面积；

α——蒸发皿折算系数；

E水——蒸发皿年水面蒸发量；

E陆——库区建库前年陆面蒸发量。

在没有陆面蒸发实验资料时，可采用流域年降水量与年径流量之差（P－R）近似代替。故变为：W蒸=A[αE水-（P-R）]。

查江垭水库建库以来水位资料，建库以来江垭水库多年平均库水位为212m，对应江垭水库面积为24km2，考虑还有4处中型水库，水库面积实为30km2左右，即A=30km2。按照设计资料，径流深R= 1100mm，降雨P=1650 mm，取长江流域湿润地区E水=920，α=0.95代入上式，水库水面蒸发损失W蒸=0.1亿m3。水库水面蒸发损失对年径流量影响不大。

（3）人类修建水库等活动的影响。

2002年以来，由于在溇水上相继建成芭蕉河一级水电站、芭蕉河二级水电站、燕子桥水电站、挑花山水电站四座中型水库，特别是2005年芭蕉河一级水电站建成发电后，大量径流供农业灌溉和工业用水；同时随着鹤峰县城的发展，各项用水也加大了径流的损耗。从表4可以看出，2006年以来，鹤峰水文站实测径流远少于多年平均值，同时径流减少比率亦比全流域大得多。考虑鹤峰水文站下游还有金滩水电站和淋溪河、铁炉等乡镇活动影响，人类修建水库等活动导致年径流减少约4%。

4 结 论

（1）从江垭水库建成后运行10余年运行资料分析，本流域气候和水文边界条件都发生一定的变化，年降雨和径流都呈逐年减少趋势，但年降雨和径流仍有较好的相关性。目前本流域处于相对丰水期。

表4 2006～2010鹤峰水文站径流对比分析表

（2）降雨是影响本流域径流变化的主要原因，气温的升高和修建水利工程等人类活动加剧了径流的减少，同时也调节了径流的时空分布。气温升高和修建水利工程等人类活动分别导致径流减少3%、4%以上。

（3）由于江垭水库水情自动测报系统改造更换了雨量计型号，并改变了6个站点雨量计安装位置，流域平均雨量有一定的系统偏差，对年径流系数的计算有一定影响。

（4）由于掌握的水文、气象资料有限，本报告只从几个方面就径流的减少进行探讨，很难对径流的减少准确地定量分析。