小浪底水库运行对下游河道水文情势的影响评价

第３０卷第１１期２　０　１　２年１　

１月水　电　能　源　科　学

Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．１１

Ｎｏｖ．２　０　１　

２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）１１－００２１－

０５小浪底水库运行对下游河道水文情势的影响评价

杨丽莉１，马细霞１，焦瑞峰２，张炳山１

（１．郑州大学水利与环境学院，河南郑州４５０００１；２．黄河水资源保护科学研究所，河南郑州４５０００４）摘要：为评价小浪底水库运行对黄河下游河道泥沙及生态环境的影响，依据黄河下游花园口站１９６０～２０１０年日均流量资料，采用变化范围法（ＲＶＡ）定量评价了水文条件改变程度，分析了小浪底水库建库前后黄河下游水文条件变化，评价了下游河道泥沙及生态环境的改变。结果表明，与建库前相比，小浪底水库的运行使下游河道水文情势发生了高度改变，整体水文改变度为７１．６％，而对生态环境已严重恶化的黄河下游，小浪底水库的运行极大地改善了黄河下游泥沙淤积问题，同时对生态环境的影响整体呈有利趋势。关键词：变化范围法；水文改变指标；调水调沙；生态环境；黄河小浪底水库

中图分类号：Ｐ３３３；ＴＶ６２＋

２

文献标志码：Ａ

收稿日期：２０１２－０３－０５，修回日期：２０１２－０４－

２５作者简介：杨丽莉（１９８５－），女，硕士研究生，研究方向为水文学及水资源，Ｅ－ｍａｉｌ：６１９５７１６３８＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者：马细霞（１９６３－），女，教授，研究方向为水资源优化规划与管理，Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａｘｘ＠ｚ

ｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 小浪底水库位于黄河中游最后一段峡谷的出口，是控制黄河下游水沙的关键部位。２００２年以来，运用小浪底水库连续８年调水调沙，将５亿多吨泥沙输入大海，有效延缓了黄河下游淤积，扭转了黄河下游河床逐年淤积抬高的局面，同时使黄河下游湿地自然保护区、生态环境得到改善，恢复了水生生物的多样性。但由于水库的调水调沙作用，也致使部分水文情势产生负面改变，从而对下游生态环境产生消极影响。实践证明，尽管水利枢纽会改变河流的水文情势，对河流下游生物种群和生态环境产生影响，但合理的调度方式将会减小或消除这种负面影响。近年来，关于小浪底水库管理方面的研究大多集中于水库初期调水调沙运行方式、水库运行对下游河道演变及周围环

境影响等方面［１～４］

，而小浪底水库对下游水文情

势影响的研究还仅局限于对水文情势中某一项或某几项水文参数进行分析，

并以此作为评价小浪底水库建设对下游河道影响优劣性的参考指标。为更全面地评价小浪底水库运行对下游河道及生态的影响，本文尝试运用水文变化指标（ＩＨＡ）体系，采用变化范围法（ＲＶＡ）评估小浪底水库运行对黄河下游水文情势及生态系统的影响，以期为小浪底水库的运行管理提供决策依据。

１　变化范围法

１

９９６年，Ｒｉｃｈｔｅｒ提出了水文变化指标（ＩＨＡ）

法［５，６］

，即以水文情势的量、时间、频率、历时、变化速率５种基本特征为基础，根据河流的日水文资料建立３２个可量化的、与生态系统具有一定关系的水文参数（

表１），利用其数值变化情况来评价水文变化的程度及其对生态系统的影响。

表１　水文变化指标及参数含义

Ｔａｂ．１　Ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ＩＨＡ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｍｅａｎｉｎｇ

ｓＩＨＡ指标水文参数

生态系统响应月流量值　

月流量的平均值或中值（１２个指标）

水生有机物的栖息地，植

物的土壤湿度有效性等极端水文状况大小及历时年均１、３、７、３０、９０ｄ最小流量及最大流量、基流量（１１个指标）为植物的种植创造场所，构造水生生态系统等年极值水文状况发生时间年最大、最小１ｄ流量出现时间（２个指标）迁移鱼类的产卵通道，水生生物的生命周期高、低流量脉冲的频率及历时

年高、低流量脉冲次数及脉冲持续时间的平均值或中值（４个指标）

漫滩栖息地对水生有机物的有效性，影响水流带来的泥沙的运输等

流量变化的改变率及频率日流量平均增长率、降低率及流量过程转折次数（３个指标）

孤岛、漫滩的有机物的截

留，

植物的干旱压力 为全面定量分析水利工程影响下河流水文情

势的变化程度，Ｒｉｃｈｔｅｒ等随后提出了变化范围法

（ＲＶＡ）［６，７］，即在分析ＩＨＡ指标的基础上，

通过对比不同时间的河流水文情势，反映河流流量受水利工程建设及运行的影响程度。其具体步骤如下。

步骤１　采用水文指标法（ＩＨＡ）计算河流在受人类活动干扰影响前、后的３２个与生态相关的水文参数。

步骤２　以计算的河流未受人类活动影响干扰前的３２个参数为基础，计算各参数的平均值和标准差，确定３２个流量管理目标。通常该目标的范围为平均值±标准差或是以频率为７５％～２５％所对应的流量为可接受的环境流量范围，即流量高低阈值。

步骤３　按确定的环境流量范围计算河流在受人类活动影响后的各参数的水文变化度。为量化各ＩＨＡ参数在受干扰后的变化程度，Ｒｉｃｈｔｅｒ等建议采用下式进行评估：

Ｄｉ＝

Ｎｏ－Ｎｅ

Ｎｅ×１

００％（１

）其中

Ｎｅ＝ｒＮｒ

式中，Ｄｉ为第ｉ个ＩＨＡ参数的水文改变度，用以衡量该参数建坝后的变化剧烈程度；Ｎｏ为受到干扰后的观测年数中的ＩＨＡ指标落入ＲＶＡ目标

内的年数；Ｎｅ为预期受干扰后的ＩＨＡ目标内的年数；ｒ为未受干扰前的ＩＨＡ落入ＲＶＡ目标内的比率；Ｎｒ为受干扰后的流量时间序列记录总长度。

由于河道生态对各参数变化的敏感度不同，因此对不同的河流，其参数的水文变化度也不同。Ｒｉｃｈｔｅｒ等将水文变化度Ｄｉ平均划分为３个等

级，即零改变或低度改变（０％～３２％）、中度改变（３３％～６６％）和高度改变（６７％～１００％）

，并认为水文变化度低于３３％均为可接受。

步骤４　以权重平均的方式来评估整体的水文特性改变情况，记整体水文改变度为Ｄｏ，分以

下三种情况进行考虑［８］

：①若Ｄｉ值均小于３

３％，则Ｄｏ取３２个指标水文变化度Ｄｉ的平均值：

Ｄｏ＝１

３２∑３２

ｉ＝１

Ｄｉ

（２

）由式（２）计算的Ｄｏ值将低于３３％，即代表整体改变度低。②若３２个ＩＨＡ中至少有一个指标属于中度改变，但无指标属于高度改变，则采用以下的权重平均方式来计算Ｄｏ：

Ｄｏ＝３３％＋１

３２∑Ｎｍ１

ｉ＝１

（Ｄｉ－３

３％）（３

）式中，Ｎｍ１为属于中度改变的ＩＨＡ个数。由式（３）计算的Ｄｏ值将介于３３％～６６％之间，

即代表整体改变度中等。③若３２个ＩＨＡ计算结果中至少有一个指标属于高度改变，此时采用以下权重平均方式来计算Ｄｏ：

Ｄｏ＝６７％＋１３２∑Ｎｍ２

ｉ＝１

（Ｄｉ－６

７％）（４）式中，Ｎｍ２为属于高度改变的ＩＨＡ个数。由式（４）计算的Ｄｏ值将高于６

７％，即代表整体改变度高。２　小浪底水库水文改变度及水文情

势分析

为反映小浪底水库建成前后黄河流域下游水文情势变化特点，从而了解建库后对下游泥沙和生态环境产生的影响，

本文依据位于小浪底水库下游１２８ｋｍ的花园口水文站日流量资料，以水库下闸蓄水时间点为分界点划分研究时段，即干扰前资料取花园口１９６０年（三门峡水库建设基本完成起）至１９９８年的日流量资料；干扰后的时段为１９９９～２０１０年，考虑到小浪底水库作为多年调节水库，存在初期蓄水期，其影响下游水文特征的作用与正常运行后有所不同，期间不具有可比性。因此取２００４～２０１０年日流量资料作为干扰后资料。通过对这两个时段各项指标的分析比较，剖析建库后流域水文情势的变化情况。

需说明的是，在小浪底—花园口区间有支流伊洛河汇入。伊洛河由伊河和洛河汇合而成，故县水库位于洛河，陆浑水库位于伊河，两水库的运行对伊洛河乃至黄河中游的水文情势均有一定影响。由于两座水库建成时间较早，且水库任务以防洪、灌溉、发电和供水为主，因此二者对黄河下游泥沙造成的影响可忽略，仅视为是由小浪底水利枢纽工程单独作用的影响。２．１　水文改变度计算结果

采用ＲＶＡ法对小浪底水库建成前后３２个与生态相关的水文参数进行评价，量化河流流量受影响的程度，其计算结果见表２，由表可分析出各水文参数的变化，并由权重平均方法计算出水库对生态环境的综合影响程度。

２．２　水文情势影响分析

（１）月平均流量变化。图１为建库前后月平均流量变化。由表２、图１可看出，小浪底水库的兴建改变了下游河道月平均流量。除６月外，其他月流量均比建库前小，尤其是汛期的７～１０月变化较大，表明在汛期水库主要功能为蓄水；６月的流量比建库前大的原因在于水库放水，一方面为即将到来的汛期做准备，

另一方面充分考虑黄河下游河道输沙能力的前提下利用水库的调节库容，人为制造“洪水”，冲刷河道，输沙入海，改变黄河不平衡的水沙关系，

避免出现集中淤积和连续冲刷的现象，从而减少下游河道淤积甚至达到冲淤平衡；与建库前相比，建库后各月平均流量变化趋于平缓，改变了下游水量的时间分布，在进行水库调节时应尽可能防止出现小流量、高含沙量的

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２２·水　电　能　源　科　学 ２０１２年