何恩佩，馬茂華，陳吉龍，易雪梅，黃遠(yuǎn)洋，吳勝軍*

（1.中國(guó)科學(xué)院 重慶綠色智能技術(shù)研究院，重慶 400714；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

□研究論文

近20年三峽水庫壩下水沙情勢(shì)變化特征及趨勢(shì)分析
——以黃陵廟水文站為例

何恩佩1，2，馬茂華1，陳吉龍1，易雪梅1，黃遠(yuǎn)洋1，吳勝軍1*

（1.中國(guó)科學(xué)院 重慶綠色智能技術(shù)研究院，重慶 400714；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

基于1996-2014年黃陵廟水文站流量與含沙量數(shù)據(jù)，對(duì)三峽水庫壩下流量及含沙量年內(nèi)與年際變化特征、相關(guān)關(guān)系與變化趨勢(shì)進(jìn)行了初步分析。研究發(fā)現(xiàn)，1996-2014年黃陵廟水文站流量峰值以每年610 m3·s-1的速度下降 （P＜0.05），谷值平均以每年146 m3·s-1的速度上升 （P＜0.01），蓄水后全年平均流量下降了8.0%。全年平均含沙量在蓄水后減少了90.0%，受到三峽工程施工與蓄水的影響，含沙量在研究時(shí)間段內(nèi)先增加后減小，呈二次指數(shù)變化規(guī)律 （P＜0.01）。蓄水前流量與含沙量月均值呈線性關(guān)系 （P＜0.01），Pearson相關(guān)系數(shù)為0.941 （P＜0.01），蓄水后呈指數(shù)型關(guān)系 （P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.766 （P＜0.01）。GM （1，1）模型預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，2016-2025年均流量下降率為2.0%，模型平均誤差率為0.091；年均含沙量下降率為34.6%，模型平均誤差率為0.179。

黃陵廟水文站；三峽水庫；流量；含沙量；灰色模型GM （1，1）

三峽工程開始于20世紀(jì)90年代，是迄今為止世界上建筑規(guī)模最大的水利樞紐工程，一方面充分利用水資源，發(fā)揮出防洪、發(fā)電、通航等重要作用[1]，另一方面也對(duì)長(zhǎng)江中下游河段的環(huán)境、氣候和水沙情勢(shì)等帶來一系列影響[2-4]。自2003年三峽水庫蓄水以來，庫區(qū)內(nèi)泥沙淤積，嚴(yán)重影響水庫有效庫容與使用壽命[5]。同時(shí)，出庫水含沙量大幅下降，導(dǎo)致大壩下游河道發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離的河床沖刷與再造床作用[6]，引發(fā)長(zhǎng)江兩岸崩塌、滑坡、河岸下陷等次生災(zāi)害[7-8]。由于壩下水沙情勢(shì)的改變，荊江三口分流分沙、長(zhǎng)江中下游河流情勢(shì)與洪水行進(jìn)規(guī)律乃至江湖關(guān)系也發(fā)生相應(yīng)變化[9-10]，并進(jìn)一步影響長(zhǎng)江三角洲的沖淤演化以及長(zhǎng)江入海口物質(zhì)交換與能量的平衡過程[11]。因此，研究三峽水庫壩下水沙情勢(shì)對(duì)于長(zhǎng)江中下游河岸帶次生災(zāi)害防護(hù)、泄洪能力預(yù)測(cè)、水生以及近岸動(dòng)植物生境保護(hù)，長(zhǎng)江三角洲的綜合治理都具有重要意義。

本文以黃陵廟水文站水文泥沙監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探討三峽水庫壩下水沙情勢(shì)變化特征及趨勢(shì)。黃陵廟水文站于1997年正式運(yùn)行，該站位于葛洲壩水庫常年回水區(qū)的一個(gè)順直微彎河段中，在三斗坪下游距三峽壩址約6 km，距離葛洲壩上游約31 km，是三峽水利樞紐的出庫水文觀測(cè)站[12]。作為三峽水庫出庫水流經(jīng)的第一站，從大壩至該站點(diǎn)無其他支流影響，黃陵廟水文站的觀測(cè)數(shù)據(jù)直接反映了三峽水庫出庫水的相關(guān)特征[3]。分析、預(yù)測(cè)黃陵廟水文站流量與含沙量的變化特征，有利于預(yù)判長(zhǎng)江中下游干流與支流的水沙變化情況，揭示長(zhǎng)江中下游新的江湖關(guān)系與水沙平衡狀態(tài)，為該區(qū)域內(nèi)水生及近岸動(dòng)植物生境變化研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為河道整治與防洪工程建設(shè)提供參考資料，對(duì)維持區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[13]。

1 材料與方法

本文數(shù)據(jù)主要來源于由中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站主編，中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的 《長(zhǎng)江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)公報(bào) （1997-2015）》。采用SPSS軟件，對(duì)黃陵廟水文站流量及含沙量與時(shí)間變量進(jìn)行回歸分析，利用相關(guān)系數(shù)最大的原則選取回歸方程，分析流量及含沙量月均值與年均值的時(shí)間序列變化特征。并在此軟件平臺(tái)上，利用回歸分析與Pearson相關(guān)分析方法對(duì)黃陵廟水文站流量與含沙量時(shí)間序列進(jìn)行相關(guān)分析。最后，利用鄧聚龍教授在1982年提出的灰色理論[14]，建立GM （1，1）模型，對(duì)以上兩者進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 1996年至2014年黃陵廟位置流量及含沙量變化特征

2.1.1 年內(nèi)變化特征

如圖1所示，三峽水庫出庫水各月年平均流量及沙量年內(nèi)分布不均，具有夏季高、冬季低的特點(diǎn)，黃陵廟水文站冬季流量小，穩(wěn)定在5 000 m3·s-1左右。4月至7月流量逐漸增加至峰值29 000 m3·s-1左右，其中7、8、9月流量最大，合計(jì)占全年流量的40.0%，與同期降雨量占比相同，流量隨后再逐漸下降，12月降至 5 000 m3·s-1左右。

在1996-2014年間，含沙量也呈現(xiàn)出年內(nèi)分布不均的特征，且較流量更為突出。12月至次年3月，含沙量穩(wěn)定在0.100 kg·m-3以下，4月至7月快速增加到4.000 kg·m-3左右。含沙量與流量都在7月達(dá)到峰值。但與流量在7、8、9月都維持在較高水平不同的是，含沙量在7月達(dá)到峰值 （約4.000 kg·m-3）之后便快速下降，8月就下降到峰值一半的水平 （約2.000 kg·m-3），并持續(xù)下降到12月，達(dá)到谷值（低于0.100 kg·m-3）。多年平均流量峰值能達(dá)到谷值的40倍，年內(nèi)分布極不均勻。

圖1 平均流量與平均含沙量年內(nèi)分布圖Fig.1 The distribution map of monthly averaged flow rate and sediment concentration within a year

黃陵廟水文站是三峽水庫出庫水流經(jīng)的第一個(gè)水文站，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受到三峽水庫蓄水的直接影響。分析其變化規(guī)律，可以反映三峽工程對(duì)于出庫水流量及含沙量的影響。本文選取三峽工程首次蓄水年份（2003年）作為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)比蓄水前 （1996-2002年）與蓄水后 （2004-2014年）多年平均流量及含沙量的年內(nèi)變化情況 （圖2）。其中，1999年三峽工程進(jìn)行了大規(guī)?；炷翝仓?，全年澆筑混凝土458.5萬立方米，創(chuàng)下了世界水電工程建設(shè)的新紀(jì)錄。當(dāng)年含沙量年均值達(dá)到13.345 kg·m-3，是歷年平均值的20倍以上；當(dāng)年7月份含沙量達(dá)到峰值64.900 kg·m-3，是同期均值的40倍以上，偏離正常值，因此在分析時(shí)剔除了1999年含沙量數(shù)據(jù)。

圖2顯示流量與含沙量在蓄水前后，年內(nèi)分布變化趨勢(shì)大致一致，夏季高、冬季低的特點(diǎn)并未改變。但在6月至11月，當(dāng)流量高于全年平均水平時(shí)，蓄水后平均流量低于蓄水前，而在12月至次年5月，當(dāng)流量低于全年平均水平時(shí)，蓄水后平均流量高于蓄水前。從整體來看，蓄水前年內(nèi)流量均值為13 677 m3·s-1，蓄水后為12 554 m3·s-1，水庫攔蓄使得黃陵廟水文站平均流量?jī)魷p少約1 123 m3·s-1，占蓄水前全年平均流量的8.0%左右。

黃陵廟水文站含沙量情況在蓄水前后變化較大。蓄水前，含沙量年內(nèi)變化幅度較大，含沙量谷值為0.030 kg·m-3左右，峰值能達(dá)到1.600 kg·m-3左右，相差53倍。蓄水后，從11月到次年5月，含沙量都在0.010 kg·m-3以下，“清水”狀態(tài)長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月。即使在7月達(dá)到峰值時(shí)，也只有0.183 kg·m-3，不到蓄水前同期的1/8。從整體來看，黃陵廟水文站蓄水前年內(nèi)含沙量均值為0.492 kg·m-3，蓄水后為0.046 kg·m-3，不到蓄水前的1/10。三峽水庫出庫水含沙量的大幅減小，壩下徑流為滿足其攜沙能力，需沖刷河床來適應(yīng)新的水沙條件[15]。長(zhǎng)江中下游干流河床將會(huì)加深，河道展寬，擺動(dòng)性增強(qiáng)，河床再造作用明顯。一方面，河道下切可提高河道的抗洪能力，對(duì)防洪有利，但另一方面會(huì)加速河道的側(cè)切，增加堤岸崩塌的危險(xiǎn)，引發(fā)長(zhǎng)江中下游河道不穩(wěn)定等一系列問題[16]。

圖2 平均流量與平均含沙量蓄水前后對(duì)比圖Fig.2 Comparison of monthly averaged flow rate,sediment concentration before and after water storage

2.1.2 年際變化特征

從黃陵廟水文站1996-2014年流量和含沙量的月均值時(shí)間序列圖 （圖3）中可以看出，在該時(shí)間段內(nèi)，月均流量以一年為周期在4 000~50 000 m3·s-1之間進(jìn)行寬幅震蕩。其峰值出現(xiàn)在夏季，谷值出現(xiàn)在冬季，這與上文所提到的年內(nèi)分布規(guī)律相符合。圖中1998年與2012年出現(xiàn)流量峰值異常偏高，而在2006年與2011年又出現(xiàn)異常偏低的現(xiàn)象。根據(jù) 《長(zhǎng)江三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測(cè)公報(bào) （1997-2015）》內(nèi)容顯示，1998年與2012年長(zhǎng)江流域出現(xiàn)由暴雨引發(fā)的特大洪水，推測(cè)其為流量峰值正向偏離的主要原因。而在2006年，三峽庫區(qū)氣溫異常偏高，降水量顯著偏少，重慶地區(qū)遭遇特大干旱。同年三峽工程進(jìn)行了二期蓄水，壩前水位蓄至156 m，緩解了庫區(qū)枯水問題，但出庫水流量大幅降低。2011年，長(zhǎng)江中上游汛期降水較少，中上游來水偏枯。同年三峽水庫實(shí)施了四次抗旱補(bǔ)水，滿足通航及庫后用水需求，但出庫水流量仍然較往年同期異常偏低。

剔除上述異常值后，對(duì)研究時(shí)間段內(nèi)歷年的峰值和谷值進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如下：

式中：Q和S分別代表流量與含沙量，t為時(shí)間 （單位：年）。（1）式中代表的年內(nèi)流量峰值具有顯著下降趨勢(shì)，下降速度約為每年610 m3·s-1，，占全年均值的4.5%。（2）式中代表的年內(nèi)流量谷值具有顯著上升趨勢(shì)，上升速度約為每年146.000 kg·m-3，占全年均值的1.1%。峰值雖然具有明顯下降趨勢(shì)，但波動(dòng)大，觀測(cè)值偏離程度較大；谷值上升平穩(wěn)，波動(dòng)小，其擬合程度更好，解釋度更高。總體來看，1996-2014年有峰值降低，谷值上升的趨勢(shì)，平均流量的波動(dòng)范圍不斷收窄，變率減小。根據(jù)獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)結(jié)果，蓄水前后月均流量無顯著性差異 （P＞0.05）。

在研究時(shí)間段內(nèi)，含沙量在2003年三峽水庫蓄水后下降明顯。1999年，受到三峽工程施工影響，其峰值異常偏高。剔除異常值后發(fā)現(xiàn)，其峰值在蓄水前圍繞平均值1.660 kg·m-3波動(dòng)，蓄水后平均值降為0.287 kg·m-3，且波動(dòng)較大。蓄水前，峰值出現(xiàn)時(shí)間多集中在7月，蓄水后則分散在7、8、9月。而谷值在蓄水前圍繞0.030 kg·m-3窄幅變化，蓄水后則穩(wěn)定在0.003 kg·m-3左右，下降為蓄水前的1/10?？傮w來看，含沙量受三峽水庫蓄水影響，顯著下降。根據(jù)獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)結(jié)果，蓄水前后月均含沙量具有顯著差異 （P＜0.01）。

圖3 1996至2014年流量及含沙量月均值時(shí)間序列圖Fig.3 Time sequence of monthly averaged flow rate and sediment concentration during 1996 to 2014

圖4 為黃陵廟水文站流量及含沙量年均值的變化情況。受2003年三峽工程一期蓄水影響，流量年均值異常偏低。除1999年三峽工程混凝土澆筑含沙量異常偏高外，含沙量呈現(xiàn)出明顯下降趨勢(shì)，2008-2014年三峽水庫進(jìn)行175 m試驗(yàn)性蓄水后，含沙量保持在較低水平。剔除異常值后，根據(jù)散點(diǎn)圖從線性、乘冪、指數(shù)、對(duì)數(shù)、多項(xiàng)式等回歸方程中選擇相關(guān)系數(shù)最大的回歸方程如下：流量：Q=-66t+145610（R2=0.020，P=0.264＞0.01）（3）

含沙量： S=exp（-248272+248t-0.06t2）（R2=0.904，P=0.000＜0.01） （4）

其中式 （3）流量年均值下降趨勢(shì)不顯著。三峽水庫的調(diào)度運(yùn)行，在一定程度上對(duì)流量有 “削峰填谷”的作用，使徑流在年內(nèi)分布更加均勻，但在年際均值上影響并不顯著。含沙量在1996-2014年時(shí)間段內(nèi)呈現(xiàn)二次指數(shù)型變化規(guī)律，前期增加，后期減小，隨著時(shí)間增加，其下降趨勢(shì)逐漸減緩。推測(cè)其原因可能是三峽水庫在多年水文循環(huán)波動(dòng)過程中，泥沙淤積與沖刷達(dá)到平衡，波動(dòng)逐漸變小。

圖4 1996至2014年流量及含沙量年均值時(shí)間序列圖Fig.4 Time sequence of annually averaged flow rate and sediment concentration during 1996 to 2014

2.1.3 流量與含沙量的相關(guān)性

對(duì)1996-2014年 （剔除異常值）月平均流量和含沙量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。從圖5中可以看出，蓄水前后流量與含沙量遵循不同的相關(guān)關(guān)系。利用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)分析，得到Pearson相關(guān)系數(shù)[17]（表1）驗(yàn)證了上述結(jié)論，且蓄水前流量與含沙量的相關(guān)性要高于蓄水后。因此，分別對(duì)蓄水前和蓄水后的流量和含沙量進(jìn)行回歸分析，選取決定系數(shù)最高的回歸方程得到式 （5）和式 （6）：

蓄水前，流量與含沙量呈顯著的線性關(guān)系，隨著流量的增大，含沙量也線性升高。而蓄水后，流量與含沙量呈顯著的指數(shù)型關(guān)系，隨著流量的增大，含沙量升高的速度越來越快。如圖5所示，蓄水后，當(dāng)流量小于15 000 m3·s-1時(shí)，含沙量隨著流量的增大，在數(shù)量上變化較小，反應(yīng)較為遲鈍；而當(dāng)流量大于25 000 m3·s-1時(shí)，含沙量隨著流量的增大，在數(shù)量上變化增大，反應(yīng)較為敏感?？傮w上，三峽水庫的蓄水確實(shí)改變了出庫水在流量與含沙量之間的相關(guān)關(guān)系。且在數(shù)量上，相同大小的流量條件下，蓄水后的含沙量明顯低于蓄水前。

圖5 月均流量與含沙量回歸關(guān)系圖Fig.5 Regression relationship of monthly averaged flow rate and sediment concentration

表1 月均流量與含沙量Pearson相關(guān)系數(shù)表Table 1 Pearson correlation coefficient between monthly averaged flow rate and sediment concentration

2.2 趨勢(shì)分析

由上文分析可知，黃陵廟水文站流量與含沙量在蓄水前后遵循不同的變化規(guī)律。本研究采用三峽工程完成175 m實(shí)驗(yàn)性蓄水并正式運(yùn)行后 （2011-2014年）流量與含沙量年均值數(shù)據(jù)建立模型。該階段數(shù)據(jù)觀測(cè)水位與目前水庫運(yùn)行水位一致，利用該階段數(shù)據(jù)建立模型預(yù)測(cè)2015-2017年流量及含沙量的變化情況，更具有實(shí)際參考意義。灰色模型GM （1，1），其參數(shù)與結(jié)構(gòu)均具有可調(diào)性，且兼有微分與差分的性質(zhì)[18]，適用于小樣本、貧信息的對(duì)象[19]。根據(jù)上述特征，本研究采用灰色模型GM （1，1）進(jìn)行流量與含沙量年均值的擬合與預(yù)測(cè)。將流量及含沙量年均值進(jìn)行對(duì)數(shù)平滑后建立模型，擬合公式分別為式 （7）和式 （8） :

利用模型擬合值與觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比 （表2），其中流量的相對(duì)誤差率 （絕對(duì)誤差/觀測(cè)值）為0.097，平均誤差率 （平均誤差絕對(duì)值/實(shí)際均值）為0.091。含沙量的相對(duì)誤差率為0.169，平均誤差率為0.179。流量數(shù)據(jù)相對(duì)平滑，波動(dòng)小，擬合程度優(yōu)于含沙量。

表2 流量與含沙量模型擬合結(jié)果表Table 2 The model fitting results of flow rate and sediment concentration

表3 流量與含沙量模型預(yù)測(cè)結(jié)果表Table 3 The prediction results of flow rate and sediment concentration

從表3中該模型對(duì)4年流量及含沙量預(yù)測(cè)結(jié)果來看，兩者均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中，流量年均下降率為 2.0%，平均每年下降236 m3·s-1；含沙量年均下降率為34.6%，平均每年下降0.933×10-5kg·m-3。目前三峽水庫仍處于運(yùn)行初期，長(zhǎng)江徑流水沙過程還未達(dá)到平衡狀態(tài)，三峽水庫出庫水在未來一段時(shí)間內(nèi)，流量與含沙量將持續(xù)下降。

3 討論

由上文可知，三峽水庫出庫水流量呈現(xiàn)出峰值降低，谷值上升的趨勢(shì)，年內(nèi)變幅收窄，但年際下降趨勢(shì)不顯著。水庫的調(diào)度可能是該變化的主要原因。三峽水庫在豐水期攔蓄洪水，減弱自然徑流的增加趨勢(shì)，降低長(zhǎng)江中下游洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；在枯水期釋放庫容，減弱自然徑流的減小趨勢(shì)，緩解壩下用水矛盾，降低長(zhǎng)江中下游旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。由于水庫調(diào)度作用，減小了三峽水庫出庫水年內(nèi)徑流變率，使流量分布更加均勻，利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)徑流的合理利用。而多年平均含沙量在2003年三峽水庫試蓄水后下降為蓄水前的1/10。由于含沙量的顯著下降，下游沖刷強(qiáng)烈，河床加深，河道拓寬，將增加河道槽蓄能力，利于行洪，但也增加了河岸的不穩(wěn)定性，滑坡、崩岸等自然災(zāi)害發(fā)生概率將上升[20]。但隨著時(shí)間推移，河道的沖淤達(dá)到平衡，以及含沙量所表現(xiàn)出的二次指數(shù)型變化趨勢(shì)，都表明其下降趨勢(shì)將會(huì)逐漸減緩直至相對(duì)穩(wěn)定。

三峽水庫的蓄水后，流量與含沙量呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。利用此規(guī)律，科學(xué)合理地調(diào)度出庫流量，可有效緩解壩下清水下瀉、河床沖刷等一系列生態(tài)安全問題。一方面，利用含沙量在流量小于15 000 m3·s-1下的響應(yīng)惰性，其含沙量隨流量降低變化不大。可通過人工調(diào)節(jié)，將出庫流量控制在較小狀態(tài)，在不影響流量的輸沙效率前提下，可將水充分使用在三峽工程通航和發(fā)電功能上。另一方面，利用含沙量流量高于25 000 m3·s-1時(shí)的響應(yīng)敏感性，含沙量隨流量增大迅速升高?？蓪⒊鰩炝髁靠刂圃谳^大狀態(tài)，從而提高輸沙率，緩解水庫泥沙淤積，減輕下游河道沖刷。筆者建議在水庫調(diào)度時(shí)盡量避免水庫出庫流量在15 000~25 000 m3·s-1運(yùn)行，此狀態(tài)既不能達(dá)到較好的輸沙效果，又?jǐn)D占了通航發(fā)電用水量。

三峽水庫出庫水的流量與含沙量受到上游來水來沙，水庫調(diào)節(jié)，蒸發(fā)與河床性質(zhì)的綜合影響。一方面，由于壩前水位高于自然狀態(tài)，徑流動(dòng)能降低，使入庫水流量和含沙量具有減弱的趨勢(shì)。另一方面，由于庫區(qū)內(nèi)水位受人為調(diào)度在防洪限制水位145 m至正常蓄水位175 m之間變動(dòng)，在庫區(qū)形成了349.9 km2的消落帶，擴(kuò)大了徑流沖刷面積[21]；且消落帶地形類型多為坡地，物質(zhì)組成以粉質(zhì)粘土為主，結(jié)構(gòu)松散，易被侵蝕進(jìn)入水體[22]，使含沙量具有增加的趨勢(shì)。但在三峽水庫運(yùn)行初期[23]，庫區(qū)泥沙淤積較快，下泄含沙量很小。根據(jù)GM （1，1）模型預(yù)測(cè)，在未來一段時(shí)間內(nèi)，壩下流量及含沙量仍具有下降趨勢(shì)。隨著庫區(qū)內(nèi)沖淤平衡，出庫水流量與含沙量下降趨勢(shì)將逐漸變緩直至穩(wěn)定。但這一復(fù)雜過程是長(zhǎng)期的，通常需要幾十年或者上百年[13]。對(duì)于該過程中水沙情勢(shì)在更長(zhǎng)時(shí)間段以及更加準(zhǔn)確的估算還有待進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

（1）在年內(nèi)變化規(guī)律上，三峽水庫壩下流量與含沙量具有夏季高、冬季低的特點(diǎn)。受三峽水庫蓄水影響，流量年內(nèi)變化不大，但較蓄水前分布更加均勻；而含沙量整體下降明顯，年內(nèi)變幅急劇收窄，“清水”狀態(tài) （低于0.010 kg·m-3）長(zhǎng)達(dá)七個(gè)月。

（2）在年際變化規(guī)律上，三峽水庫流量峰值顯著下降，谷值顯著上升，但年均值變化不顯著。受到三峽工程前期施工以及后期蓄水的影響，含沙量在研究時(shí)間段內(nèi)呈現(xiàn)二次指數(shù)變化規(guī)律，先增加后減小，且蓄水后大幅下降，年際間變幅收窄。

（3）三峽水庫的蓄水改變了流量與含沙量之間的相關(guān)關(guān)系，兩者之間由蓄水前的線性關(guān)系變?yōu)樾钏蟮闹笖?shù)關(guān)系，Pearson相關(guān)系數(shù)也同時(shí)降低?？茖W(xué)利用兩者之間的關(guān)系，可提高出庫水輸沙效率。

（4）目前處于三峽水庫運(yùn)行初期，根據(jù)模型預(yù)測(cè)結(jié)果，三峽水庫出庫水流量與含沙量在2025年之前仍處于下降趨勢(shì)中。

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責(zé)任編輯：孫啟耀

Characteristics and Variation Trends of Flow Rates and Sediment Concentrations Downstream of the Three Gorges Dam in the recent 20 years——A Case Study on Huangling Temple Hydrological Station

HE Enpei1,2,MA Maohua1,CHEN Jilong1,YI Xuemei1,HUANG Yuanyang1,WU Shengjun1*

（1.Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology,Chinese Academy of Sciences,Chongqing,400714,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China）

The construction and operation of the Three Gorges Project has weakened the adverse effects of uneven temporal and spatial distribution of the Yangtze River Runoff.But at the same time,the conditions and trends of water and sediment downstream of the dam have also changed.Based on the monthly averaged flow rates and sediment concentrations observed downstream of the dam in Huangling Temple hydrological station during 1996-2014,their characteristics,correlations,and changetrends wereinvestigated in thispaper with statistical analysisand mathematical modeling method.The study indicates that:(1)The flow rates and sediment concentrations observed in Huangling Temple were high in summer,and low in winter.(2)The yearly peak values of the flow rates decreased at the rate of 610 m3·s-1per year(P＜0.05),and the yearly valley values increased at the rate of 146 m3·s-1per year(P＜0.01).After the impoundment,the annually averaged flow rates decreased by 8.0%.(3)The annual sediment concentrations decreased by 90.0%after impoundment.Affected by the construction and impoundment of theThree Gorges Project,the annually averaged sediment concentrations followed the exponential law of a second order function of time.(4)There was a linear and exponential relationship between the monthly averaged flow rates and sediment concentrations before and after the impoundment,respectively.(5)As predicted by the GM(1,1)model,both the annually averaged flow and the sediment concentrations showed a trend of decline.(6)Scientifically and reasonably dispatching of the reservoir water flow can improve the sediment transport efficiency,ease the reservoir sedimentation,and reduce the downstream river erosion intensity.

Huangling Temple hydrological station;Three Gorges Reservoir;flow rate;sediment concentration;GM(1,1)

X143

A

2096-2347（2017）03-0001-09

10.19478/j.cnki.2096-2347.2017.03.01

2017-06-04

國(guó)家自然科學(xué)基金 （41571497）

何恩佩 （1991-），女，重慶人，碩士研究生，主要從事三峽生態(tài)環(huán)境研究。E-mail：heenpei@cigit.ac.cn

*通信作者：吳勝軍 （1971-），男，湖北人，研究員，博士研究生導(dǎo)師，主要從事三峽生態(tài)環(huán)境研究。E-mail：wsj@cigit.ac.cn