李祖忠,張旭東,江 聰**,杜 濤,曾 凌

(1:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院,武漢 430078) (2:長江水利委員會(huì)水文局長江上游水文水資源勘測局,重慶 400020) (3:長江水利委員會(huì)水文局,武漢 430010)

三峽工程是目前世界上最大的水力發(fā)電工程,自三峽水庫2003年6月蓄水以來,在大壩上游形成一個(gè)長達(dá)約 600 km的狹長帶狀河道型水庫[1],在抬高上游水位、增加水面面積的同時(shí),亦導(dǎo)致庫區(qū)水文循環(huán)發(fā)生較大變化[2]。三峽水庫蓄水經(jīng)歷了四個(gè)階段,水位于2003年6月首次從70 m上升到135 m,在2006年10月達(dá)到156 m,2008年11月-2009年12月,三峽水庫開始試驗(yàn)性階段蓄水,最高水位達(dá)到172.3 m, 2010年10月達(dá)到175 m[3-4]。水庫于2010年全面運(yùn)行,水位每年在145～175 m之間周期性波動(dòng)[5],使上游水面面積發(fā)生了重大變化,評(píng)估三峽水庫水面面積變化及其對(duì)庫區(qū)水文循環(huán)要素的影響,對(duì)三峽水庫科學(xué)調(diào)度、水資源管理等具有十分重要的意義。

遙感數(shù)據(jù)具有覆蓋分區(qū)大、時(shí)間跨度長、易獲取、低成本等優(yōu)點(diǎn),為大范圍水面面積估算提供了可能[6-8]。近年來,基于遙感技術(shù)對(duì)江河湖泊水庫等水面或水量的時(shí)空變化研究成為熱點(diǎn)。郝固狀等[9]利用Landsat和高分二號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)紅崖山水庫近20年水面面積變化進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析,發(fā)現(xiàn)紅崖山水庫近20年的水面面積持續(xù)增長,面積變化率高達(dá) 42.6%。Huang等[10]選取2000-2009年356幅MODIS影像對(duì)洞庭湖進(jìn)行水面動(dòng)態(tài)監(jiān)測研究,結(jié)果表明,洞庭湖區(qū)水面面積變化具有典型的季節(jié)性特征,且水面面積近10年顯著減少。Feng等[11]利用MODIS數(shù)據(jù),結(jié)合水文觀測數(shù)據(jù)對(duì)鄱陽湖進(jìn)行了水面面積動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)水面面積具有顯著的季節(jié)性和年際變異性,最大水面面積是最小水面面積的14倍,且年均和最小水面面積均呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢。Zhao等[12]運(yùn)用湖泊溫度和蒸發(fā)模型(LTEM),對(duì)11個(gè)湖泊進(jìn)行了蓄熱變化和蒸發(fā)量計(jì)算,發(fā)現(xiàn)該模型的計(jì)算結(jié)果較傳統(tǒng)Penman方程的計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確,對(duì)湖泊和水庫季節(jié)性蒸發(fā)量的變化的刻畫也更加精準(zhǔn)。

三峽水庫水面面積變化及其對(duì)庫區(qū)水文循環(huán)的影響引起了國內(nèi)學(xué)者一定的關(guān)注。趙運(yùn)林等[13]基于MODIS數(shù)據(jù)對(duì)東洞庭湖及三峽水庫水面面積變化進(jìn)行了動(dòng)態(tài)研究,發(fā)現(xiàn)蓄水后其水面面積與東洞庭湖水面面積呈現(xiàn)同步變化的趨勢。何軍等[14]通過通徑分析法發(fā)現(xiàn),三峽水庫蓄水后,年潛在蒸發(fā)量呈增加趨勢。然而,現(xiàn)有研究更多關(guān)注的是三峽水庫蓄水之后水面面積的動(dòng)態(tài)變化[15],而尚未有研究將蓄水前后進(jìn)行比較研究。為此,本文將利用 Landsat 影像數(shù)據(jù),分析1982-2021年三峽水庫蓄水前后水面面積的變化以及蒸發(fā)損失量的變化,以期更加全面認(rèn)識(shí)三峽水庫的水文效應(yīng)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 區(qū)域概況

三峽水庫地處長江上游河段,其壩址位于湖北省宜昌市三斗坪。三峽水庫跨度約 600 km,庫區(qū)水面平均寬度約為 1.1 km,屬于典型的河道型水庫[16-17]。三峽壩址多年平均徑流量4510億m3,汛限水位145 m,正常高水位175 m,總庫容392億m3,可調(diào)節(jié)防洪庫容達(dá)221.5億m3。庫區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,氣候溫和濕潤,雨熱同期[18],年均降水量為1000～1800 mm,年均氣溫約為17～19℃[19-20]。根據(jù)三峽工程初步設(shè)計(jì),為了滿足長江中下游防洪要求,三峽水庫每年6-9月維持汛期防洪限制水位145 m運(yùn)行,預(yù)留防洪庫容,以調(diào)節(jié)可能發(fā)生的洪水,并在汛期后10月-次年2月保持正常蓄水位175 m;3-5月泄水清沙、為下游供水,預(yù)留防洪庫容[21-22]。由于寸灘上游河段受三峽水庫蓄水影響相對(duì)較小,且回水影響邊界也難以準(zhǔn)確界定,因此本文選取三峽庫區(qū)壩前至寸灘段作為研究區(qū),不再考慮長江干流寸灘上游部分河段、嘉陵江以及部分烏江回水區(qū),具體研究區(qū)如圖1所示。

圖1 三峽水庫地形及水位、氣象站點(diǎn)分布Fig.1 Topography of Three Gorges Reservoir and distribution of water level and meteorological stations

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)主要包括:

1)Landsat影像數(shù)據(jù)。從美國地質(zhì)調(diào)查局(https://earthexplorer.usgs.gov/) 下載Landsat 5、Landsat 8 系列衛(wèi)星遙感影像,空間分辨率為30 m。覆蓋三峽庫區(qū)影像條帶號(hào)為[125,39]、[126,38]、[126,39]、[127,39]、[127,40],共5景。從1982年1月1日到2021年12月31日,篩選云量覆蓋低于30%,且無云層遮擋的影像,并將影像劃分為蓄水前和蓄水后兩個(gè)時(shí)期,共計(jì)296幅(表1)。

表1 三峽庫區(qū)遙感影像數(shù)(單位:幅)Tab.1 Remote sensing images of Three Gorges Reservoir area

2)水位站點(diǎn)數(shù)據(jù)。本文采用的水位資料為庫區(qū)干流沿線9個(gè)水位站點(diǎn)1982-2021年的逐日數(shù)據(jù)。

3)氣象數(shù)據(jù)。氣象資料為庫區(qū)干流沿線6個(gè)國家基準(zhǔn)氣象站點(diǎn)日蒸發(fā)皿觀測資料,從大壩到庫尾依次是秭歸、巴東、奉節(jié)、萬州、豐都和沙坪壩,資料系列為1982-2021年。

2 研究方法

在本文中,基于Landsat影像數(shù)據(jù)提取了三峽庫區(qū)部分日期的水面面積數(shù)據(jù),并通過建立面積與水位之間的關(guān)系,對(duì)庫區(qū)面積進(jìn)行了估算,獲得了庫區(qū)1982-2021年的逐日水面面積。同時(shí),運(yùn)用棱臺(tái)模型,結(jié)合水面面積和庫區(qū)水位,對(duì)庫區(qū)月蓄水量的變化進(jìn)行了計(jì)算,通過與水文部門公布月蓄水量變化的比較來進(jìn)一步驗(yàn)證估算得到的庫區(qū)水面面積的準(zhǔn)確性。最后,結(jié)合三峽庫區(qū)周邊實(shí)測蒸發(fā)資料估算庫區(qū)的水面蒸發(fā)量,并分析其在水庫蓄水前后的變化規(guī)律。

2.1 水面面積提取

目前,利用光學(xué)遙感數(shù)據(jù)對(duì)江河湖泊水庫等水面進(jìn)行水體信息提取的主要方法有基于像元分類的單波段閾值法、多波段法(譜間關(guān)系法和水體指數(shù)法)和基于目標(biāo)分類的分類法[23-24]。通過對(duì)比分析,本研究選用提取效果較好的歸一化水體指數(shù)(normalized difference water index,NDWI)法。NDWI是McFeeters[25]基于歸一化差異植被指數(shù)原理,利用綠光波段和近紅外波段構(gòu)建的。該指數(shù)可以最大程度地抑制植被信息,同時(shí)削弱土壤、建筑物和陰影的影響,突出水體信息[26-27]。其計(jì)算公式如下:

NDWI=(Green-NIR)/(Green+NIR)

(1)

式中,Green為綠光波段,NIR為近紅外波段。

本研究中,覆蓋庫區(qū)的影像共有5景,用GIS工具,裁剪出寸灘到三斗坪之間的水庫回水區(qū),包括長江干流以及回水范圍內(nèi)支流部分,并將5個(gè)分區(qū)分別按所在水位站命名為巴東、巫山、萬縣、忠縣和寸灘。計(jì)算每個(gè)分區(qū)影像的NDWI,并結(jié)合目視解譯法設(shè)定合適的閾值提取水體,最后對(duì)影像進(jìn)行重分類,統(tǒng)計(jì)水面面積。

2.2 水面面積與水位關(guān)系建立

根據(jù)衛(wèi)星影像拍攝時(shí)間獲取該日的水位數(shù)據(jù),建立分區(qū)水面面積與分區(qū)水位關(guān)系曲線。本文采用一元三次多項(xiàng)式對(duì)水面面積和水位進(jìn)行擬合,建立水面面積與水位的函數(shù)關(guān)系,進(jìn)而得到庫區(qū)1982-2021年逐日水面面積。一元三次多項(xiàng)式回歸方程構(gòu)建如下:

S=a0+a1Z+a2Z2+a3Z3

(2)

式中,S為水面面積(km2);a0、a1、a2、a3為回歸系數(shù);Z為水位(m)。

2.3 水庫蓄水量變化計(jì)算

為驗(yàn)證由Landsat影像資料推求的三峽庫區(qū)水面面積是否合理,將通過水庫水面面積與水位計(jì)算水庫蓄水量變化,并與水文部門公布的蓄水量變化進(jìn)行對(duì)比。本研究假設(shè)各河段內(nèi)水面均勻,水位隨時(shí)間垂直水面波動(dòng),因此,在獲取水面面積的基礎(chǔ)上,采用棱臺(tái)模型估算水庫蓄水量變化[28-29],公式如下:

(3)

(4)

式中,n為某時(shí)段研究范圍劃分分區(qū)數(shù)(本文劃分5個(gè)分區(qū),即巴東、巫山、萬縣、忠縣和寸灘),Vi為某時(shí)段第i分區(qū)蓄水變化量(萬m3);V為某時(shí)段研究區(qū)蓄水變化總量(萬m3);Hi、Hi+1分別為時(shí)段初、末水位(m);Si、Si+1分別為時(shí)段初、末水面面積(km2)。

2.4 水面蒸發(fā)量計(jì)算

為了研究三峽庫區(qū)水面面積變化對(duì)水面蒸發(fā)損失量的影響,收集了三峽庫區(qū)沿線6個(gè)國家基準(zhǔn)氣象站點(diǎn)的日蒸發(fā)皿蒸發(fā)資料,并通過蒸發(fā)折算系數(shù)轉(zhuǎn)化計(jì)算為各氣象站的水面蒸發(fā)量,計(jì)算公式如下:

E=αEp

(5)

式中,E為水面蒸發(fā)量(mm);α為蒸發(fā)折算系數(shù);Ep為水面蒸發(fā)觀測值(mm)。

蒸發(fā)折算系數(shù)采用宜昌蒸發(fā)站和重慶蒸發(fā)站折算系數(shù)[30],各月份的折算系數(shù)值見表2。在計(jì)算6個(gè)氣象站點(diǎn)水面蒸發(fā)量的基礎(chǔ)上,采用反距離權(quán)重法由區(qū)內(nèi)或相鄰的站點(diǎn)的水面蒸發(fā)量計(jì)算各分區(qū)內(nèi)的水面蒸發(fā)損失量,相加后獲取三峽庫區(qū)總的水面蒸發(fā)損失量。

表2 重慶、宜昌站蒸發(fā)折算系數(shù)Tab.2 Evaporation commutation factor for Chongqing and Yichang stations

3 結(jié)果分析

3.1 水面面積與水位關(guān)系

圖2為三峽水庫5個(gè)分區(qū)蓄水前后水面面積與水位實(shí)測點(diǎn)及擬合關(guān)系?？梢钥闯?水面面積與水位擬合較好,R2都在0.95以上。基于現(xiàn)有實(shí)測逐日水位資料,通過回歸方程推求1982-2021年的逐日水面面積。為了進(jìn)一步分析水面面積提取的合理性與準(zhǔn)確性,根據(jù)棱臺(tái)模型計(jì)算庫區(qū)月蓄水量變化(簡稱棱臺(tái)模型計(jì)算結(jié)果),并將其與水文部門公布的三峽水庫月蓄水量變化結(jié)果(簡稱水文部門公布結(jié)果)進(jìn)行對(duì)比分析(圖3)。從圖中可以看出棱臺(tái)模型計(jì)算結(jié)果與水文部門公布結(jié)果基本一致,R2高達(dá)0.98,表明結(jié)合遙感和實(shí)測站點(diǎn)水位資料計(jì)算的水面面積是合理的,具有充分的可靠性。

圖2 三峽水庫水位-面積關(guān)系曲線Fig.2 Relationship curve of water level and area of Three Gorges Reservoir

圖3 棱臺(tái)模型計(jì)算的月蓄水量變化與水文部門公布的月蓄水量變化對(duì)比Fig.3 Comparison between monthly storage changes calculated by the prismatic model and monthly storage changes published by the hydrological department

3.2 水面面積變化特征

在獲取分區(qū)日水面面積基礎(chǔ)上,統(tǒng)計(jì)出各分區(qū)蓄水前(1982-2002年)、蓄水階段(2003-2009年)及全面運(yùn)行后(2010-2021年)3個(gè)階段的多年平均水面面積(表3)?？梢钥闯?靠近大壩的巴東、巫山和萬縣3個(gè)分區(qū)水面面積增幅最顯著。在水庫全面運(yùn)行階段,巴東、巫山和萬縣3個(gè)分區(qū)水面面積較蓄水前分別增長198.90%、207.93%、136.52%,忠縣分區(qū)次之,寸灘分區(qū)增長最小,僅為26.87%。在蓄水前后3個(gè)階段中,忠縣分區(qū)水面面積最大,主要在于該分區(qū)主河道長,占主干河長的43.39%;萬縣分區(qū)次之,是由于該分區(qū)河段稱為低山丘陵寬谷區(qū)[10],河道變寬,使得該段水面面積較其它3個(gè)分區(qū)大。巴東分區(qū)雖然主河道相對(duì)較短,僅占18.98%,但距壩前最近,導(dǎo)致其水面面積在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)相對(duì)增加幅度最大。

表3 三峽庫區(qū)分區(qū)多年平均水面面積Tab.3 Multi-year average water surface area in Three Gorges Reservoir area

圖4為三峽水庫1982-2021年月平均水面面積。從圖中可以看出,三峽水庫蓄水前,庫區(qū)水面面積峰值集中在豐水期(6-9月),谷值集中在枯水期(12月-次年3月);壩前至寸灘庫區(qū)平均水面面積為372.96 km2,最小月平均面積為262.58 km2(1982年1月),最大月平均面積為578 km2,出現(xiàn)于1998年8月,此時(shí)為特大洪水時(shí)期,月平均水面面積極值比為2.2。三峽水庫蓄水經(jīng)歷了4個(gè)階段:1)2003年6月至2006年9月,這一階段,三峽水庫壩前水位抬升到了135 m,水面面積迅速增加,庫區(qū)平均水面面積為556.6 km2,較蓄水前增加了49.24%;2)2006年10月-2008年10月,三峽水庫開始第二階段蓄水,水位達(dá)到156 m,庫區(qū)平均水面面積為649.3 km2,較蓄水前增加了74.10%;3)2008年11月-2009年12月,三峽水庫開始試驗(yàn)性階段蓄水,最高水位達(dá)到172.3 m,庫區(qū)平均水面面積為746.25 km2,較蓄水前增加了100.09%;4)水庫于2010年全面運(yùn)行,并在2010年10月水位首次達(dá)到設(shè)計(jì)水位175 m,之后水位每年在145 ～175 m之間周期性波動(dòng),庫區(qū)平均水面面積為761.31 km2,較蓄水前增加了104.13%,最大月平均面積為876.54 km2(2011年11月),最小月平均面積為615.36 km2(2021年6月),月平均水面面積的極值比為1.42,明顯小于蓄水前。

圖4 三峽水庫1982-2021年逐月水面面積Fig.4 Monthly water surface area of Three Gorges Reservoir from 1982 to 2021

從三峽庫區(qū)多年平均月水面面積月份變化曲線(圖5)上看,三峽水庫蓄水前,從1月到7月庫區(qū)水面面積逐步增大,而7-12月,水面面積逐步減少,這與長江上游的來水過程相一致;其中6-10月,庫區(qū)多年平均水面面積超過400 km2,水面面積最小月份在2月,為277.98 km2,最大月平均水面面積出現(xiàn)在7月,為498.29 km2。三峽水庫于2010年進(jìn)入全面運(yùn)行階段后,水面面積在12月至來年6月份期間呈下降趨勢,6-8月期間基本保持穩(wěn)定,9-11月期間由于水庫蓄水,庫區(qū)水面面積快速上升;其中5-8月,庫區(qū)水面面積低于700 km2,最大、最小水面面積分別出現(xiàn)在11月和6月,分別為872.21、622.44 km2。以上結(jié)果表明,三峽水庫運(yùn)行使得三峽庫區(qū)的水面面積季節(jié)性節(jié)律發(fā)生倒轉(zhuǎn)。

圖5 三峽庫區(qū)多年月平均水面面積Fig.5 Multi-year monthly average water surface area in Three Gorges Reservoir area

2003年,三峽水庫開始運(yùn)行后,其強(qiáng)大的調(diào)蓄能力不僅改變了長江中下游的流量和水位,而且還對(duì)大壩上游庫區(qū)原有的水文節(jié)律產(chǎn)生了顯著影響,使得庫區(qū)水面面積隨著三峽水庫的蓄泄調(diào)節(jié)而變化。圖6展示了三峽水庫不同季節(jié)水面面積的多年變化特征,從季節(jié)上看,三峽水庫蓄水前,夏季水面面積最大,秋季、春季次之,冬季最小;而三峽水庫全面運(yùn)行后,庫區(qū)水面面積較蓄水前呈現(xiàn)出截然不同水文節(jié)律,冬季水面面積最大,多年平均水面面積為843.81 km2,較蓄水前增加了1.89倍,增加幅度也最大;秋季、春季次之,水面面積分別為818.73、735.28 km2,較蓄水前分別增加了97.17%和1.28倍;夏季水面面積最小,為653.03 km2,較蓄水前僅增加了39.06%。

圖6 三峽庫區(qū)水面面積季節(jié)變化Fig.6 Seasonal variation of water surface area in Three Gorges Reservoir area

3.3 水面蒸發(fā)變化特征

如圖7所示,三峽水庫蓄水前,庫區(qū)水面蒸發(fā)損失量與水面面積具有相似的季節(jié)性節(jié)律,蒸發(fā)損失峰值集中出現(xiàn)在6-9月,此時(shí)年內(nèi)溫度最高,恰逢汛期,水面面積也達(dá)到峰值;谷值出現(xiàn)在12月-次年3月,此時(shí)年內(nèi)溫度最低,且處于枯水期,水面面積降到最低。為了進(jìn)一步分析三峽水庫蓄水前后水面蒸發(fā)損失量的變化,將計(jì)算結(jié)果劃分成3個(gè)階段,即蓄水前(1982-2002年)、蓄水階段(2003-2009年)及全面運(yùn)行后(2010-2021年)。三峽水庫蓄水前,庫區(qū)多年月平均水面蒸發(fā)損失量為2236.11萬m3,單月最大水面蒸發(fā)損失量為7269.21萬m3,出現(xiàn)在1990年8月,最小水面蒸發(fā)損失量為457.13萬m3,出現(xiàn)在1994年1月,極值比為15.9。2003-2009年期間,水庫開始階段性蓄水,多年月平均蒸發(fā)損失量為3556.48萬m3,較蓄水前增加了59.05%;在這一時(shí)期水面面積季節(jié)性波動(dòng)相對(duì)較小,蒸發(fā)損失量的季節(jié)性波動(dòng)主要受氣候條件控制,由于非汛期的水面面積較之前有明顯增加,因此這個(gè)時(shí)期水面蒸發(fā)損失顯著增加。2010年后,三峽水庫開始全面運(yùn)行,多年月平均蒸發(fā)損失量為4707.84萬m3,較蓄水前增加了1.11倍;在這一時(shí)期水庫水面面積雖然在7、8月汛期降到最小,但由于蒸發(fā)強(qiáng)度最大,因此蒸發(fā)損失量仍然是全年最大。另一方面,三峽水庫在汛期的水位處于全年最低,但仍高于蓄水前的同期水位,因此汛期的水面蒸發(fā)損失較水庫蓄水前仍有明顯增加。三峽水庫蓄水后,單月蒸發(fā)損失量的最大值出現(xiàn)在2018年8月,達(dá)到15168.91萬m3,遠(yuǎn)高于蓄水前的月蒸發(fā)損失最大值,這一方面歸因于水面面積的擴(kuò)大,而極端高溫導(dǎo)致的蒸發(fā)強(qiáng)度顯著增大也是重要原因。在非汛期,水庫維持在較高水位,水面面積雖然達(dá)到峰值,但蒸發(fā)強(qiáng)度較弱,水面蒸發(fā)損失明顯低于汛期?？偟膩碚f,蓄水后水位比蓄水前水位大幅提升,水面面積增大,蒸發(fā)損失量也隨之大。

圖7 三峽水庫1982-2021年逐月水面蒸發(fā)量Fig.7 Monthly water surface evaporation of Three Gorges Reservoir from 1982 to 2021

圖8給出了三峽庫區(qū)在不同階段的多年平均月蒸發(fā)損失量。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,蓄水前多年平均蒸發(fā)損失量為2.68億m3,蓄水階段多年平均蒸發(fā)損失量為4.27億m3,較蓄水前增加了59.33%;水庫全面運(yùn)行后多年平均蒸發(fā)損失量為5.65億m3,較蓄水前增加1.11倍,約占三峽壩址多年平均徑流量的1.25‰,調(diào)節(jié)庫容的2.55%。由圖可知,從月份分配情況看,三個(gè)階段,蒸發(fā)損失量變化趨勢一致,即水面蒸發(fā)損失量1-8月呈現(xiàn)顯著上升趨勢,9-12月呈顯著下降趨勢;水面蒸發(fā)損失量都于8月達(dá)到峰值,分別為5355.19、6613.59、9012.63萬m3;蓄水前最小蒸發(fā)損失量出現(xiàn)在1月,為559.04萬m3,蓄水階段和全面運(yùn)行后兩個(gè)階段最小蒸發(fā)損失量都出現(xiàn)在2月,蒸發(fā)損失量分別為1494.39萬、2411.29萬m3。

圖8 三峽庫區(qū)多年月平均水面蒸發(fā)量Fig.8 Multi-year average monthly evaporation in the Three Gorges reservoir area

水庫全面運(yùn)行后,春季(3-5月)蒸發(fā)損失量為1.26億m3,較蓄水前增加了1.4倍,其占全年總蒸發(fā)損失的比重也由蓄水前的19.55%增加至22.28%;夏季(6-8月)蒸發(fā)損失量為2.11億m3,較蓄水前增加了61.14%,其占全年總蒸發(fā)損失的比重卻由蓄水前的48.80%減少至37.32%;秋季(9-11月)蒸發(fā)損失量為1.49億m3,較蓄水前增加了1.23倍,其占全年總蒸發(fā)損失的比重也由蓄水前的24.80%增加至26.29%;冬季(當(dāng)年12月-次年2月)蒸發(fā)損失量為0.80億m3,較蓄水前增加了3.34倍,其占全年總蒸發(fā)損失的比重也由蓄水前的6.85%增加至14.11%。以上結(jié)果表明,三峽庫區(qū)水面蒸發(fā)損失量雖然隨水面面積擴(kuò)張呈現(xiàn)出顯著的增加趨勢,但其整體季節(jié)性節(jié)律并未發(fā)生改變。

4 結(jié)論

本文收集了三峽水庫1982-2021年多時(shí)相Landsat 系列遙感數(shù)據(jù),采用歸一化水體指數(shù)法提取三峽水庫壩前至寸灘水面面積,并建立與實(shí)測水位的關(guān)系,在此基礎(chǔ)上計(jì)算三峽庫區(qū)逐日水面面積,并結(jié)合潛在蒸發(fā)資料,推求了三峽水庫水面蒸發(fā)損失量。主要結(jié)論如下:

1)水位與遙感影像提取的水面面積擬合較好,確定性系數(shù)R2都在0.95以上;且通過水位和面積計(jì)算得到庫區(qū)月蓄水量變化,與水文部門公布的結(jié)果基本一致,R2高達(dá)0.98,表明結(jié)合遙感和實(shí)測站點(diǎn)水位資料計(jì)算的水面面積是合理的,具有充分的可靠性。

2)三峽水庫全面運(yùn)行后,壩前至寸灘庫區(qū)平均水面面積由蓄水前的372.96 km2增加到761.31 km2,較蓄水前增加了1.04倍;從月份變化上看,蓄水前1-7月,庫區(qū)水面面積逐步增大,而7-12月,水面面積逐步減少,其中6-10月庫區(qū)平均水面面積超過400 km2。三峽水庫全面運(yùn)行后,水面面積在1-6月期間呈下降趨勢,6-12月期間水面面積呈波動(dòng)上升趨勢,其中5-8月庫區(qū)平均水面面積低于700 km2。

3)蓄水前三峽庫區(qū)多年平均水面蒸發(fā)損失量為2.68億m3,蓄水階段多年平均蒸發(fā)損失量為4.27億m3,較蓄水前增加了59.33%;水庫全面運(yùn)行后多年平均蒸發(fā)損失量為5.65億m3,較蓄水前增加1.11倍,約占三峽壩址多年平均徑流量的1.25‰,約占三峽水庫調(diào)節(jié)庫容的2.55%。庫區(qū)水面蒸發(fā)損失量的季節(jié)性節(jié)律較蓄水前并未發(fā)生顯著變化,春季蒸發(fā)損失量為1.26億m3,較蓄水前增加了1.4倍;夏季仍是蒸發(fā)損失最大的季節(jié),其蒸發(fā)損失量為2.11億m3,但增長幅度最小,較蓄水前僅增加了61.14%,其占全年總蒸發(fā)損失的比重由蓄水前的48.80%減少至37.32%;秋季蒸發(fā)損失量為1.49億m3,較蓄水前增加了1.23倍;而冬季水面面積雖然最大,但其蒸發(fā)損失量仍然最小,為0.80億m3,較蓄水前增加了3.34倍,其占全年總蒸發(fā)損失的比重也由蓄水前的6.85%增加至14.11%。