三峡水库运行引起的长江中游水位—流量关系变化及对洞庭湖江湖水量交换研究

The middle Yangtze River basin with the complicated river-lake relation has become a hotspot area since the operation of the Three Gorges Dam (TGD). Water stage–discharge relation changes of the middle Yangtze River affect the river–lake water exchange, while the river-lake exchange related to flood control, water supply, ecological environment protection. The operation of the TGD has significantly altered the water level–discharge relations in the middle Yangtze River, however, it is still unclear that how the water level–discharge relation changes have influence on the river–lake water exchange between the Yangtze River and the Dongting Lake. Here we choose the Zhicheng–Luoshan reach, and the diversion and converge reaches between the Yangtze River and the Dongting Lake as the study area. The aims of this project are to: (1) analyze the water level and discharge change characteristics in the Yangtze River and the Dongting Lake based on the hydrological data in this study area; (2) quantify the effect of the river channel erosion and water discharge change on the water level after the TGD the water stage–discharge rating curves; (3) clarify the influence of water level–discharge relation changes in the middle Yangtze River on the Yangtze River–Dongting Lake water exchange based on the regression analysis and Bayesian Hierarchical Model (BHM); (4) provide an important scientific basis for the reasonable use of water resource and optimize the adjustment and control of river-lake relation.

三峡水库蓄水运行后，江湖关系错综复杂的中游地区成为研究的热点区域。长江干流的水位—流量关系变化影响江湖之间水量交换，江湖水量交换关系到区域的防洪、水资源供给及生态环境保护等。三峡水库蓄水运行后长江干流水位—流量关系发生了显著变化，而该种变化对江湖水量交换的影响程度还不清楚。本项目拟把长江中游干流枝城—螺山河段、长江与洞庭湖分汇河段作为研究区。首先基于长时间序列的水文数据，分析不同时段长江中游水位—流量关系与洞庭湖江湖水量交换的变化特征；结合多种方法建立水位—流量关系曲线，定量区分三峡水库运行后坝下河道冲淤与水量变化对水位的影响；通过回归分析与构建贝叶斯层次模型（BHM）定量识别各环境因子对江湖水量交换的影响分量，揭示长江中游水位—流量关系变化对江湖水量交换的影响程度，为长江流域水资源合理利用和江湖关系优化调控提供科学依据。

本研究针对江湖关系水量交换的复杂性和重要性，从三峡水库运行引起的长江中游水位—流量关系变化及对江湖水量交换通量影响研究存在的科学问题出发，以长江中游干流枝城—螺山河段、长江与洞庭湖分汇河段作为研究区。利用长时间序列的水文数据分析干流及洞庭湖进出口水位、流量变化过程与现状特征；利用多种方法建立水位—流量关系曲线，定量区分三峡水库运行后坝下河道冲淤变化与水量变化对水位的影响；构建多种模型揭示干流水位—流量关系与其他因素对洞庭湖江湖水量交换的协同作用机制。研究结果表明：（1）三峡水库蓄水运行前后，长江干流荆江河段与荆江三口的河道冲淤状况均发生了较为显著的变化。在三峡水库运行前，长江干流荆江河段河道整体上保持相对的冲淤平衡状态，而三峡水库运行后，表现为整体的强烈冲刷状态。荆江三口不同分流口表现出不同的变化特征，相比较长江干流荆江河段的变化，其变化幅度明显较小：三峡水库运行前后，松滋口断面冲淤变化不明显，整体保持相对稳定；太平口表现为三峡水库运行前河道形态保持稳定，冲淤保持相对的平衡，而三峡水库运行后表现为枯水期河槽的较为强烈的冲刷；藕池口表现为三峡水库运行前河槽发生普遍的显著淤积，而三峡水库运行后表现为河槽保持相对稳定，接近于冲淤平衡的状态。城陵矶出口河道一直保持冲淤相对稳定状态。（2）河道冲淤变化与水位—流量关系变化密切相关。三峡水库运行后河道的冲刷造成同流量下水位下降，直接影响江湖之间的水量交换。2003年后，三口分流量的减少中约37%是由河道冲淤变化导致，其他部分的减少主要是三峡水库调蓄导致。（3）长江干流的流量改变极大地影响洞庭湖水位与出流。长江干流流量每变化3000 m3/s，在枯水期会使洞庭湖水位变化约1.1 m，平水期洞庭湖水位变化约0.4 m，在洪水期洞庭湖水位变化约0.6 m。三峡水库年内调蓄是导致洞庭湖水位与出流下降的主要因素。