黃 草，黃夢迪，胡國華，曾 杭

(1.長沙理工大學(xué) 水利工程學(xué)院，湖南 長沙 410114； 2.水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410114； 3.洞庭湖水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410114；)

1 研究背景

河流的水文情勢對于河流物理化學(xué)條件、兩岸植被分布以及流域內(nèi)生物群落的分布范圍和生活習(xí)性等具有重要意義[1]，河川徑流及其過程控制了河流生態(tài)系統(tǒng)主要的生境參數(shù)，如水深、速度以及生境容量[2]。在河流上建壩，阻斷了天然河道，導(dǎo)致河道的流態(tài)發(fā)生變化，這一變化會對河流生態(tài)環(huán)境造成不利影響。

不同的梯級電站調(diào)度方式對徑流的影響程度不同，良好的調(diào)度模式可以減弱大壩的修建與運(yùn)行對河流水文情勢的影響程度[3]。對于如何定量分析梯級電站的建設(shè)和運(yùn)行對河流健康的影響，國內(nèi)外學(xué)者開展了諸多研究。20世紀(jì)末，Richter建立的水文變異指標(biāo)體系(indicators of hydrologic alteration, IHA)以及在此基礎(chǔ)上提出的變化范圍法(range of variability approach, RVA)，為定量研究河流水文情勢提供了基礎(chǔ)[4-5]。該方法構(gòu)建了5大類共32項(xiàng)含有生態(tài)意義的水文指標(biāo)來定量分析河流的水文情勢特征，被廣泛應(yīng)用于研究我國長江[6-7]、黃河[2,8]和淮河[9]流域及各支流[10-11]的水庫建設(shè)對河流造成的水文及生態(tài)影響。

河川徑流的變化除受到水庫運(yùn)行影響外，還與當(dāng)?shù)貧庀笠蛩?、下墊面條件變化以及人類生產(chǎn)生活取用水情況等相關(guān)。分析河流水文情勢變化的影響因素以及量化不同因素的貢獻(xiàn)率是近年來的熱點(diǎn)問題，較常用的方法有水文模型法、拐點(diǎn)分析法[12-14]、關(guān)聯(lián)度分析[15]等。目前，研究者們將徑流變化影響因素歸為氣候變化和人類活動兩大類，但有關(guān)人類活動的細(xì)分項(xiàng)，如水利設(shè)施的修建和運(yùn)行、工農(nóng)業(yè)引水用水、水土保持措施等，對徑流變化的影響及其貢獻(xiàn)率分析成果較少。多系列貢獻(xiàn)率分割法[8]通過選定可代表多種徑流變化影響因子的不同序列，反映不同影響因子對于河流水文情勢影響的差異，其選定的影響因子可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行選擇搭配，適用于分析氣候變化、水庫運(yùn)行、工農(nóng)業(yè)取用水等多種因素，計算較為簡便。

21世紀(jì)以來，拉薩河干流陸續(xù)建成直孔和旁多兩級水電站，梯級水電站的建設(shè)及運(yùn)行調(diào)度改變了拉薩河中下游的水文情勢，對水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了不利影響，優(yōu)化梯級電站的調(diào)度運(yùn)行方式成為修復(fù)拉薩河中下游區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要選擇之一。因此，本文以拉薩河為例，采用水文變異指標(biāo)法及變化范圍法(IHA-RVA)，研究拉薩河旁多-直孔兩級電站不同調(diào)度模式下(常規(guī)調(diào)度與電力調(diào)度)下游水文情勢的變化，分析水文情勢的變化特征及規(guī)律；采用多系列貢獻(xiàn)率分割法分離天然徑流變化、河道外引水退水以及梯級水電站調(diào)度運(yùn)行3個因素對拉薩河干流月均徑流量變化的貢獻(xiàn)率，為量化分析梯級水電站不同調(diào)度方式對水文情勢的影響提供技術(shù)方法，也為拉薩河梯級水電站調(diào)度方式優(yōu)化和開展生態(tài)調(diào)度提供技術(shù)支持。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

拉薩河流域?qū)俑咴瓬貛О敫珊荡箨懶詺夂騾^(qū)，年平均降雨量400～500 mm，降雨主要集中在6-9月。拉薩河干流全長568 km，流域面積3.18×104km2，多年平均徑流量為90.9×108m3，是雅魯藏布江五大支流之一。流域內(nèi)濕地眾多，維護(hù)河流原始水文情勢對于保護(hù)當(dāng)?shù)厣飾⒌睾途S持物種穩(wěn)定具有重要意義。拉薩河發(fā)源于念青唐古拉山，由源頭南流的麥地藏布與支流“麥曲”匯合形成“色榮藏布”，兩河交匯點(diǎn)以上為拉薩河上游，以下為拉薩河中游；拉薩河中游河段稱為“熱振藏布”，陸續(xù)匯入“桑曲”、“烏魯龍曲”、“雪絨藏布”3條支流。在“烏魯龍曲”匯入點(diǎn)以下建有旁多水利樞紐，“雪絨藏布”匯入點(diǎn)附近建有直孔水電站，直孔水電站以下為拉薩河下游。

圖1為拉薩河流域水系以及干流已建水電站和水文站分布圖。表1為拉薩河干流旁多-直孔兩級電站特征參數(shù)統(tǒng)計表。表2為拉薩河干流水文站基本情況說明。目前，拉薩河干流已建成旁多與直孔兩座水電站。旁多電站具有年調(diào)節(jié)能力，是拉薩河干流中游河段水電梯級開發(fā)方案中的首級水庫，直孔電站具有日調(diào)節(jié)能力，是拉薩河干流中游河段水電梯級開發(fā)方案中的末級電站。兩座水庫總庫容14.46×108m3，占拉薩河年平均徑流量的15.9%。

拉薩河干流現(xiàn)有旁多、唐加和拉薩3個水文站(見圖1和表2)。其中，旁多站位于旁多電站下游，唐加站位于直孔電站下游，拉薩站位于拉薩市市區(qū)，3站均具有長系列的日流量實(shí)測資料。研究這3個站點(diǎn)的水文情勢及其變化特征，可表征梯級電站運(yùn)行下拉薩河干流水文特征的變化情況。

圖1 拉薩河流域水系以及干流已建水電站和水文站分布圖

表1 拉薩河干流旁多-直孔兩級水電站特征參數(shù)

表2 拉薩河干流水文站基本情況

2.2 數(shù)據(jù)來源

研究所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為拉薩河干流旁多、唐加和拉薩3個水文站的實(shí)測日流量，3站的日流量資料系列長度見表2。

相關(guān)研究表明，IHA-RVA法在選用的日徑流系列長度超過20 a時，能較準(zhǔn)確地反映河流水文情勢的變化[16]。拉薩河干流旁多-直孔兩級水電站建成較晚，缺乏梯級電站調(diào)度運(yùn)行后的長系列日徑流資料，梯級電站建成后的日徑流系列代表性不足。為了延長梯級電站調(diào)度后日徑流系列的長度，提高其代表性，本文基于旁多-直孔梯級電站常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度規(guī)則，采用MODSIM-DSS[17](一種常用的決策支持系統(tǒng)，http://modsim.engr.colostate.edu)構(gòu)建梯級電站調(diào)度模型，以1976-2000年梯級電站修建前的日流量數(shù)據(jù)作為模型輸入，模擬生成梯級電站不同調(diào)度模型下的長系列日徑流資料，作為水文情勢變化分析的依據(jù)。表3為電站運(yùn)行前實(shí)測日徑流數(shù)據(jù)和兩種不同調(diào)度模式下模擬出的日徑流數(shù)據(jù)序列長度情況。

表3 不同調(diào)度模式下拉薩河干流水文資料序列情況

為了驗(yàn)證拉薩河長系列模擬徑流的有效性，采用2015-2016年實(shí)測日徑流進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明模擬日徑流與實(shí)測日徑流存在良好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R為0.975，納什效率系數(shù)NSE為0.947[18]。

常規(guī)調(diào)度按照各電站的設(shè)計調(diào)度規(guī)則進(jìn)行模擬調(diào)度。旁多水庫從每年6月初開始蓄水，當(dāng)蓄至汛限水位后，維持汛限水位不變至9月上旬，9月下旬至12月末維持水庫正常蓄水位運(yùn)行；從翌年1月初開始降低水庫水位，至5月末消落至水庫汛限水位以下[18]。旁多水庫除承擔(dān)防洪發(fā)電任務(wù)外，還負(fù)責(zé)向鄰近城鄉(xiāng)輸送城市用水和灌溉農(nóng)業(yè)用水。直孔水庫只承擔(dān)防洪發(fā)電任務(wù)，無河道外引水。

電力調(diào)度以旁多-直孔電站總發(fā)電量最大為目標(biāo)，以旁多-直孔水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方案[19]為基礎(chǔ)，通過輸入1976-2000年天然日徑流，模擬生成旁多-直孔水庫聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度后的1976-2000年日徑流系列。

2.3 研究方法

2.3.1 水文情勢變化分析方法 河流水文條件是河流生態(tài)系統(tǒng)各種理化和生物過程的基礎(chǔ)，水文條件變化會引起河流生態(tài)系統(tǒng)的改變。IHA-RVA法是先通過分析河流受擾動前后的月均流量、年極值流量、極值流量出現(xiàn)時間、高低流量脈沖以及洪水上漲下降變化率等5個方面共32項(xiàng)水文因子的變化來確定河流水文情勢的狀態(tài)，然后評價32項(xiàng)指標(biāo)共64個特征參數(shù)(每1項(xiàng)指標(biāo)包含均值和變差系數(shù)2個特征參數(shù))在梯級水電站建設(shè)前后的差異與變化，以全面反映梯級水電站的運(yùn)行對河流水文情勢的影響。表4為本文選取的IHA指標(biāo)及采用的指標(biāo)符號說明。

表4 IHA水文指標(biāo)體系

上述64個特征參數(shù)的量綱不完全一致，引入歸一化函數(shù)(sigmoid 函數(shù))計算64個特征參數(shù)的改變度，則每個特征參數(shù)均為無量綱數(shù)，且取值范圍均為(-1，1)。

(1)

(2)

式中：dk為第k個參數(shù)的改變度，是指受影響后河流水文情勢第k個特征參數(shù)相對于受影響前的改變程度；k為參數(shù)的個數(shù)，k=1～64；a為系數(shù)，a=3；vk為河流第k個特征參數(shù)受擾動的偏離量；PkA、PkB分別為河流受擾動前、受擾動后第k個特征參數(shù)的統(tǒng)計值[18]。

綜合改變度DT為所有特征參數(shù)改變度dk絕對值的平均值，反映河流水文情勢受擾動的程度。將綜合改變度DT的取值范圍等分為3個區(qū)間，分別對應(yīng)輕度改變、中度改變和重度改變3個層次，具體分級標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)∣DT∣<0.33時，河流水文情勢整體為輕度改變[5]；0.33≤∣DT∣<0.67時，河流水文情勢整體為中度改變；∣DT∣≥0.67時，河流水文情勢整體為重度改變[18]。

2.3.2 水文情勢變化歸因分析方法 采用多系列貢獻(xiàn)率分割法[8]，通過對比不同系列相應(yīng)的水文情勢差異研究每個影響因子對水文情勢的影響，即貢獻(xiàn)率。

基于梯級水電站運(yùn)行期的水量平衡方程分析，引起拉薩河水文情勢變化的主要因素為天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運(yùn)行等(忽略水庫的蒸發(fā)和滲漏損失)。因此，構(gòu)建梯級電站模擬調(diào)度日徑流、無梯級電站調(diào)度的實(shí)測日徑流、河道外引水退水還原后天然日徑流以及無人類活動影響的基準(zhǔn)日徑流4個水文序列，進(jìn)行水文情勢變化的貢獻(xiàn)率分離分析。所選用的水文序列應(yīng)滿足以下條件：

(1)各水文序列長度應(yīng)不少于20 a；

(2)基準(zhǔn)日徑流序列應(yīng)較少受人類活動影響或基本無影響。

各序列分割方法如下：

vi,1=(Fi,1-Fi,4)/Fi,4

(3)

vi,2=(Fi,2-Fi,4)/Fi,4

(4)

vi,3=(Fi,3-Fi,4)/Fi,4

(5)

(6)

(7)

Cr=1-Cn-Cw

(8)

式中：Fi,1、Fi,2、Fi,3、Fi,4分別為梯級電站模擬調(diào)度日徑流序列(1976-2000年)、無梯級電站調(diào)度的實(shí)測日徑流序列(1976-2000年)、河道外引水退水還原后天然日徑流(1976-2000年)和無人類活動影響的基準(zhǔn)日徑流序列(1956-1975年)對應(yīng)的第i個IHA指標(biāo)值；Vi,1、Vi,2、Vi,3分別為上述前3個序列第i個IHA指標(biāo)值相對于無人類活動影響的基準(zhǔn)日徑流序列第i個IHA指標(biāo)值的變化幅度；n為IHA指標(biāo)的個數(shù)；Cn、Cw、Cr分別為天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運(yùn)行對IHA指標(biāo)值變化的貢獻(xiàn)率。Fi,1、Fi,2、Fi,3、Fi,4、Vi,1、Vi,2、Vi,3、Cn、Cw、Cr均為無量綱數(shù)。為了避免Vi,1過小引起影響因子在部分指標(biāo)上的貢獻(xiàn)率過大，當(dāng)Vi,1的絕對值不超過10%時認(rèn)為該指標(biāo)與基準(zhǔn)系列基本相同，不統(tǒng)計影響因子對該指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

3 結(jié)果與分析

3.1 梯級電站調(diào)度模式對水文情勢的影響比較

圖2為常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，旁多、唐加和拉薩3個水文站月均流量的改變程度。指標(biāo)Fi(i=1,2,…,12)為正值表示第i月月均流量增多，反之表示月均流量減少；指標(biāo)Fi(i=13,14,…,24)為正值表示第1-12月月均流量年際差異增大，為負(fù)值表示對應(yīng)月份月均流量年際差異減小。

常規(guī)調(diào)度下(圖2(a))，拉薩河干流月均流量指標(biāo)(F1～F12)變化主要以輕度和中度變化為主，月均流量均值改變程度最大月份為3月(F3)和10月(F10)，3個水文站3月流量均值改變度為0.95左右，屬于重度改變；10月流量均值改變度范圍為-0.42～-0.34，屬于中度改變。月均徑流變差系數(shù)(F13～F24)多為輕度改變，3站月均徑流變差系數(shù)正改變程度最大月份為2月(F14)和3月(F15)，其中旁多和拉薩站最大改變度均為0.66，屬于中度改變，唐加站的最大改變度為0.94，屬于重度改變；3站月均徑流變差系數(shù)負(fù)改變程度最大月份為6月(F18)，分別為-0.21、-0.10和-0.03，均為輕度改變。

電力調(diào)度下(圖2(b))，拉薩河干流非汛期月均流量(F1、F2、F3、F4、F12)多為中度和重度改變；汛期月均流量(F7、F8、F9、F10)多為輕度改變。旁多和唐加月均流量值正改變程度最大月份為2月(F2)，改變度為0.94和0.93，屬于重度改變；負(fù)改變程度最大月份為6月(F6)，改變度為-0.43和-0.36，屬于中度改變。拉薩站月均流量值正改變程度最大的月份為3月(F3)，改變度為0.91，屬于重度改變；負(fù)改變程度最大的月份為6月(F6)，改變度為-0.35，屬于中度改變。月均徑流變差系數(shù)(F13～F24)方面，旁多站和唐加站月均流量變差系數(shù)正改變程度最大的為3月(F15)，改變度分別為0.88和0.92，均為重度改變；負(fù)改變程度最大的為11月(F23)，改變度分別為-0.70和-0.68，為重度改變。拉薩站月均徑流變差系數(shù)正改變程度最大月份為3月(F15)，改變度為0.46，屬于中度改變；負(fù)改變程度最大月份為8月(F20)，改變度為-0.46，屬于中度改變。

上述分析表明，梯級電站騰庫、蓄水以及調(diào)洪期間對月均徑流量的改變較明顯；電力調(diào)度下，梯級電站調(diào)度運(yùn)行對月均流量均值和變差系數(shù)的影響程度大于常規(guī)調(diào)度。

圖3為常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，旁多、唐加和拉薩3個水文站年極值流量的改變程度。指標(biāo)F25～F29表示最大1、3、7、30、90 d極值流量均值變化情況；指標(biāo)F30～F34表示最小1、3、7、30、90 d極值流量均值變化情況；指標(biāo)為正值表示極值流量均值增加，反之表示對應(yīng)的極值流量均值減少；指標(biāo)F35、F36改變度為正值表示極值流量出現(xiàn)時間推遲，反之表示出現(xiàn)時間提前。指標(biāo)F37～F41表示最大1、3、7、30、90 d極值流量的年際差異變化；指標(biāo)F42～F46表示最小1、3、7、30、90 d極值流量的年際差異變化；指標(biāo)為正值表示極值流量年際差異增大，反之表示對應(yīng)的極值流量年際差異減小；指標(biāo)F47、F48為正值表示極值流量出現(xiàn)時間年際差異增大，為負(fù)值表示對應(yīng)極值流量出現(xiàn)時間年際差異減小。

圖2 旁多-直孔梯級電站不同調(diào)度模式下拉薩河干流各水文站月均流量改變程度

由圖3(a)可知，常規(guī)調(diào)度下，拉薩河干流年極值流量均值改變度多為輕度改變。最小90 d流量均值(F34)增多最為明顯，其中，旁多和拉薩站的改變度分別為0.39和0.37，屬于中度改變，唐加站的改變度為0.30，為輕度改變。在3站的極值流量均值中，旁多站最大1 d極值流量均值(F25)改變最大，改變度為-0.13；唐加站最小1 d極值流量均值(F30)改變最大，改變度為-0.17； 拉薩站最小3 d極值流量均值(F31)改變最大，改變度為-0.13；但均屬輕度改變。電站運(yùn)行后，3站極大值流量的出現(xiàn)時間(F35)改變度很小，表示電站運(yùn)行前后極大流量出現(xiàn)的時間基本不變；但極小值流量的出現(xiàn)時間有所變化，旁多站極小流量出現(xiàn)時間提前，而唐加和拉薩站的極小流量出現(xiàn)時間有所推遲。

由圖3(a)還可看出，旁多站最大3 d流量年際差異(F38)增大最明顯，改變度為0.48，唐加站和拉薩站最大1 d流量年際差異(F37)增大最明顯，改變度為0.56，均為中度改變。經(jīng)過梯級電站調(diào)度后，3個水文站中的唐加和拉薩站極小流量的年際變化(F42～F46)均為正值，表示極小流量的年際差異增加；但旁多站極小流量的年際變化有正有負(fù)，且多為負(fù)值，表示旁多站的極值流量年際差異減小。

由圖3(b)可知，電力調(diào)度下，拉薩河干流3個水文站最大1 d和最小1 d的極值流量均值發(fā)生了中度改變，而最大3、7、30、90 d的流量均值均為輕度改變，最小3、7、30、90 d流量均值均為重度改變，最大改變度為0.93。年極值流量年際差異變化方面，最大1、3、7、30、90 d流量的年際變化改變度逐漸減少，由重度改變向輕度改變過渡；而最小1、3、7、30、90 d流量的年際變化改變度均很大，接近于1.0，屬于重度改變。

基于以上分析，梯級電站調(diào)度運(yùn)行對最小1、3、7、30、90 d流量均值和年際差異的改變度明顯大于最大1、3、7、30、90 d流量均值和年際差異的改變度；電力調(diào)度模式對1、3、7、30、90 d極值流量均值和年際差異的改變度明顯大于常規(guī)調(diào)度模式。

圖4為常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，旁多、唐加和拉薩3個水文站的高低流量脈沖及洪水漲落的改變程度。指標(biāo)F49～F56為正值表示對應(yīng)的水文指標(biāo)統(tǒng)計值增大(洪水脈沖出現(xiàn)頻率增大或洪水脈沖歷時延長)，為負(fù)值表示對應(yīng)的水文指標(biāo)統(tǒng)計值減?。恢笜?biāo)F57～F64為正值表示對應(yīng)的水文指標(biāo)統(tǒng)計量年際差異增大，為負(fù)值表示對應(yīng)的水文指標(biāo)統(tǒng)計量年際差異減小。

圖3 旁多-直孔梯級電站不同調(diào)度模式下拉薩河干流各水文站極值流量改變程度

圖4 旁多-直孔梯級電站不同調(diào)度模式下拉薩河干流各水文站高低流量脈沖及洪水漲落改變程度

常規(guī)調(diào)度下(圖4(a))，拉薩站高流量、低流量脈沖的發(fā)生次數(shù)減少(F49、F50為負(fù)值)，但減少幅度較?。桓吡髁亢偷土髁棵}沖的歷時(F51、F52)無明顯變化。高流量脈沖發(fā)生次數(shù)年際差異減小(F57為負(fù)值)，高流量脈沖歷時(F59)的年際差異略微增大；低流量脈沖發(fā)生次數(shù)(F58)和歷時(F60)的年際差異均減小，改變度達(dá)-0.51和-0.39，為中度改變。同時，拉薩站洪水下降速率變差系數(shù)(F62)改變度為正值，上漲速率(F61)及漲落頻率變差系數(shù)(F63、F64)改變度為負(fù)值，表明拉薩站洪水下降速率年際差異增大，上漲速率及漲落頻率年際差異減小。

電力調(diào)度下(圖4(b))，拉薩站高流量、低流量脈沖事件發(fā)生平均次數(shù)(F49、F50)增加，平均歷時(F51、F52)縮短約15 d；高流量、低流量脈沖發(fā)生次數(shù)(F57、F58)的年際差異增大，平均歷時(F59、F60)的年際差異減小。其中，洪水漲落速率的均值(F53、F54)和變差系數(shù)(F61、F62)顯著增大，改變度均達(dá)到0.99以上，為重度改變。電力調(diào)度下，拉薩河干流不同站點(diǎn)高低流量脈沖及洪水漲落速率的改變比常規(guī)調(diào)度更明顯。

常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，拉薩河干流水文情勢的綜合改變度如表5所示，不同改變程度的水文指標(biāo)個數(shù)統(tǒng)計如圖5所示。

表5 旁多-直孔梯級電站運(yùn)行后不同站點(diǎn)水文情勢的綜合改變度

由表5和圖5可知，常規(guī)調(diào)度模式下，拉薩河干流水文情勢發(fā)生了輕度改變，旁多、唐加和拉薩3站點(diǎn)的水文情勢綜合改變度分別為0.17,0.21和0.20。在統(tǒng)計的64個特征參數(shù)中，3站輕度改變的指標(biāo)個數(shù)分別為58、56和56，分別占總指標(biāo)數(shù)的91%、88%和88%；重度改變的指標(biāo)個數(shù)分別為1、6和1，分別占總數(shù)的2%、9%和2%。電力調(diào)度模式下，拉薩河干流水文情勢發(fā)生了中度改變，旁多、唐加和拉薩3站點(diǎn)的水文情勢綜合改變度分別為0.50、0.54和0.48。在統(tǒng)計的64個特征參數(shù)中，3站輕度改變的指標(biāo)數(shù)分別為26、25和27，分別占總指標(biāo)數(shù)的41%、39%和42%；重度改變的指標(biāo)個數(shù)分別為24、28和22，分別占總數(shù)的38%、44%和34%。即拉薩河干流梯級電站電力調(diào)度模式對河流水文情勢的影響明顯高于常規(guī)調(diào)度。

3.2 梯級電站運(yùn)行對水文情勢變化的歸因占比分析

基于公式(3)～(8)，采用多系列貢獻(xiàn)率分割法分析了天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運(yùn)行3因素對于拉薩河干流月均徑流變化的貢獻(xiàn)率。

圖6為常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運(yùn)行3因素對拉薩河干流月均徑流變化的貢獻(xiàn)率。圖6表明，電力調(diào)度模式下，導(dǎo)致拉薩河干流月均徑流變化的主要因素為梯級電站的調(diào)度運(yùn)行，旁多站天然徑流量變化、河道外引水退水和梯級電站調(diào)度運(yùn)行的貢獻(xiàn)率分別為35%、22%和43%；唐加站3因素的貢獻(xiàn)率分別為37%、5%和58%；拉薩站3因素的貢獻(xiàn)率分別為56%、6%和38%。常規(guī)調(diào)度模式下，導(dǎo)致拉薩河干流月均徑流變化的主要因素為天然徑流量變化，旁多站3因素的貢獻(xiàn)率分別為68%、6%和26%；唐加站3因素的貢獻(xiàn)度分別為65%、7%和28%；拉薩站3因素的貢獻(xiàn)度分別為81%、2%和17%。電力調(diào)度模式下，梯級電站調(diào)度運(yùn)行對月均徑流變化的貢獻(xiàn)程度明顯增加，電力調(diào)度下拉薩站梯級電站調(diào)度運(yùn)行的貢獻(xiàn)率比常規(guī)調(diào)度增長了124%。兩種調(diào)度模式下河道外引水退水對于月均徑流變化的影響均較小。

圖5 不同調(diào)度模式下各站點(diǎn)不同改變程度的水文指標(biāo)個數(shù)統(tǒng)計圖 圖6 不同調(diào)度模式下3因素對拉薩河干流月均徑流量變化的貢獻(xiàn)率

4 討 論

本研究以拉薩河為例，提出了量化分析新建水庫群調(diào)度對河流水文情勢的影響的分析框架和方法，可為優(yōu)化流域生態(tài)調(diào)度方式提供技術(shù)支持。

(1)針對新建和待建梯級電站調(diào)度后徑流系列代表性不足的問題，采用MODSIM-DSS模擬生成不同情景下梯級電站調(diào)度后的長系列日徑流數(shù)據(jù)，然而徑流模擬的精度受到多方面因素的影響，如梯級電站的調(diào)度規(guī)則及優(yōu)化方案，河道外引水及退水的還原，水庫群的蒸發(fā)滲漏損失等，導(dǎo)致模擬徑流整體略小于實(shí)測徑流。徑流模擬方法與結(jié)果對規(guī)劃層面的水文-生態(tài)響應(yīng)研究具有一定的指導(dǎo)意義。

(2)常規(guī)調(diào)度下，拉薩河干流水文情勢發(fā)生輕度改變；電力調(diào)度下，水文情勢發(fā)生中度改變。這證實(shí)了不同的梯級電站調(diào)度方式對徑流的影響程度存在較大差異。同時，相關(guān)研究表明拉薩河旁多-直孔梯級電站電力調(diào)度比常規(guī)調(diào)度可增加發(fā)電量4.49%[19]。對比兩種調(diào)度模式下水文情勢的改變幅度和發(fā)電量的改變幅度，結(jié)果表明：拉薩河干流梯級電站電力調(diào)度所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益增幅小于其帶來的水文情勢改變增幅。因此，以總發(fā)電量最大為目標(biāo)的電力優(yōu)化調(diào)度雖能小幅提高經(jīng)濟(jì)效益但對河流水文情勢的影響也更大，梯級水庫調(diào)度應(yīng)更加重視生態(tài)調(diào)度目標(biāo)，更好地協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益與河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾。

(3)河流水文情勢變化是天然徑流量變化、河道外引水退水和梯級電站調(diào)度運(yùn)行等多方面因素共同作用結(jié)果。多系列貢獻(xiàn)率分割法能夠分離人類活動中河道外引水退水和梯級電站調(diào)度運(yùn)行對月均徑流變化的影響，在流域水資源供需用基礎(chǔ)資料及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測資料缺乏時可用于探討梯級電站運(yùn)行所引發(fā)生態(tài)-水文響應(yīng)及程度。但應(yīng)用多系列貢獻(xiàn)率分割法時受水文系列資料限制，一方面水文系列難以準(zhǔn)確分割出氣候變化之前的水文序列，另一方面天然徑流量變化、河道外引水退水以及梯級電站調(diào)度運(yùn)行在各水文系列中不完全獨(dú)立，難以絕對分離。建立梯級電站調(diào)度模擬模型或流域水資源配置模型能一定程度彌補(bǔ)實(shí)測水文序列的不足。

(4)目前，拉薩河干流梯級電站尚有卡多、布崗、格拉沃水電站規(guī)劃待建。若5級電站全部投入運(yùn)行后，梯級電站調(diào)度運(yùn)行對拉薩河中、下游的生態(tài)水文情勢的改變作用將會更加顯著，應(yīng)進(jìn)一步協(xié)調(diào)梯級電站的調(diào)度目標(biāo)，優(yōu)化拉薩河干流梯級電站聯(lián)合調(diào)度方式，以減弱梯級電站建設(shè)與運(yùn)行給河流生態(tài)系統(tǒng)帶來的危害，強(qiáng)化梯級電站調(diào)度運(yùn)行的生態(tài)作用，保障區(qū)域水生態(tài)環(huán)境和安全。

5 結(jié) 論

(1)旁多-直孔梯級電站常規(guī)調(diào)度下，拉薩河干流水文情勢發(fā)生輕度改變，旁多、唐加和拉薩站綜合改變度分別為0.17、0.21和0.20；電力調(diào)度下，水文情勢發(fā)生中度改變，旁多、唐加和拉薩站綜合改變度分別為0.50、0.54和0.48。

(2)拉薩河干流梯級電站騰庫、蓄水以及調(diào)洪期間對月均流量的改變較明顯；常規(guī)調(diào)度和電力調(diào)度兩種模式下，最小1、3、7、30和90 d流量的改變度均大于最大1、3、7、30和90 d流量的改變度；電力調(diào)度模式對1、3、7、30和90 d極值流量的改變度明顯大于常規(guī)調(diào)度模式。

(3)常規(guī)調(diào)度模式下拉薩河干流水文情勢變化的主導(dǎo)因素為氣候變化引起的天然徑流量變化，貢獻(xiàn)率為65%～81%；而電力調(diào)度模式下其主導(dǎo)因素為梯級電站的調(diào)度運(yùn)行，貢獻(xiàn)率為38%～58%。以拉薩站為例，電力調(diào)度下梯級電站調(diào)度運(yùn)行的貢獻(xiàn)率比常規(guī)調(diào)度增長了124%。河道外引水退水對于拉薩河水文情勢改變的影響均較小。