金沙江筑坝蓄水对近岸小气候的可能影响

李 鑫，陈先刚*，胡思波

(1.西南林业大学 环境科学与工程学院，云南 昆明 650224；2.华能龙开口监管局，云南 鹤庆 671000)



金沙江筑坝蓄水对近岸小气候的可能影响

李 鑫1，陈先刚1*，胡思波2

(1.西南林业大学 环境科学与工程学院，云南 昆明 650224；2.华能龙开口监管局，云南 鹤庆 671000)

为探讨金沙江河段筑坝蓄水对近岸小气候的影响，运用对比分析法对云南省大理州鹤庆县的龙开口水电站的库区蓄水前后气温、湿度、风速、风向、降水和蒸发的变化量进行研究。结果表明：库区蓄水后近岸相对年均气温上升0.2 ℃，年均相对湿度增大1.3%，年均风速增大0.3 m/s，风向频率由NE和SE，转向W、SSE和SE；冬夏季气温日较差分别减小2.7 ℃、2.6 ℃；相对湿度日较差冬增大14%、夏减小8.4%；冬最低气温上升3.0 ℃、夏最高气温下降1.4 ℃，最大湿度冬减小2.6%、夏增大2.7%，最小湿度冬夏分别增大1.4%和2.8%，其出现时间也发生变化；库区蓄水后其近岸年降雨量和蒸发量的变化不显著。

金沙江河段；筑坝蓄水；小气候变化

小气候是指局部地区由于下垫面的不均匀性以及人类和生物活动所产生的近地气层和土壤上层中的气候特点[1]。通常情况下，小气候是在一定的自然景观和大气候的背景下产生的局部气候差异，主要表现在个别气象要素变化剧烈以及个别天气现象上的差异[2]。由于人类的大部分活动和动植物的生态环境都处在近地层范围内，农业、林业和城市建设、建筑等部门行业都和小气候有着密切的关系，人类可通过改变下垫面的局部特性来影响和改变小气候。之前，国内外学者对不同下垫面如农田、城市、草地和森林等小气候的研究[3-7]表明，下垫面的局部特性的变化会影响和改变小气候，例如人工调节农田小气候可以改善农业的生态环境，对实现环境友好型农业具有重要意义[8]；在人口密集的城市里建造屋顶花园既能涵养水土、保温隔热、增加湿度，又能搭建顶层生物气候缓冲层[9]；草地生态系统发挥着降温增湿、释氧固碳、调节小气候等生态效应[5]。

近年来，随着全球气候变暖，为了进一步解决气候变化对人类的生产生活带来的影响问题，针对荒漠、戈壁、湿地等生态系统的小气候研究也日益受到人们的重视[10-15]。奥银焕等对黄河上游夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征进行的研究[16]；逄勇等和杨凯等分别研究了太湖岸边和上海中心城区河流的一些小气候特征[17-18]；湿地对局地环境具有明显的降温、增湿和增负氧离子浓度的作用，且距离水体越近小气候效应越强[19]。随着社会经济的不断发展，为满足供水、防洪、发电等需求，中国在大江大河上兴建了许多高坝大库[20]，韩慧丽等研究的深圳梅林水库和西丽水库对调节小气候的影响表明水库生态系统具有一定的降温、增湿和净化空气的效应[21]。为进一步探讨金沙江南北走向河中段的高原河谷地带筑坝蓄水对近岸小气候的影响，本文选取位于中国西南部地区的云南省鹤庆县龙开口水电站库区为对象，研究筑坝蓄水对近岸小气候变化的影响，为库区沿岸居民的生产生活与环境保护提供相关科学依据。

1 研究区概况

龙开口水电站位于云南省丽江市永胜县与大理州鹤庆县交界的金沙江中游河段上[22]，是金沙江中游河段梯级规划的第六个水电站[23](图1)。该河段为自北向南流向。水库以发电为主，兼顾灌溉和供水。拦河坝顶高程1 303 m，坝高116 m，坝顶长768 m。水库正常蓄水位1 298 m，总库容5.58×108m3，电站共安装5台360 MW的混流式水轮发电机组，总装机容量1 800 MW[24]。该河段介于南亚热带与寒温带之间的过渡性气候区，具有冬干夏湿的高原季风气候特征，年平均气温13.5 ℃，最高年均温14.1 ℃，最低年均温13.1 ℃；全年无霜期210 d，年平均降雨量943.4 mm，年平均日照2 293.6 h，年平均风速2.6 m/s，常年最多风向为西南风。

图1 金沙江龙开口库区位置图Fig.1 Location Map Jinsha River Reservoir

2 研究方法

2.1 观测点设置

分别在与水电站大坝相距约1km的上、下游岸边设置1号监测点(非库区)和2号监测点(库区)，两监测点相距约2 km，均在江边近岸台地草坪上。1号监测点位于江段西岸支流中江河汇入口附近，2号监测点位于江段东岸支流小庄河口汇入口附近(图2)。

图2 观测点空间示意图Fig.2 Space diagram of observation points

2.2 观测要素及时段

在两个观测点安装美国产(型号QD-3340WV)简易自动气象站，对空气温度(t)、相对湿度(U)、风向(Dw)、风速(Vw)、降水量(R)和蒸发量(E)等气象要素进行平行观测。观测数据记录每半小时一次，观测时间2010年12月～2014年11月。

2.3 观测数据处理

龙开口水电站库区于2012年11月下旬～12月上旬蓄水，分别选取2010年12月～2012年11月时段和2012年12月～2014年11月时段的观测资料作为蓄水前后的分析样本，4季划分按照3-5月为春季，6～8月为夏季，9～11月为秋季，12月～翌年2月为冬季划分，日变化分别选取冬季(1月)和夏季(7月)5个晴天同一时间所测定的气候要素的算术平均值，极值选取各季度观测数据中的最大值和最小值。通过对比两个观测点之间各要素差值在库区蓄水前后的变化，分析库区蓄水对近岸小气候的可能影响。

3 结果与分析

3.1 气温对比

3.1.1 气温年变化

库区蓄水前年均气温分别为19.2 ℃和20.3 ℃，非库区分别为20.1 ℃和20.6 ℃；库区蓄水后的年均气温分别为20.0 ℃和21.1 ℃，非库区分别为20.6 ℃和21.7 ℃。蓄水前后库区年均气温均低于非库区，且库区蓄水后年均气温与非库区相比较蓄水前减小显著(P<0.05)。库区蓄水后其气温年度变幅较非库区小，这和周瑞祖等研究的陈蔡水库库区小气候特征分析的“水体效应”结果一致[25](图3)。

3.1.2 气温日变化

库区蓄水前冬季和夏季气温日均值与非库区的差异均不显著(P>0.05)，而库区蓄水后冬季和夏季气温日均值与非库区的差异显著(P<0.05)，且夏季之间的差异极显著(P<0.01)。晴好天气条件下，冬季气温日较差库区蓄水后较蓄水前减小1.4 ℃，而非库区增大1.3 ℃，说明库区蓄水后冬季气温日较差相对减小2.7 ℃；夏季气温日较差库区蓄水后较蓄水前减小3.4 ℃，而非库区增大0.8 ℃，说明库区蓄水后夏季气温日较差相对减小2.6 ℃(表1)。除去大气候变暖背景的影响，库区蓄水后冬季的气温日变幅小，夜间气温有所上升，白天气温明显低于非库区；夏季气温日变化较明显，且离差分析结果明显，说明离水体越近气温越低[26]，库区蓄水使局地气温的变化发生改变。

图3 库区蓄水前后不同监测点气温差年变化Fig.3 The annual variation of temperature difference before and after impoundment of different monitoring points表1 库区蓄水前后不同监测点气温日较差Tab.1 The daily temperature range before and after impoundment of different monitoring points ℃

库区蓄水前，夏季库区极端最高气温较非库区高0.1 ℃，冬季库区与非库区的极端最高气温一致；库区蓄水后，夏季库区极端最高气温较非库区低1.3 ℃，而冬季库区极端最高气温则高于非库区1.3 ℃；库区蓄水前，夏季库区极端最低气温较非库区低0.1 ℃，冬季库区极端最低气温较非库区低1.9 ℃；库区蓄水后，夏季库区极端最低气温较非库区低1.2 ℃，冬季库区极端最低气温较非库区高1.1 ℃，且库区蓄水后极端气温的变化与蓄水前有显著差异，而非库区则差异不显著(表2)。这与王云璋等对黄土高原水土保持世行贷款项目区局地气候变化的研究结果相似[27]。同时，极端气温出现时间也有所变化，库区蓄水后极端最高温库区夏季晚0.5 h、冬季晚1 h；而非库区冬季晚1 h。极端最低温库区冬季早0.5 h；非库区冬季早1.5 h(表2)。说明库区蓄水使极端最高气温的出现时间夏季延后0.5 h，极端最低气温的出现时间冬季延后1 h。

表2 库区蓄水前后不同监测点气温日极值Tab.2 The daily extreme value of temperature before and after impoundment of different monitoring points

3.2 湿度对比

3.2.1 湿度年变化

库区蓄水前年均相对湿度分别为64.9%和53.6%，非库区分别为59.2%和57.1%；库区蓄水后年平均相对湿度分别为69.2%和65.6%，非库区分别为60.9%和57.2%。库区蓄水后，库区和非库区相对湿度均在冬春季减小，夏秋季增大，但库区年均相对湿度较非库区的变化显著，且离差分析结果显著(图4)。

图4 蓄水前后不同监测点相对湿度差年变化Fig.4 The annual variation of humidity before and after impoundment of different monitoring points

3.2.2 湿度日变化

库区蓄水前，冬季和夏季相对湿度日变化与非库区之间的差异不显著(P>0.05)；库区蓄水后，冬季相对湿度日变化与非库区的差异不显著(P>0.05)，但夏季最大湿度的日变化差异显著。晴天条件下，冬季相对湿度日较差库区蓄水后较蓄水前增大7%，非库区减小7%；夏季相对湿度日较差库区蓄水后较蓄水前减小8%，而非库区增大0.4%，库区蓄水后较蓄水前两站差值变化量的离差分析结果明显，说明库区蓄水使局地相对湿度增大(表3)。

表3 库区蓄水前后不同监测点相对湿度日较差Tab.3 The daily humidity range before and after impoundment of different monitoring points %

库区蓄水前，夏季库区相对湿度最高值较非库区大10.8%、冬季库区相对湿度最高值较非库区大0.5 %；库区蓄水后，夏季库区相对湿度最高值较非库区大13.5%、冬季库区相对湿度最高值较非库区小2.1%；库区蓄水前，夏季库区相对湿度最高值较非库区小2.0%、冬季库区相对湿度最高值较非库区小1.7%；库区蓄水后，夏季库区相对湿度最高值较非库区大0.8%、冬季库区相对湿度最高值较非库区小0.3%。说明库区蓄水后使局地极端相对湿度的变化发生改变，且离差分析结果显著。同时，库区蓄水后近岸相对湿度最大值出现时间冬季早1 h，非库区夏季晚1 h、冬季早2 h；最小值出现时间夏季早0.5 h、冬季晚2 h，非库区夏季早2 h(表4)，说明库区蓄水使极端最大湿度的出现时间夏季提前1 h、冬季延后1 h，极端最小相对湿度的出现时间夏季延后1.5 h、冬季延后2 h。

3.3 风的对比

3.3.1 风速年变化

库区蓄水前年均风速分别为0.6 m/s和0.5 m/s，非库区非别为0.4 m/s和0.7 m/s；库区蓄年均风速分别为0.9 m/s和0.7 m/s，非库区非别为0.7 m/s和0.6 m/s。库区蓄水后，春夏季风速出现很大增值，远高于非库区风速，秋冬季均低于非库区(图5)，且库区蓄水后年均风速与非库区的差值显著高于蓄水前。

表4 库区蓄水前后各季度相对湿度日极值Tab.4 The daily extreme value of humidity before and after impoundment of different monitoring points

图5 蓄水前后不同监测点风速差年变化Fig.5 The annual variation of wind speed before and after impoundment of different monitoring points

3.3.2 风速日变化

库区蓄水前后冬季和夏季风速都呈现出明显的日变化波形，白天风速较大，夜间风速相对较小，除冬季和夏季12：00～17：00左右风速日变化较非库区大之外，其余时间较非库区小；但库区蓄水后虽然库区与非库区的风速均有变化，但变化的幅度不同，库区变化较大，尤其夏季白天午后时段风速减小的幅度更大，而非库区变化不大，且蓄水前后两站风速差的离差分析结果明显。晴天条件下，冬季风速日较差库区蓄水后较蓄水前减小0.7 m/s，而非库区减小0.7 m/s；夏季风速日较差库区蓄水后较蓄水前减小2 m/s，而非库区增大1. 2 m/s，且库区蓄水后较蓄水前两站差值变化量的离差分析结果明显(表5)。除去该地区的大气候背景的影响，还主要与库区蓄水对局地小气候环境的影响有关，使得局地夏季风速减小，冬季风速增大[21]。

3.3.3 风向变化

库区蓄水前风向主要是NE和SE，非库区风向主要是NNW和NW；库区蓄水后主要是W、SSE和SE，而非库区主要是NW和NNW(图6)。库区蓄水后风向发生了很大变化，风向频率由NE和SE，转向W、SSE和SE。

表5 库区蓄水前后不同监测点风速日较差Tab.5 The daily range of wind speed before and after impoundment of different monitoring points m/s

图6 蓄水前后不同监测点风向变化玫瑰图Fig.6 The wind direction of before and after impoundment of different monitoring points

3.4 降雨和蒸发对比

3.4.1 降雨年变化

库区蓄水后两站年降雨量虽较蓄水前都有所上升，但库区上升的幅度更大，非库区上升27.3%，而库区上升36.8%(表6)。库区蓄水前旱期、主汛期界限分明，主汛期降雨量明显，非库区除冬季外，其余季节均有降雨，且差异不显著(P>0.05)；库区蓄水后年、主汛期降雨量明显减小，且夏秋季、年、主汛期降雨量蓄水前后差异显著(P<0.05)，而非库区全年降雨量差异不大，且旱季、主汛期界限分明。忽略该地区的大气候背景的影响，可能因为库区蓄水增多了内源水汽，加快了区域水分循环，使得其年降雨量相对升高9.5%；而非库区粗糙度高、林冠对气流的抬升作用及对湍流交换的减弱作用，使得其降水量较小[22]。

表6 库区蓄水前后不同监测点年降雨量变化情况Tab.6 The annual variation of rainfall before and after impoundment of different monitoring points

3.4.2 蒸发年变化

库区蓄水前全年蒸发量分布均匀，而非库区春冬季较少，夏秋季较多；库区蓄水后春夏季蒸发量有所增大，秋冬季节变化不大，且蓄水前后差异不显著(P>0.05)，非库区春季较蓄水前增大，夏秋冬季较蓄水前有所减小，但减小的幅度不大。库区蓄水后各监测点年蒸发量较蓄水前均有所增大，但其增大的幅度不同，库区蓄水后相对于非库区的增幅小40.8%(表7)。

表7 库区蓄水前后不同监测点年蒸发量变化情况Tab.7 The annual variation of evaporation before and after impoundment of different monitoring points

4 结论与讨论

(1)库区蓄水后两监测点年均气温、湿度、风速、风向频率、降雨量和蒸发量均有所改变，但库区的变化更为显著，这与王娜等对安康水库蓄水前后上游气候变化特征的研究结果相似[28]，这说明库区蓄水使局地小气候的变化发生了改变。

(2)库区蓄水后近岸气温与对照区相比，夏季最高气温下降1.4 ℃、冬季最低气温上升3.0 ℃，这与杨晶等对大型水库工程建设对局地气候的影响的研究结果相似[29]；库区蓄水使最高气温的出现时间夏季延后0.5 h、冬季延后1 h，最低气温的出现时间夏季延后1.5 h、冬季延后2 h；库区蓄水后，夏季气温日较差减小2.6 ℃，湿度日较差减小8.4%，冬季气温日较差减小2.7 ℃，湿度日较差增大14%，这可能由于水库的水体吸收并储蓄热量，水体中水分的蒸发也要消耗热量，而非库区地面直接接收太阳辐射，使热量不断地向近地面大气中辐射，使得气温日较差大。

(3)库区蓄水后近岸相对湿度与对照区相比，年均相对湿度增加1.3%，最大值夏季增大2.7%、冬季减小2.6%，最小值夏季增大2.8%、冬季增大1.4%；最大湿度的出现时间夏季提前1 h、冬季延后1 h；最小湿度的出现时间夏季提前1.5 h、冬季延后1 h。说明库区蓄水后，大量水汽蒸发到空气中，使空气相对湿度增大，这与陈永琼和舒兴武等研究的库区局地气候的结果一致[30-31]。

(4)库区蓄水后近岸夏季风速日较差较非库区减小3.2 m/s，年均风速增大0.3 m/s，说明水库蓄水后，水面增大，一方面近岸小气候更易受到海陆效应的影响；另一方面也增多了内源水汽，又由于山谷风加快了区域水分循环，使得近岸风速增大。

(5)库区蓄水后水体面积增大，其水面的蒸发作用使得近岸的空气相对湿度增加，并在其他气象条件的影响下发生变化，表现为蒸发速率，即单位时间单位面积上蒸发的水量[29]。在较高温度下，水分子的动能加大，易于挣脱水表面的束缚，增大蒸发速率；蒸发速率随风速的增大而增大，风速大时，空气的乱流加强，有利于蒸发表面上方的水汽向各方向输送，使其风向频率由NE和SE向W、SSE和SE转变。

(6)除去大气候背景的影响，库区蓄水后使得其近岸年降雨量相对升高9.5%、年蒸发量相对减小40.8%，从水库对局地气候影响分析，这是由于非库区位于临江绿地及其植物的蒸腾作用，而库区水体蒸发及其受山体峡谷的影响所致，且春季减少的更为明显[28]。

由于观测时间的限制，该研究结论是基于 2010 年 12 月至 2014年11月的观测资料，反映的是这一时段的平均状况，其结论只是初步的，目的在于揭示金沙江南北走向河中段的高原河谷地带筑坝蓄水对近岸小气候的可能影响。如要深入探讨高原峡谷地带库区蓄水对于小气候的影响，还需长期进行气象因素的监测，以便得到更科学合理的解释。

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THE POSSIBLE INFLUENCE ON THE COASTAL MICROCLIMATE OF THE JINSHA RIVER DAMS IMPOUNDMENT

LI Xin1，CHEN Xian-gang1，HU Si-bo2

(1.CollegeofEnvironmentScienceandEngineering，SouthwestForestryUniversity，Kunming650224，Yunnan，China；2.HuanengDragonRegulatoryAuthority，Heqing671000，Yunnan，China)

To explore the Jinsha river dam impoundment influence on the coastal microclimate，select the catchment areas of the Longkaikou Hydropower Station in Heqing County，Dali City in Yunnan Province as the research objection，set up the observation point respectively in the upriver and downriver of the dam and about 1 km away from the river bank，observe the temperature，humidity，wind speed，wind direction，rainfall，evaporation and meteorological elements for 4 years of parallel，analyze and compare the two observation points data before and after the impoundment.The result shows that after the reservoir relative annual temperature where close to the shore rises 0.2℃，annual average relative humidity increases 1.3%，annual average wind speed increases 0.3 m/s，and wind direction frequency by NE and SE，steering W，SSE and SE；winter and summer temperatures diurnal range reduced 2.7℃，2.6℃respectively；relative humidity winter of diurnal range increased by 14%，reduced 8.4% in the summer；winter minimum temperature increase of 3.0℃，the highest temperature drop in the summer of 1.4℃，winter maximum humidity decreases by 2.6%，summer increase 2.7%，summer and winter minimum humidity increase 1.4% and 1.4% respectively，the time can be change；the reservoir after the near-shore changes in annual rainfall and evaporation is also changing.

Jinsha River Basin；dam impoundment；microclimate change

2015-03-27；

2015-06-03．

*通信作者.

P463.24

A

1001-7852(2015)03-0072-07