气候变化对滇中引水工程取水影响分析

侯丽娜 黄站峰 唐兵

摘要：气候变化正在逐渐改变全球的水循环现状，并对水文水资源及其应用产生重大影响。在联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）对气候变化趋势进行分析的基础上，优选近期、远期气候变化情景，并模拟在未来气候变化情景下金沙江流域干流主要断面的逐日流量过程，用以分析气候变化对金沙江干流石鼓断面水文干旱以及对滇中引水工程取水的影响。研究结果表明：受未来可能的气候变化影响，金沙江干流石鼓断面的水文干旱发生强度和发生频率都将有所增加，远期较近期具有高的不确定性;滇中引水工程不可取水天数和可调水量将会增加，但总体而言对工程的不利影响较小。

关 键 词：气候变化; 水文干旱; 取水影响分析; 可调水量; 石鼓断面; 滇中引水工程

中图法分类号： TV67 文献标志码： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.014

1 研究背景

近几十年以来，全球气候都在发生难以忽视的变化。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第5次评估报告，全球地表持续升温，1880～2012年全球平均温度已升高0.85℃，而且北半球增温幅度尤其明显[1-4]。气候变化的同时也会引起水文循环发生变化，引发部分流域极端气候及水文事件的频率和强度增加[5-8]，导致部分河流的来水在年际和年内分布更加不均[9-12]，进而对水利工程的正常运行产生影响[13-15]。

金沙江是长江上游河段的重要组成部分，该流域位于我国青藏高原、云贵高原和四川盆地的西部边缘，流域面积为50万km2，河流全长为3 500 km，落差为 5 100m，多年平均水资源总量为1 565.2亿m3。随着我国西部大开发战略的实施，金沙江流域将成为最具开发潜力的地区之一，除了是我国西部重要的水电基地、西电东送的主要电源以外，同时也是滇中引水等重要调水工程的取水水源地。

滇中地区在云南省和我国西南地区的经济发展体系中具有十分重要的战略地位。但是区域内水资源分布不均，人、地、水资源组合不匹配，旱灾频繁，以至对本地的水资源已很难实施进一步开发，这些均成为了制约滇中地区未来经济社会快速发展的瓶颈[16]。为了解决滇中地区资源性缺水问题，国家规划了滇中引水工程，即从金沙江干流引水至滇中地区，以缓解当地用水矛盾、改善区域内水环境状况，促进受水区经济社会协调、可持续发展。

本文选择金沙江干流的中下游为研究区域，并选择石鼓断面为主要的分析断面，来分析未来气候变化对石鼓断面水文干旱以及对滇中引水工程取水可能产生的影响。金沙江流域如图1所示。

2 气候变化情景设置

（1） 现状情景。采用1981～2010年历史水文系列，以下简称基准情景或baseline。

（2） 未来气候变化情景。采用IPCC第5次评估报告[2]推荐的排放情景RCP4.5和RCP8.5，即中等碳排放情景和极端碳排放情景;同时从主要的全球气候模式（GCMs）中选择11种，将其组合为近未来（2021～2050年，以下称近期或NF）NF1～NF8，以及远期远未来（F2070～2099年，以下称远期或FF）FF45-1～FF45-8、FF85-1～FF85-8共24种气候情景，如表1所示。

在设置的气候情景下，金沙江流域未来气温变化情况总体上呈现为上升的趋势。近期气温可能的变化范围在0.01℃～1.64℃，远期气温可能的变化范围在1.1℃～5.9℃。在降水方面，流域近期降水的可能变化范围在-1.7%～4.6%，远期降水的可能变化范围在0.3%～14.1%。

3 气候变化对石鼓断面水文干旱影响分析

干旱，通常定义为长时期缺乏降水或降水明显短缺，或由降水短缺导致某方面的活动缺水;美国气象学会将干旱分为气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱等4个类型[17-19]。其中，水文干旱是从干旱对河川径流、水库的影响方面来定义的，通常是指天然降水、河川径流或地下水平衡所造成的水分短缺现象，关系到水文循环和水量平衡，水文干旱处在自然干旱发生的次级阶段，是气象干旱的结果，同时也是影响农业干旱和社会经济干旱的主因之一[20]，对直接从河流取水的国民经济部门和水利工程运行有着至关重要的影响。

3.1 水文干旱指标及分析方法

干旱指数是对干旱情况的量化表达，具有鉴别、度量和综合评判的作用，当前干旱指数主要集中在某一时段的正常降水百分率、降水小于某一阈值的连续天数、以降水和温度为变量的公式、以持续降水短缺作为因子的各个模式[20]。针对水文干旱，水文部门常以径流量的丰枯等级来划分干旱程度[21]，可采用指标为径流小于某一阈值的连续天数。

本次采用Q95、Q99、7Q10和30Q10四种主要水文特征量，作为水文干旱的对比指标：

（1） Q95，为30 a 5%频率的日流量;

（2） Q99，为30 a 1%频率的日流量;

（3） 7Q10，为10 a一遇7 d连续最小流量;

（4） 30Q10，为10 a一遇30 d連续最小流量。

本文在不考虑金沙江干流梯级水库调度的天然情况下，在对金沙江流域未来气候情景气温和降水预估的基础上，采用RS模型对金沙江流域8种近期、16种远期共24种气候模式进行模拟，得出了干流主要断面逐日天然流量过程。在此基础上，统计分析近期和远期情景下，石鼓断面Q95、Q99、7Q10和30Q10指标较基准情景的变化情况，用以分析气候变化对石鼓断面水文干旱强度的影响情况;统计分析近期和远期情景下，小于基准情景Q95、Q99、7Q10和30Q10流量天数的百分比较基准情景的变化情况，用以分析气候变化对石鼓断面水文干旱发生频率的影响情况。

3.2 气候变化情景下水文干旱变化情况

3.2.1 水文干旱强度变化情况

表2给出了基准情景下石鼓断面水文干旱指标值，以及未来近期、远期气候变化情境下相对基准情景的指标变化率情况。从表2可以看出：

（1） 近期情景下，各断面指标变化具有较好的趋势性，主要呈现减小的趋势，Q95指标值平均下降 4.5% ，Q99指标值将较基准情景平均下降4.6%，7Q10指标值平均下降3.0%，30Q10指标值平均下降 2.9% 。

（2） 远期情境下，各断面指标值较基准情景依旧整体呈下降的趋势，但与近期指标相比，指标的变异性（均方差）更大，不确定性相对更高。

（3） 总体而言，受气候变化影响，未来情境下，金沙江干流中下游水文干旱强度将有所增加，但远期变化的不确定性要高于近期。

3.2.2 水文干旱发生频率变化情况

对水文干旱发生频率的变化情况开展了分析研究。通过研究，计算出了在基准情景下，石鼓断面日流量低于其Q95、Q99、7Q10和30Q10指标值的天数。其中，在基准情境下，石鼓断面30 a的日流量低于其Q95指标的天数为584 d，占总天数的5.0%;日流量低于其Q99指标的天数为110 d，占总天数的1.0%;日流量低于其7Q10指标的天数为58 d，占总天数的 0.5% ;日流量低于其30Q10指标的天数为77 d，占总天数的0.7%。

图2给出了未来近期、远期气候变化情境下，石鼓断面日流量小于基准情境Q95、Q99、7Q10和30Q10流量的天数的变化率情况。从图2可以看出：

（1） 近期气候变化情景下，石鼓断面低于基准情景Q95、Q99、7Q10和30Q10流量天数的变化率分别在26.1%～82.8%、30.0%～120.9%、15.5%～124.1%和37.7%～114.3%之间，即日流量小于基准情景各指标的天数整体呈增加的趋势。

（2） 远期气候变化情境下，虽然变化率整体上依旧有所增大，日流量低于基准年干旱指标的天数整体呈增加趋势，但是变化率的变异性增大、不确定性增高，部分情境下变化率呈现负值，即日流量低于基准年干旱指标的天数有所减少。

（3） 总体而言，受气候变化影响，与基准情景相比，未来金沙江干流石鼓断面水文干旱发生的频率整体上呈增加趋势，但远期较近期具有更高的不确定性。

4 气候变化对滇中引水工程取水影响分析

滇中引水工程规划从金沙江干流石鼓断面下游引水，受水区涉及大理、丽江、楚雄、昆明、玉溪、红河6个州（市）的35个县（市、区），工程建设任务是以城镇生活与工业供水为主，兼顾农业和生态。工程远期规划水平年为2040年，多年平均引水量为34.03亿m3。

4.1 分析方法

滇中引水工程取水口断面至石鼓断面区间无支流加入，因此，取水口断面的径流直接采用石鼓站径流。随着未来气候的变化，石鼓断面的来水过程将会产生变化，进而会对滇中引水工程产生相应的影响。以未来近期、远期气候变化情景下的石鼓断面30 a日流量过程为基础进行调算，对比历史水文系列条件下的计算成果，分析气候变化对滇中引水工程不可取水天数（即断面水位、流量不能满足工程取水泵站最低运行水文条件的天数）和可调水量两个方面的影响。

4.2 气候变化对工程取水的影响分析

根据滇中引水工程相关成果，滇中引水工程对石鼓断面的最低水位要求为1 816.17 m，相应流量要求为303 m3/s，以石鼓断面1953～2011年59 a间的历史水文资料进行调算，工程不可取水天数为0;在考虑外调水充蓄水库调节作用的情况下，当渠首设计流量为135 m3/s时，工程多年平均可调水量为40.0亿m3（其中枯水期1～3月可调水量为8.2亿m3）。

表3给出了不同情景的水文条件下，滇中引水工程可调水量和不可取水天数情况。从表3可以看出，在未来气候变化情景下，与历史水文系列调算成果相比：

（1） 滇中工程不可取水天数增加，近期和远期情景在各自的30 a序列中，平均不可取水天数均增加为35 d，占总日历天数的0.3%。

（2） 虽然石鼓断面水文干旱情况会加剧、滇中引水工程将出现不可取水的情况，但是受到来水量普遍增大的影响，工程多年平均可调水量有所增加。其中，近期全年可调水量平均增量为1.1亿m3，枯期1～3月平均增量为0.8亿m3，增加比例为2.6%和9.8%;远期全年可调水量平均增量为1.4亿m3，枯期1～3月平均增量为1.1亿m3，增加比例为3.5%和 13.6%。

（3） 总体而言，近期、远期情景对滇中引水工程取水的影响程度相当，多年平均可调水量增加，不可取水天数增加，但整体影响程度较小。

5 结论与建议

5.1 结 论

本文选取金沙江干流中下游为研究区域，选择石鼓断面为分析断面，分析了未来气候变化对石鼓断面水文干旱以及对滇中引水工程取水可能产生的影响。

在考慮未来可能的气候变化条件下，石鼓断面的水文干旱指标Q95、Q99、7Q10和30Q10整体呈下降的趋势。与此同时，日流量小于基准情景水文干旱指标的天数总体呈增加的趋势，说明未来金沙江干流中下游的水文干旱发生强度和发生频率都将有所增加，但是相较于近期情景来说，远期情景具有更高的不确定性。

未来气候变化带来的水文情势变化，将对滇中引水工程取水产生一定的影响。受水文干旱变化的影响，工程不可取水天数会增加，但是仅占到总天数的0.3%;受断面来水量普遍增大的影响，工程多年平均可调水量增加，对工程取水有利。总体而言，未来气候变化将对滇中引水工程取水产生影响，但不利影响程度较小。

5.2 建 议

为应对未来气候变化可能对滇中引水工程产生的影响，建议采取如下措施。

（1） 加强上游规划工程的调度管理。根据金沙江流域相关规划成果，金沙江干流上游规划梯级水库拥有较大的调節能力，建成后将会对石鼓断面水流的调节起到至关重要的作用。因此，可以通过加强对上游梯级水库的日常调度管理来提高气候变化情景下的滇中引水工程石鼓断面的取水保证率。

（2） 提高滇中引水路线的外调蓄能力。滇中受水区现状拥有外调水充蓄调节水库16座，为了保障工程检修期间受水区的生产生活用水不受影响，目前在需水量大、调蓄能力相对不足的小区增设了外调水调节池。为了应对气候变化的影响，上述外调节水库、调节池也将发挥重要的作用，尤其是发生丰枯变化时，在丰时蓄水，枯时放水。与此同时，对于没有外调水充蓄调节水库的受水小区，可以通过市政、水利等多部门相关工程建设，提高调蓄能力，满足经济社会的平稳用水需求。

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引用本文：侯丽娜，黄站峰，唐 兵.气候变化对滇中引水工程取水影响分析[J].人民长江，2019，50（1）：75-78.

Influence of climate change on water intake ofCentral-Yunnan Water Diversion Project

HOU Lina， HUANG Zhanfeng， TANG Bing

（Changjiang Survey， Planning， Design and Research Co.， Ltd.， Wuhan 430010， China）

Abstract：Climate change is gradually changing the global water cycle status， and will have a significant impact on the hydrology and water resources utilization. Based on the predictions to climate change by the Intergovernmental Panel on Climate Change （IPCC）， the recent and long term climate change scenarios were selected and the daily flow process of main stations on the Jinsha River main stream was simulated to analyze the impacts of climate change on hydrological drought of Shigu cross-section and water intake of Central-Yunnan Water Diversion Project. The results show that affected by the probable future climate change， the intensity and frequency of hydrological drought at Shigu cross-section will both increase， and the long-term uncertainty is higher than short-term uncertainty. The number of days unable to intake water increases as well as the transferable water quantity of Central-Yunnan Water Diversion Project， but generally speaking， climate change has small adverse influence on the project.

Key words： climate change; hydrological drought; water intake; transferable water quantity; Shigu section; Central-Yunnan Water Diversion Project