三峡工程对下游地下水动态的影响

2020-05-08鲁朝林

科学技术创新 2020年8期

黄浩黄雷鲁朝林

（1、贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳550001 2、重庆市地质矿产勘查开发局南江水文地质工程地质队，重庆401121 3、中国地质大学（武汉）环境学院，湖北武汉430074）

1 概述

大型水利工程的兴建势必会改变河流沿线附近的水文地质条件，影响地下水位动态变化规律及地下水资源的开发利用，甚至因大型水利工程的兴建引起水位变化可能对地质灾害的诱发有宏观影响，但至今却鲜有相关研究。

本次研究主要针对长江中游江汉平原地区，该区域涉及主要水利工程有引江济汉工程和三峡工程。引江济汉工程总体涉及的引水流量并不大，王婷婷等[1]提出：引江济汉工程降低了汉江中下游水体污染物同时在一定程度上提高了汉江中下游的河水位和流量，但对地下水位影响相对较小。吴瑕针等[2]对南水北调中线工程对中下游水环境影响进行研究，并指出调水工程带来的水环境，尤其是中下游地下水位的影响却是比较复杂，缓慢、长期、需要较长时间才能表现出来。研究区距离最近的引江济汉工程约90km，对研究区内的地下水动态暂时无影响。由此，本研究主要讨论三峡工程对研究区地下水位影响。分析三峡蓄水工程对长江中下游地区地下水位动态变化造成的影响，为今后水利工程的兴建造成中下游地区地下水位变化可能带来的资源开发利用及地质灾害等影响提供参考和指导。

2 三峡工程概况

三峡工程在每期工程竣工之后会开展相应的蓄水工程，以满足大坝运行的正常水位。三峡工程大坝采取分期蓄水，1997年11 月一期工程结束，水位从原来66m 提高到88m；2003 年5月下旬二期工程完成，水位提高到135 米；2004-2009 年为三期工程阶段。（大坝蓄水位详情见表1）。为适应丰水期和枯水期水位变化，三峡大坝会进行相应的季节性蓄水：丰水期来之前会腾出库容用以防洪，枯水期来之前会进行相应的蓄水，抬升水位[3]。

表1 三峡库区各工期蓄水水位

3 三峡工程对下游水位动态影响

韩博闻[4]等研究了三峡大坝蓄水工程水对长江中下游的径流量的影响，根据宜昌站和大通站的水文数据指出三峡大坝蓄水运用以后，直接影响中下游的径流量进而对长江附近地下水有一定的影响。

由图1 宜昌站和大通站的流量变化趋势可看出，三峡三次蓄水工程（1997、2003、2009 年）蓄水开始之后，下游流量会有短时间的下降，当蓄水完成之后大坝正常泄水，加上下河道水位较浅，水流通畅，流量会在此后短时间内迅速增涨，图中可以看出三期蓄水时间节点处两水文站流量变化曲线符合这样的规律。

图1 历年宜昌站和大通站的流量变化图（韩博闻2015 年）

选取2004 年（二期蓄水后）和2009 年（三期蓄水后）各水文站长江水位监测资料，绘制表2 各水文站月平均水位变化量，通过对比其中的较大变化值2 月、5 月及10 月可以看出：宜昌站的水位变化量大于汉口站的水位变化量大于大通站水位变化量，整体符合越远离大坝水位变化越小，受大坝蓄水影响越小的规律。

表2 下游水文站月平均水位变化量（2004-2009 年）（张珍2011）

分别选取位于仙桃水文站的汉江水位和位于汉口水文站的长江水位，绘制表3 三峡大坝蓄水工程对中下游水位影响。为研究大坝蓄水这一影响因素对中下游江水位影响因素，现排除降雨因素对江水位的影响，选取2000 年、2007 年、2011 年的水位数据，并且2000 年、2007 年、2011 年分别在三次蓄水工程之间和三峡工程完工之后，其中这三年的年降雨量接近，分别为1087.1mm、1031.4mm、1067.7mm，三年间汉江年均水位分别为25.5m、25.54m、25.58m，年均水位几乎没有变化，考虑上游地区降雨充沛，水源充足；三年间长江的年均水位分别为20m、18.5m、17.32m，水位逐渐下降，由此长江中下游水位受三峡蓄水工程影响水位有所下降，平均为每期蓄水工程之后长江水位降低约1.3m。

表3 三峡大坝蓄水工程对中下游水位影响

4 三峡工程对长江中游地下水位动态影响

研究区内多年地下水观测孔R26-3 位于长江及汉江河间地块，直线距离分别约为25km 和27km。由上述三峡大坝季节性蓄水对区域地下水位影响可知，距地表水系距离在4km 以上的地下水，受库区季节性蓄水影响轻微，甚至没有影响[5]，但三峡大坝每期蓄水工程对该区地下水位动态有一定影响。

三峡蓄水工程都在每期工程建设结束之后放闸蓄水，放闸蓄水时间分别为：一期蓄水在1997 年11 月、二期蓄水在2003年6 月、三期试蓄水在2009 年10 月。每期蓄水工程实施之后，研究区次年的降雨量并未出现规律性的增减，具体表现为一期蓄水之后由1997 年年降雨量1097mm 增加到1565mm；二期蓄水之后反而由2003 年年降雨量1519mm 降低到2004 年1435mm；三期期蓄水之后由2008 年年降雨量1108mm 略微增加到2009 年1229mm。因此，三峡蓄水工程并未对研究区气象因素产生明显影响，但每期大坝关闸蓄水之后1 年半左右的时间内汉江和地下水位出现较大幅度的波动，并且地下水位在此之后呈一定幅度下降并逐渐趋于平缓，直到下一期蓄水开始重新发生较大幅度波动，如图2。

图2 1996-2015 年三峡大坝蓄水期间对研究区地下水位影响

研究区地下水位在每期大坝关闸蓄水之后1 年半左右的时间内出现较大幅度的波动，之后水位呈一定幅度下降并逐渐趋于平缓，直到下一期蓄水开始重新发生较大幅度波动。如表4所示，每期蓄水工程造成研究区地下水位下降约0.35m。并且从蓄水后不同时间间隔的水位标准差（数据平均值分散程度）来看，蓄水开始后0～1.5 年时段内标准差明显大于蓄水开始后1.5 年到下一期蓄水的水位标准差，由此，蓄水开始1.5 年内水位波动较蓄水开始1.5 年后大，每期蓄水工程对研究区地下水位动态的响应会持续约1.5 年。