三峡工程建成蓄水对库区参考作物蒸发蒸腾量的影响研究

何 军，张 伟，李家明，赵树君，张宇航，何天楷，钟盛建，高明利

(1.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；2. 三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北 宜昌 443002；3. 湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156)

0 引 言

三峡库区位于长江上游末端，库区最高和最低纬度分别为北纬31°44′和28°31′，最大和最小经度分别为东经110°12′和105°49′[1]，包含了因三峡工程建设而受回水淹没的26个县市区。三峡水库总库容393 亿m3，东西全长662.9 km，南北最宽处达2 000 m，总面积1 084 km2，是一座河道型水库。库区处于气候敏感区和生态系统过渡区，生态环境脆弱且不稳定，三峡工程建成后，水库蓄水、行洪对库区局部气候产生影响，进而影响农业生产。研究三峡工程建成蓄水对库区气候影响规律具有重要意义。

CHEN等[2]的研究发现三峡工程建设蓄水后，库区周边地区夏季有微弱的降温效应，而冬季则表现出增温效应。王圆圆等[3]通过广义加性模型(GAM)分析三峡库区2003年水库蓄水前后平均气温和降水变化，1997年后，库区年平均气温上升趋势明显，但2003年三峡工程首次蓄水后无明显变化趋势。刘海隆等[4]对三峡库区气候周期性变化特征进行了研究，结果表明三峡库区最高气温、平均气温、最低气温以及日照时长均表现出较好的周期性，主要周期为20 a，但降水量不具有较统一的周期长度，以10年内短周期为主。王梅华等[5]的研究表明，气温与水面蒸发之间具有较稳定的正相关性，降水与气温间的相关性最弱。符坤等[6]发现重庆城区和万州的年平均气温上升趋势显著，相对平均湿度则呈现显著下降趋势，但两地区降雨趋势相反，重庆城区表现出不显著上升趋势。何军等[7]对三峡工程建成前后宜昌市的气候条件及ET0进行了研究，发现大江截流后(1997-2011年)，宜昌市平均气温、最高气温、最低气温的多年均值分别上升了0.7、0.7、0.8 ℃，平均气压、平均相对湿度和日照时数表现出一定程度下降。宜昌市逐年ET0呈现不显著下降趋势，与平均气温、最高气温、最低气温、平均风速和日照时数呈现正相关关系，与降雨量、平均相对湿度以及平均大气压呈现负相关关系。

上述研究主要集中在三峡库区气温和降水的变化，对库区参考作物蒸发蒸腾量影响研究也仅体现在局部地区。本文采用M-K检验法对库区参考作物蒸发蒸腾量年际变化展开研究，运用通径分析法进一步研究三峡工程建设前后不同气象因子对库区参考作物蒸发蒸腾量的影响，以期为库区生态环境及农业水资源高效配置等提供参考。

1 研究区域内气象站点选择及气象资料获取

本文选取三峡库区5个典型区域的气象站作为代表点，分别为沙坪坝、万州、奉节、巴东和宜昌，5个站点顺水流方向自上游向下游分布，各台站的基本信息如表1所示，其中沙坪坝站位于三峡库区库尾，宜昌站位于三峡库区库首，如图1。

表1 气象台站基本资料Tab.1 Basic data of meteorological stations

图1 气象台站位置示意图Fig.1 Schematic map of meteorological station location

研究选择各站点1961-2014年的气象观测资料作为基础数据，选取的气象因子包括平均气温T、最低气温Tmin、最高气温Tmax、平均相对湿度RH、日照时长n、风速u、降水h、气压p等。气象数据从中国气象数据网(https:∥data.cma.cn/)获取，采用联合国粮农组织(FAO)1998年推荐的Penman-Monteith公式计算多年逐日参考作物蒸发蒸腾量[8,9]。数据分析时使用的M-K(Mann-kendall)检验及通径分析法的原理及详细过程参见文献[10-13]。

2003年6月，三峡工程首次蓄水至135 m，库区淹没范围涉及湖北省和重庆市12个县、区，是库容第一次发生重大变化的时间节点，是三峡工程建设对库区及周边环境、气候、生态等产生影响的开端，故而本文将2003年作为三峡工程对库区ET0影响的分界点。

2 结果和分析

2.1 ET0的年际变化规律

由表2三峡工程首次135 m蓄水(2003年)前、后ET0年际变化可知：三峡工程首次135 m蓄水前、后，奉节、巴东和宜昌地区年平均ET0始终较大。2003年前，万州地区年平均ET0的均值、极大值和极小值均为5各地区中最小，但2003年后，年平均ET0的均值、极大值和极小值均最小的地区为沙坪坝。对比5个地区2003年前、后年平均ET0变化趋势发现，三峡库区首次135 m蓄水前，5个地区ET0均呈现下降趋势，且巴东地区下降趋势较其他地区更大，而三峡库区首次135 m蓄水前后，5个地区ET0均呈现上升趋势，巴东地区上升趋势最缓。所选的5个研究地区兼顾库区首位两端，具备代表性，可见三峡库区内所有地区年平均ET0在三峡工程首次135 m蓄水前、后有着一致的变化趋势，均表现为从2003年前的下降趋势转变为2003年后的上升趋势。

2.2 ET0趋势分析及突变性检验

由图2各地区ET0突变检验曲线图可知：沙坪坝和万州地区UF值始终处于0刻度线以下，表明以上两个地区年平均参考作物蒸发蒸腾量在1961-2014年间始终表现为下降趋势，且在1980年后表现为显著性下降趋势。奉节、巴东和宜昌地区大体呈下降趋势，但分别在1967、1970、1974年后出现短暂不显著上升趋势。沙坪坝、万州、奉节、巴东和宜昌地区UF曲线和UB曲线分别在1973、1966、1976、1982、2002年出现交点，交点位于±1.96置信区间内，且随后UF曲线继续下降，穿过-1.96置信线，表明5个地区年平均ET0均发生降低突变。对于整个库区年平均ET0而言，库区内所有地区在1961-2014年间整体呈现下降趋势，各地区年平均ET0发生突变的时间不同，但均表现为降低突变。

2.3 影响ET0数值的主要气象因子分析

采用通径分析法对沙坪坝、万州、奉节、巴东、宜昌等5个地区三峡工程首次蓄水(2003年)前、后年平均ET0与气象因子敏感性进行分析，汇总结果如表3。

表2 三峡工程首次135 m蓄水(2003年)前、后ET0年际变化Tab.2 Interannual variation of reference crop evapotranspiration before and after the first 135 m storage (2003) of the Three Gorges Project

图2 各地区ET0突变检验曲线图Fig.2 Test curve chart of reference crop evapotranspiration catastrophe in different regions

表3 三峡工程首次135 m蓄水(2003年)前、后各地区ET0通径分析汇总Tab.3 Path analysis of ET0 before and after the first 135 m storage (2003) of the Three Gorges Project

从表3可知，沙坪坝、万州、巴东和宜昌地区在三峡工程首次135 m蓄水前、后年平均ET0与年平均日照时长n均有着较好的相关性，表现为共同增减的变化情况。奉节地区1961-2002年间与ET0相关性最好的为年平均日照时长n，2003年后为年平均最高气温Tmax。2003年前，除沙坪坝地区ET0主要受气温影响外，其他地区ET0受日照时长n的影响较大，而在2003-2014年间，所选取的5个研究地区的ET0都主要受气温影响，年平均气温T的变化是影响参考作物蒸发蒸腾量变化的主要原因。

三峡库区ET0与气象因子的敏感情况在2003年前后发生了变化，三峡工程首次135 m蓄水(2003年)前，影响库区内各地区年平均ET0的主要气象因子不尽相同，三峡工程首次蓄水(2003年)后，平均气温成为影响库区内各地区年平均参考作物蒸发蒸腾量的主要气象因子。

3 结 论

为探明三峡工程建成蓄水对库区参考作物蒸发蒸腾量的影响，采用M-K检验法和通径分析法等展开相应研究，主要结论如下。

(1)沙坪坝、万州、奉节、巴东和宜昌地区年平均ET0在三峡工程首次135 m蓄水前后，其变化趋势均变现为从下降趋势转变为上升趋势，表明三峡库区年平均参考作物蒸发蒸腾量变化趋势在2003年前、后发生转变，由下降趋势转变为上升趋势。

(2)所选取的5个代表站点的年平均ET0在1961-2014年间总体呈现下降趋势，虽发生突变的时间不同，但均表现为降低突变，表明三峡库区年平均参考作物蒸发蒸腾量在1961-2014间逐渐减少。

(3)三峡工程首次135 m蓄水前，库区各地影响ET0值的主要气象因子影响不完全相同，但2003年后，库区内所有地区年平均ET0均主要受年平均气温的影响。

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