向家坝水电站下游水温变化分析

黄膺翰，严忠銮，卢晶莹，王小明，徐火清，常 訸，匡 亮

(1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014；2.中国三峡建工(集团)有限公司，四川 成都 610065；3.水电水利规划设计总院，北京 100120)

水温是影响河道水生环境的重要因子之一[1]。我国长江流域鱼类产卵季节一般是在4月～8月，水库春季下泄低温水可能导致河道中鱼类产卵期推迟，甚至不产卵[2-5]。水温也是影响灌区农作物灌溉效果的重要因素。在水稻生长期内，下泄低温水会抑制微生物的活动，减缓新陈代谢，导致水稻返青慢、结实率低、成熟期推迟和产量下降等[6]。水利工程的修建将会对库区和下游河段的水温时空分布产生重要影响[7]。

我国长江上游流域雨水充足，水能丰富，是我国的战略水源地和大型水电基地，并具备梯级水库建设的自然条件[8]。开发梯级水电站，可以充分开发和利用河流水资源、提高防洪和发电效益等[9-10]。但水电站的兴建也极大地改变了河道水温的自然变化过程，特别是巨型水电站或者多个梯级水库联合运行时，对河道水温的影响范围更广，对区域性的环境影响更大[11-12]。梯级水电站水库对河流的水温影响较单一水库的影响更为复杂，多个梯级水库联合调度时，产生的累积效应加剧了下游水生环境的变化[13]。随着河流梯级水电站的开发，水电站下泄低温水对下游河道的影响不断累积，将会对下游河道鱼类和水生植物的生存和繁衍造成不利影响。

向家坝下游及长江上游川江段是长江流域水生生物物种最丰富的江段之一，也是长江上游干流现存的较为完好的未进行水电开发的连续江段。为保护江段内丰富的鱼类资源，国家在此建立了长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区。保护该江段的自然生态环境具有极其重要的社会与生态学意义。随着金沙江下游梯级电站开发的有序推进，其对下游的水温累积影响将会逐渐显现。水温变化对该江段的水生生物生长与繁殖产生影响是各方十分关注的问题。为此，基于向家坝下游主要水文站长序列水温监测资料、水电站蓄水资料对向家坝下游河段水温变化趋势和河段梯级建设水温影响展开分析；以推进金沙江下游—长江上游的水温监测规划，减缓电站运行对下游水生生态影响。

1 向家坝下游段河流水温变化

根据长江委水文局提供的水温监测数据，向家坝下游段河流水温监测站依次是向家坝站、李庄站、朱沱站、寸滩站等，各水文站分布位置见图1。

图1 水文站分布

华弹站位于金沙江与雅砻江汇口下游，华弹站各年月均水温变化过程如图2所示，监测数据显示华弹站出现升温期水温下降，降温期水温上升，年内水温变化相位滞后，且变幅趋于平缓的现象。

图2 华弹站水温分析

图3 向家坝站水温分析

向家坝站各年月均水温变化过程如图3所示。向家坝电站于2012年1月开始蓄水，电站蓄水后，向家坝站水温监测期间升温期各月水温显著下降，降温期水温显著上升，年内水温变化相位滞后超过1个月。

图4 朱沱站水温分析

图5 寸滩站水温分析

朱沱站自2000年起降温期水温明显升高，升温期水温略有下降。这说明李庄站至朱沱站间214 km长的天然河段虽对水温恢复有一定的促进作用，但仍不足以消除电站建设造成的水温变化。

下游寸滩站1958年～2016年间，升温期水温无明显变化，降温期水温有所升高，从而说明经过接近371 km的天然河段，上游电站建设造成的水温影响有了较明显的降低。

由于寸滩以上河段未建水电站，因此各时段沿程变化趋势无明显差别。从鱼类产卵对水温的要求看，长江重点保护鱼类达氏鲟产卵期为3月～4月、11月～12月，水温为16～19 ℃；中华鲟产卵期为10月～11月，水温为17～20 ℃；四大家鱼等则是4月开始产卵，水温不得低于18 ℃。但在2000年以前，向家坝站水温高于18 ℃；而2010年以后，3/4分位水温均低于18 ℃。在10月份，2000年以前李庄、赤水、朱沱、寸滩的中位数水温均低于20 ℃，满足中华鲟产卵的水温要求；2010年以后，各站水温则均高于20 ℃。

由此可见，各梯级建设在一定程度上改变了向家坝下游沿程水温变化过程，这可能会对该区域鱼类产卵繁殖产生一定影响。

2 梯级水库水温影响分析

2.1 分析方法

水库下游研究控制断面建库前、后水温变化由时间差异引起的水温变化和水库兴建引起的变化两部分组成。假设水库下游研究控制断面建库前、后不受水库影响的水温变化，与水库上游入库控制断面建库前、后水温变化相同，则可将水库下游研究控制断面建库前、后水温变化减去水库上游入库控制断面建库前、后水温变化，差值即为水库兴建引起的水温变化[14]。

(1)

(2)

则水库兴建引起的水温变化为

ΔT=ΔTo-ΔTi

(3)

2.2 溪洛渡、向家坝水电站联合运行水温影响分析

2.2.1 向家坝坝址断面水温影响分析

溪洛渡、向家坝水电站分别于2013年、2012年开始蓄水，对比其蓄水前、后的水温数据可以看出，4月～9月向家坝站—华弹站的温差有明显降低，11月～次年1月有明显升高。以2013年为界，计算得到各时段均值见表1。

由表1可以看出，溪洛渡、向家坝水电站联合运行后，4月～9月向家坝站—华弹站的温差降低了0.4～1.8 ℃，11月～次年1月升高了1.2～2.2 ℃。

2.2.2 下游河道水温影响分析

金沙江水于华弹站下游进入溪洛渡水电站库区，流出向家坝水电站后，先后与横江、岷江水汇合，进入长江下游河段。与赤水河水汇合后，流经朱沱站；与嘉陵江汇合后流经寸滩站进入三峡库区。

表1 向家坝站—华弹站温差对比 ℃

表2 朱沱站—华弹站、高场站混合水温温差对比 ℃

表3 寸滩站—华弹站、高场站、北碚站混合水温温差对比 ℃

基于华弹站、高场站水温监测数据，以金沙江、岷江各月多年平均流量为权重，基于零维混合模型计算得到两江汇合后水温，与朱沱站水温监测数据对比，分析研究向家坝运行对朱沱站断面水温的影响。

基于华弹渡站、高场站、北碚站水温监测数据，以金沙江、岷江、嘉陵江各月多年平均流量为权重，基于零维混合模型计算得到三江汇合后水温，与寸滩站水温监测数据对比，分析研究向家坝运行对寸滩站断面水温影响。

鉴于横江流量占比较小，赤水河与长江水温接近，且赤水河干流未建设电站，两江汇入对干流影响不大；而且对比分析时，参与分析各水文站须具备同期监测资料，对资料完整性需求较高。为保证分析数据时间尺度的完整性，因此暂不考虑横江、赤水对金沙江、长江水温的影响。

(1)朱沱站断面水温影响分析。溪洛渡、向家坝梯级联合运行时间为界，计算得到运行前后各月均值见表2。溪洛渡、向家坝梯级联合运行后，朱沱站—华弹站水温温差于5月～10月有一定程度的降低，降低幅度为0.2～1.0 ℃，其余月份无明显变化。可见，经过向家坝—朱沱近262 km天然河段后，溪洛渡、向家坝联合运行造成水温影响得到了明显缓解；向家坝蓄水后，8月～次年3月温差增加了1.1～1.5 ℃。

(2)寸滩站断面水温影响分析。溪洛渡、向家坝梯级联合运行时间为界，计算得到运行前后各月均值见表3。溪洛渡、向家坝梯级水电站联合运行后，寸滩站—华弹站水温温差于5月～9月有一定程度的降低，降低幅度为0.4～0.7 ℃，其余月份无明显变化。可见，于朱沱站相比，溪洛渡、向家坝泄水再次经过朱沱—寸滩近151 km天然河段后，溪洛渡、向家坝水电站联合运行对水温的影响得到了进一步的缓解，降温期水温升高的问题得到了明显缓解。

3 结 论

基于向家坝水电站下游主要水文站长序列水温监测资料、水电站蓄水资料，对向家坝水电站下游河段水温变化趋势和河段梯级建设水温影响进行了统计分析。结论表明：向家坝水电站下游河道上多个测站水温均出现升温期水温下降，降温期水温升高的特征。各梯级水电站建设在一定程度上改变了向家坝下游沿程水温变化过程。其中，溪洛渡、向家坝水电站联合运行使向家坝站水温4月～9月降低了0.4～1.8 ℃，11月～次年1月升高了1.2～2.2 ℃；升温期朱沱站—华弹站水温温差降低了0.2～1.0 ℃，寸滩站—华弹站水温温差降低了0.4～0.7 ℃，其余月份无明显变化。可见，该影响虽可延续至三峡库尾寸滩站，但已有明显削弱。

同时，向家坝水电站下游水温不仅受溪洛渡和向家坝水电站联合运行的影响，还会受到金沙江中游梯级水电站的影响，具体影响程度仍需要进一步研究。