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  • 三峡水利工程对区域气候影响的初步分析
  • 日期:2019-10-09   点击:   作者:admin   来源:未知   字体:[ ]

  (1.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学重点实验室,江苏,南京,210029;2.水利部应对气候变化研究中心,江苏,南京,210029)

  摘要:大型水利工程是世界各国与洪涝、干旱灾害抗争的重要工程措施,三峡水利工程及其可能的区域环境效应已经引起了国家、区域政府部门及学者的广泛关注。通过综合分析目前关于世界高坝大库对区域气候影响的现有相关成果,结合三峡库区气候要素的历史变化规律,采用相似类比途径,初步分析了三峡水利工程的可能区域气候效应。结果认为三峡水利工程将对库区气温、风速、蒸发等气象要素产生一定的影响,其影响范围主要集中在河道两岸高山之间的数十公里范围之内。同时,指出目前还很难给出三峡水利工程对区域气候的定量影响,应进一步加强库区监测体系建设,需要正确认识水利工程修建的正负影响,以更加充分发挥水利工程的正面效益,尽可能使得其负面效益最小化。

  大型水利工程是世界各国与洪涝、干旱灾害抗争的重要工程措施,目前,全球范围内已筑建了近百万的水库工程,其中,大型水库约4.7万座。大型水利工程在保障防洪安全、供水安全的同时也可能会对区域环境气候产生一定的影响。

  三峡工程是中国、也是世界上目前最大的水利枢纽工程,是长江治理开发的关键性骨干工程。经过近14年的建设,三峡工程即将全部完工。随着工程逐步蓄水运行,三峡工程修建对区域气候究竟有多大影响?影响范围有多大?是目前社会各界普遍关心的问题。因此,“三峡水利工程对区域气候的影响评估”被列为“三峡工程论证及可行性研究结论的阶段性评估”第二课题中的重要评估内容之一。

  目前,水库大坝建设对区域气候影响的评价方法主要为历史资料对比分析方法和区域气候模式模拟方法两种。历史资料对比方法是利用建库前后库区内气象站点实测气象资料,从统计学角度分析建库前后气象要素的变化,该方法适合于具有长序列观测资料的库区。区域气候模式模拟方法则是运用“有无水库对比”的思路,对研究区下垫面设计为“有水库”和“无水库”两种情况,采用区域气候模式模拟两种情景下的气候要素变化,其差异即可视为水库建设引起的局部气候效应;受区域气候模式分辨率的限制,该方法主要适合于纵横尺度相近的大区域水体。

  三峡工程的区域气候效应已经引起国内学者的兴趣,采用对比分析或区域气候模式进行数值模拟的途径对此做了大量探讨[2-6],然而不同学者对三峡工程区域气候效应的认识尚不一致。由于三峡工程建成蓄水后,水库全长660km,平均宽度约1.1km,宽度约为区域气候模式空间分辨率(10km)的1/10,另外,由于三峡工程自2003年才开始蓄水,无建库后较长系列的观测资料。因此,本文通过综合分析目前关于世界高坝大库对区域气候影响的现有相关成果,结合三峡库区气候要素的历史变化规律,采用相似类比途径,初步分析了三峡水利工程的可能区域气候效应。

  目前,世界上已经修建了大量的大型水利工程,如位于埃及尼罗河上的阿斯旺大坝、巴西巴拉那河上的伊泰普大坝、我国黄河上的小浪底水利工程等。根据相关研究文献,综合分析了国内外典型水利工程对区域气候的影响

  阿斯旺大坝坐落于尼罗河上,1970年建成。水库达到最大蓄水位时,库区范围在20°17′~23°58′N,30°07′~33°17′E之间。Hafez和Shenouda(1977)研究认为:巨大的阿斯旺人造水库会改变当地的小气候,当水位从160m提高到180m时,由于湖区面积增加达一倍以上,这将使年实际蒸发量从60亿m3提高到100亿m3[7]。A.Moussa等(2001)对库区气象指标空气温度和相对湿度进行了建坝前后的对比分析,认为建坝后阿斯旺城的空气温度小于建坝前,但相对湿度大于建坝前[8]。

  伊泰普水电站(ItaipuBinacional)是当今世界仅次于三峡水电站的第二大的水电站。位于巴拉那河流经巴西与巴拉圭两国边境的河段。1991年建成后,大坝全长7744m,坝高196m,形成长170km、面积1350km2的人工湖。Stivar等(2003)分析了伊泰普水利工程对局地环流、气温的影响,结果表明,(1)湖面风白天向四周发散,而晚上则向湖面集中;(2)水库使得7月~1月的白天温度降低0~1.5℃,其他月份降低2~3℃;而在夜间,伊泰普水库温度高于附近陆地地区,伊泰普湖的形成,降低了库区局地的日气温变化幅度;(3)目前观测的气象资料系列还难以说明水库对降水产生了显著影响[9]。

  观测资料表明,位于莫桑比克的卡巴拉巴萨大坝(CaboraBassaDam)建成后,增加了区域的空气湿度,改善了当地的气候[10]。俄罗斯车尔尼雪夫斯基大坝建成后该地区年平均气温由-8.5℃上升到-7.0℃,冬季最低气温由-60℃上升到-50℃;夏季湿度提高33%,气候变得温和[11]。罗马尼亚伊兹伏卢尔.蒙特诺易水库建成后,最高与最低气温的温差缩小2℃,由于温度的影响,造成水库下游地区水蒸汽凝固,结露比建库前增加了约30%,库区空气的相对湿度提高了20%以上[11]。

  小浪底水利枢纽位于黄河中游豫、晋两省交界处,总库容126.5亿m3,呈东西带状,长约130km,南北最宽处约72km。小浪底水库正常高水位275m,对应水位淹没影响面积277.8km2。袁宝招等对小浪底库区气候要素变化的研究结果表明,(1)小浪底工程对气温、风速、降水均会产生一定的影响,其影响范围随地形而变,约在库周10~30km的范围内;(2)水库在不同季节对温度的影响不同,一致表现为冬季升温,和年、季、日温差减小;(3)全年库面降水减少,库周地区降水则有所增加;建库后,库区及其邻近地区风速有所增大[12]。

  洞庭湖水域面积2740km2。陈柏林等对洞庭湖水域的区域气候效应研究结果认为,洞庭湖水域高温日数和低温日数比周边明显偏少,水域的水汽源效应使湖区空气相对湿度较周边偏高1~2%,历年各月最小相对湿度偏高5~10%[13]。

  湖南省东江水库位于郴州市境内,是湖南省最大的水库,该水库修建于1987年11月,总库容91.48亿m3,水体面积160km2。王琪、刘胡等根据东江流域内19个测站资料,对比分析了东江水库建库前后各气候要素的变化。结果表明,水库区域范围内的气温值明显比周边站点的气温低;建库后年降水量稍有所增加[14]。

  三峡库区降水充沛,平均年降水量达1120mm,时空分布不均,自西向东呈两边多,中间少的分布格局。全年降水主要集中在5~10月,这6个月的降水量可占全年的70%以上,并常出现暴雨。以重庆市的沙坪坝、涪陵、万州、奉节和湖北省的宜昌5个站为代表,分析了三峡库区1951~2006年降水量的变化,结果表明:(1)降水量年际变化明显,降水量最多年份达1800mm以上,最少年份不足750mm;(2)夏季降水量总体呈增多趋势,年代际变化特征明显,20世纪70年代末出现了一次明显的由少到多的跃变,近年来降水量变幅明显增大。结合实测气温资料分析,可以发现,三峡库区夏季偏暖期大致对应少雨期,而偏冷期对应多雨期。

  三峡库区年平均气温为16.3~18.2℃,由于受地形和长江水域的影响,长江沿江河谷气温比周围地区高。最高气温出现在夏季八月,最低值出现在冬季1月。三峡库区年平均气温的年际变化不大,但阶段性变化明显,其中60~70年代接近常年,80年代前中期相对较低,80年代后期至今,年平均气温相对较高,且有上升趋势。四季中,春、秋和冬季的季平均气温近年来都表现出不同程度的上升趋势,而夏季平均气温则呈微弱的下降趋势。

  库区近50年高温日数、高温过程、极端最高气温资料表明:(1)三峡库区大部分地区年高温日数、高温过程、危害性高温日数多;极端最高气温比较高。(2)三峡库区年高温日数和危害性高温日数均存在年代际变化特征,20世纪60年代和70年代为高温天气高发期,80年代和90年代为高温天气低发期,进入21世纪以来,高温日数有所增多。

  库区年平均相对湿度普遍较大,其变化范围在70%~80%。春季是季节平均相对湿度最小的季节,冬季是库区平均相对湿度地域差异最大的季节,总体上地域分布呈库东库西偏大,库中偏小的分布格局。近50年来,平均相对湿度有增加的变化趋势,但是变化幅度不大。

  库区年日照时数少,大部分地区年日照时数仅有1200~1600h。空间分布呈东多西少的分布特点,且东西差异大。年日照时数重庆最少为1125.2h,宜昌最多达1608.1h,两地相差近500h。库区年日照时数年际变化大,最多年与最少年日照时数相差可达560~850h。60~70年代,库区年日照时数最多,80年代以来年日照时数偏少,总体具有减少趋势。

  库区受地形影响,风力普遍偏小,静风频率一般较大,万州、涪陵站年静风频率占60%以上,年平均风速一般在0.5~2.0m/s,是全国的小风区之一。由于大气环流和复杂的地形影响,库区各地的盛行风向及风向频率分布有较大差别,库区西段重庆、长寿、涪陵和万州年最多风向为偏北风;库区中段西部的奉节和巫山一带以偏北风最多,其次是偏东风;巫山山脉以东的巴东、秭归、宜昌年盛行风向为东南风。近50年的年平均风速阶段性变化的特点显著,60~80年代初,库区平均风速较大,80~90年代库区年平均风速明显减小,变率也小。90年代后期以来,库区平均风速又有稍微增大的趋势。

  由于降水时空分布不均的特点以及地形等因素,干旱也是三峡库区的主要气候灾害之一。库区平均年发生干旱的频率52.8%,一年四季均可出现干旱,其中库区西部是伏旱的多发区,重庆城区至忠县大部分地区伏旱发生频率都在60%以上。三峡地区洪涝灾害发生的频率仅此于干旱,灾害发生的频率在不同地段差别较大,变化在17%~40%,表现在长江以南发生的频率高于长江以北,而东西差异不大;洪涝灾害均发生在夏季,近年来其强度和造成的损失也有加重的趋势。

  三峡水库建成蓄水至175m正常蓄水位后,将淹没632km2的陆地,水面平均宽度也将由0.6km增大到1.6km。由于大面积陆地变为水体,三峡水利工程将对区域气候产生一定的影响。目前已有研究成果表明,对大型水利工程建设响应较为敏感的气候要素是气温、风、蒸发和空气湿度,其次为降水、雷暴日、雾。4.1三峡水利工程可能的影响范围

  水库对区域气候的可能影响范围从几公里到上百公里不等,主要取决于水库的形状和当地的局地地形。河道型水库由于受到两岸高山的影响,一般来说其影响范围较小,而低山丘陵区大型水库影响范围相对较大。三峡水库处于大巴山褶皱带、川东平行岭谷和川鄂湘黔隆起褶皱带三大构造单元的交汇处,北依大巴山,南靠巫山,山高水深,因此,三峡水库属于典型的河道型水库,蓄水后库区全长660余km,平均宽度也只有1.6km左右。由于高山陡坡的阻挡作用,三峡水库建成蓄水后,其影响范围应该在两岸高山之间的数十公里范围之内。4.2三峡水利工程对气温的可能影响

  大面积水体替代陆地,将对区域气温产生一定的影响,总体来看,大型水库对气温的影响主要起到“缓冲”和“调节”的作用,通过升高最低气温、降低最高气温,从而在一定程度上减弱气温的日差以及年内变差和年际差异。大型水库对年均气温的影响主要取决于水利所在的地理位置和气候特点,一般来说,在北方寒冷地区,水库主要充当“热源缓冲”,可在一定程度上提高当地的年均气温,而在南方炎热地区,则主要充当“冷源缓冲”,可能会降低局地的年均气温。三峡水库位于我国湿润地区,年均气温水平相对较高,因此,其以充当“冷源缓冲”为主,可在一定程度上降低库区的年均气温,特别是夏季气温,但在冬季,由于水体放热,局地气温会在一定程度上升高。

  4.3三峡水利工程对风速的可能影响由于水面替代原来凸凹不平的陆面,三峡水库修建将在总体上增大库区风速,对于个别狭窄河段,由于河谷的狭管效应减弱,水库的风增速效应可能不太明显。大型水利工程建设一般会在库区出现“水陆风”现象,即白天风由水库吹向沿岸,而在夜间则相反,风由陆地吹向水面。三峡库区的“水陆风”现象及其强弱尚待进一步观测资料证实。

  三峡蓄水后,由于水面面积的增大,势必会增大局地的实际蒸发损失,从而在一定程度上提高空气湿度。综合考虑三峡水库的“冷源降温”作用、空气湿度的增大,及库面风增速效应,局地年蒸发能力可能不会出现大的变化,但有可能会在一定程度上改变蒸发能力的年内分配过程。

  理论上,三峡水库蓄水后,由于温度引起的大气结构稳定性的变化,局地降水和雷暴日将产生一定的变化。主要表现在:夏季库区中心部位降水及雷暴日可能减少,而库周或许增加;冬季库区降水可能增多等。但大型水利工程对降水模式的影响相当复杂,其影响需要大量观测资料进一步证实。

  随着人们环境意识的提高,世界各国政府及区域公众愈加关注大型水利工程可能引起的区域气候环境效应。三峡工程于2003年开始下闸蓄水,工程于2009年全部完工。由于工程修建后实测资料序列短、区域气候模式分辨率粗(10km),因此目前很难用历史资料前后对比和区域气候模式直接定量研究三峡水利工程的区域气候效应。另外,尽管三峡库区已建有一定数量的气象、水文观测站,但多数站点的观测项目仅限于气温、降水等常规气象要素方面,对雷暴日等非常规气象要素的观测资料相对较少。

  因此,需要进一步完善三峡库区的气象要素监测站网,并继续加强常规和非常规气象要素的监测。同时,需要进一步加强区域气候模式的细化建设及改进与完善,以期更能够全面反映河道型水库的区域气候效应机制。

  大型水利工程建设对于区域乃至整个流域的社会环境建设均具很大的促进作用。这些大型水利工程对于区域防洪抗旱减灾、ymz2.com要求县委县政府主要领导。水力发电、航运等方面具有巨大的综合效益,但同时也或多或少地可能会有一些负面影响,如,可能影响水域内的水生动植物的生活习性,可能增加泥石流等地质灾害等。因此,公众应该对水利工程修建有一个正确的认识,以更加充分发挥水利工程的正面效益,同时,积极寻求适应对策,尽最大可能使得其负面效益最小化。

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