3.1　汉江中下游水文情势变化分析

选择汉江中下游干流主要控制站点黄家港、襄阳、皇庄、沙洋、仙桃等水文站，收集各站历史水文（水位）资料，采用时间序列分析方法，主要以丹江口水库建库前的水文序列，分析以上主要站点历史水文序列的统计特征，包括洪水特征、枯水特征、年内径流分配特征、年际径流变化特征等；再结合丹江口水库建库运行后的水文资料，分析丹江口建库前后及调水前后的水文情势变化情况，拟采用IHA水文变化分析软件，从流量、频率、持续时间、发生时机、变化率共5个方面进行分析；最后选择典型代表年，将丹江口水库加高和调水实施后的模拟水库下泄流量过程与实测水文资料进行对比，分析不同来水和调水情景下，汉江中下游主要站点的流量、水位、流速等水文情势变化情况。

3.1.1　采用的水文资料

汉江流域水文记录始于1929年，但仅限于干流中下游的少数水位站。至1935年增设了安康、白河、郧县、襄阳等控制性水文站达10余处，观测水位、流量。这些测站除抗日战争及新中国成立前夕部分时期停测外，其余各年均有连续记载。新中国成立后，汉江干、支流又增设了大量测站，目前整个流域水文、水位站已达180多个。汉江干流主要站点的基本情况见表3.1。

3.1.2　两种调水工况下丹江口调度运行方式

3.1.2.1　中线设计调水工况（调水95亿m3）

中线设计调水工况下丹江口水库调度运行采用“汉江丹江口水库可调水量研究”的研究成果，丹江口水库大坝加高的调度运用原则如下：

（1）防洪：预留防洪库容，由初期规模的夏季77.2亿m3、秋季55亿m3提高至夏季110亿m3、秋季81.02亿m3，夏季增加32.8亿m3秋季增加26.29亿m3。因此，汉江中下游防洪状况得到较大改善。防洪调度仍采用预报预泄，分级补偿方式。防洪限制水位为6月21日—8月21日为160m，8月21日—9月30日为163.05m，10月1日开始蓄水。

（2）供水：同初期规模供水调度线拟定原则，即优先满足水源区用水，在此基础上按拟定的输水工程规模尽可能向北方调水。并按库水位高低，分区进行调度，尽可能使供水均匀，提高枯水年调水量。分区及相应调水流量拟定如下：

1）加大供水区：当库水位达防洪调度区（含防洪限制水位）时，南水北调中线工程渠首按最大过水能力供水，清泉沟按需引水。如还有雨水则电站预想出力下泄流量。

2）保证供水区：在防洪调度线以下，降低供水区之上，南水北调中线工程渠首按设计引水流量供水，清泉沟渠首按需供水。

3）降低出力区：在保证供水区域限制供水区之间设置降低供水区，供水流量在设计引水流量基础上降低引水。

4）限制供水区：为使特枯年份不遭大的破坏，使供水过程较为均匀，在降低供水区至极限消落水位之间设限制供水区。供水流量较设计引水流量及降低引水流量减少。

在调度计算过程中，为体现水源区优先并兼顾北方受水区供水需要的水资源配置原则，保障枯水期汉江中下游航运及生态用水安全，采取了以下措施：

1）当库水位低于150m，来水大于350m3/s时，下泄流量不小于490m3/s。

2）当库水位低于150m，同时水库来水小于350m3/s时，下泄流量按400m3/s，并将极限滑落水位（145m）至库水位（140m）之间，其中23.5亿m3库容作为储备水源，以备应急之用。

（3）发电：服从调水，利用汉江中下游需水丹江口水库补偿下泄的流量发电，不专门为发电下泄水量，仅当水库汛期面临弃水时，才加大下泄，电站按预想出力发电。根据河道外取汉江水过程、各段航道要求的航运流量，考虑区间来水过程、自下游而上游推算出要求丹江口水库补偿下泄的流量过程。

设计调水工况下丹江口水库调度如图3.1所示。

3.1.2.2　中线初期调水工况（调水40亿m3）

经调查，南水北调中线一期工程初期调水量未达到95亿m3，初期调水量约40亿m3，故现状年下考虑南水北调中线工程调水量按40亿m3左右实施。调度规则上，丹江口水库在南水北调中线工程调水40亿m3时调度原则与设计调水95亿m3时保持一致，仅将各供水区的供水量按比例削减。丹江口大坝加高后初期调水工况下丹江口调度如图3.2所示。

3.1.3　丹江口建库前后汉江中下游水文情势变化分析

分别利用黄家港水文站1954—2012年、襄阳水文站1950—2012年、皇庄水文站1961—2012年、沙洋水文站1961—2012年和仙桃水文站1961—2012年的实测水文资料，以1968年为界，采用IHA分析丹江口蓄水对汉江中下游各站点的水文情势变化的影响。对丹江口水库建库前后，5个水文站点的水文情势变化进行统计分析，分析结果见表3.2。

由表3.2可以看出，5个站点的高度变化参数的个数几乎没有变化，低度变化和中度变化参数个数呈互补的趋势。5个站的整体水文变化度变化接近，均为中度改变，相对变化平稳。

其中，丹江口建库后黄家港水文站水文过程中改变较大的是1月、2月、12月平均流量；年均最小1d、3d、7d、30d流量；年均最大1d流量；基流指数；低脉冲历时；涨水率；流量涨落逆转次数总共12个指标。IHA指标体系中5组指标参数值中有4组均发生了显著变化，32个参数中，发生中高度变化的达到22个，占总数的68.75%。可见丹江口水库对径流的调节能力很强，极大地改变了径流的年内分配，使得洪水期流量减少，枯水期流量增加，流量过程趋于平缓，如图3.3所示。

丹江口建库后襄阳水文站水文过程中改变较大的是1月、2月、12月平均流量；年均最小1d、7d、30d、90d流量；年均最大1d流量；基流指数；低脉冲出现次数；低脉冲历时；流量涨落逆转次数总共12个指标。较黄家港水文站，属于高度变化的指标数也达到12个。

丹江口建库后皇庄水文站水文过程中改变较大的是1月、2月平均流量；年均最小1d、3d、7d、30d、90d流量；基流指数；低脉冲历时；低脉冲出现次数；涨水率；流量涨落逆转次数总共12个指标。32个参数中，发生中高度变化的达到19个，占总数的59.38%，较黄家港和襄阳水文站中高度变化所占比例有所下降，说明丹江口水库对皇庄的影响较前两者有所降低。

丹江口建库后沙洋水文站水文过程中改变较大的是1月、2月平均流量；年均最小1d、3d、7d、30d、90d流量；基流指数；低脉冲历时；低脉冲出现次数；高脉冲出现次数；涨水率；流量涨落逆转次数总共13个指标。

丹江口建库后仙桃水文站水文过程中改变较大的是1月、2月平均流量；年均最小1d、3d、7d、30d、90d流量；基流指数；低脉冲历时；高脉冲出现次数；涨水率；流量涨落逆转次数总12个指标。

另通过高度变化的指标内容分析（表3.3），高度变化的参数主要集中在1月、2月、12月平均流量，年极小值流量，基流指数，低脉冲历时，涨水率，流量涨落逆转次数这些指标上，表明丹江口水库对低流量的影响超过高流量。

从径流量的年内分配分析，根据上述分析可知，随着丹江口水库的建成运行，汉江中下游各站点的径流量均出现洪水期流量减少，枯水期流量增加，流量过程趋于平缓现象（图3.3～图3.7）。

3.1.4　中线调水后汉江中下游水文情势分析

3.1.4.1　长系列分析

分别利用丹江口调度初期黄家港水文站1969—2012年、襄阳水文站1969—2012年、皇庄水文站1969—2012年、沙洋水文站1969—2012年和仙桃水文站1969—2012年的实测水文资料，通过水库调度模型模拟南水北调中线工程初期调水40亿m3及设计调水95亿m3情况下水库下泄流量过程，采用IHA方法对比调水前后各站的流量过程，分析丹江口初期调水40亿m3及设计调水95亿m3对汉江中下游水文情势的影响，分析结果见表3.4。

由表3.4可以看出，5个站点的高度变化参数的个数沿程递减，除黄家港站外，初期调水工况下的高度变化个数均比设计调水工况的少。在初期调水工况下整体水文变化度沿程减小，说明随着距离的增加，丹江口水库对下游的影响能力逐渐减小。在设计调水工况下整体水文变化度前4个站点沿程减小，仙桃站的整体水文变化度较沙洋有所增加，说明仙桃站的水文情势影响除丹江口水库调度的影响外，引江济汉调水工程等也对其产生影响。除皇庄站外，初期调水工况下的整体变化度均比设计调水工况的小。

通过高度变化的指标内容分析（表3.5），高度变化的参数主要集中在5—10月平均流量、年极小值流量、低脉冲历时、涨水率、流量涨落逆转次数这些指标上，表明丹江口水库对低流量的影响超过高流量，同时调水使得下游的流量过程处于不稳定的状态，河流流量波动频繁，水文过程变动的平稳性和可预测性变差。

从径流量的年内分配分析，根据上述分析可知，随着丹江口水库大坝加高，南水北调中线工程调水的实施后，与调水前实测流量相比，在初期调水工况40亿m3下丹江口下游黄家港、襄阳、皇庄、沙洋水文站在汛前3—6月的月均流量有所增加，其他月均流量有所减少；在仙桃站处因丹江口最小泄流影响，东荆河分流量较实测有所增加，故仅4月流量有所增加，其他月份均减小。在设计调度规模95亿m3下丹江口下游黄家港水文站流量在汛期3—4月月均流量有所增加外，其他月份均减小。

两种调水工况下各水文站汛期7—8月及汛后蓄水期9—10月减少幅度较大，整体径流过程更加平缓，如图3.8～图3.12所示。

与设计调水40亿m3下汉江中下游各水文站处整体水文变化度相比，设计调水95亿m3下黄家港、襄阳、沙洋、仙桃的整体水文变化度偏大。

3.1.4.2　典型年流量分析

选取典型年分析丹江口调水对丰水年、平水年、枯水年及特枯年的月径流影响。对还原后丹江口水库坝址处1956—1998年流量系列进行频率计算，计算结果详见表3.6。

选取与25%、50%及75%频率下设计径流量相近的年份作为典型年，经计算，25%、50%及75%频率对应的典型年分别为1982年（丰水年）、1987年（平水年）及1994年（枯水年）。各典型年下黄家港站流量过程如图3.13～图3.15所示。

从几个典型年可以看出，因丹江口水库调水使得丹江口水库坝下黄家港站年均流量比实测流量小，对径流的改变过程较大，洪峰流量基本被拦蓄在水库当中，非汛期流量整体也有所下降，仅提高年最低流量值至400m3/s。黄家港站在调水95亿m3方案下的流量总体低于调水40亿m3方案下的流量。典型年下两种方案黄家港站年均流量变化详见表3.7。

从表中可以看出，调水95亿m3方案下黄家港年均流量比调水40亿m3方案的小，其相对调水前实测平均流量减小幅度更大。另与丹江口调水前黄家港实测流量相比，调水后枯水年黄家港年均流量减少最小，其次是平水年，最后是丰水年，这体现了中线调水丰水多调，枯水少调的原则。