三峽水利工程對區域氣候影響的可能影響

　　王國慶1,2 張建雲1,2 賀瑞敏1,2 劉翠善1,2 王小軍1,2

　　（1. 南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學重點實驗室，江蘇，南京，210029；2. 水利部應對氣候變化研究中心，江蘇，南京，210029）

　　摘要：大型水利工程是世界各國與洪澇、幹旱災害抗爭的重要工程措施，三峽水利工程及其可能的區域環境效應已經引起了國家、區域政府部門及學者的廣泛關注。通過綜合分析目前關於世界高壩大庫對區域氣候影響的現有相關成果，結合三峽庫區氣候要素的曆史變化規律，采用相似類比途徑，初步分析了三峽水利工程的可能區域氣候效應。結果認為三峽水利工程將對庫區氣溫、風速、蒸發等氣象要素產生一定的影響，其影響範圍主要集中在河道兩岸高山之間的數十公裏範圍之內。同時，指出目前還很難給出三峽水利工程對區域氣候的定量影響，應進一步加強庫區監測體係建設，需要正確認識水利工程修建的正負影響，以更加充分發揮水利工程的正麵效益，盡可能使得其負麵效益最小化。

　　關鍵詞：三峽水利工程，區域氣候，變化，影響

The possible impact of Three Gorge Project on local climate
Guoqing Wang1,2, Jianyun Zhang1,2, Ruimin He1,2, Cuishan Liu1,2, Xiaojun Wang1,2
(1. Research Center for Climate Change, 210029, Nanjing, Jiangsu; 2. Nanjing Hydraulic

Research Institute, 210029, Nanjing, Jiangsu)
Abstract: Large-size water conservancy projects are main structural measures for flood control and drought
mitigation. Three Gorge Project and its possible environmental effect has already attracted
more attention from national government, local public, as well as scholars. The previous
achievements for local climatic effect of water conservancy projects were reviewed. Based on
the historical variation laws of climatic elements in the Three Gorge Reservoir, the possible
effect of Three Gorge Project on local climate was preliminarily analyzed through referencing
previous studies. And results indicate that Three Gorge Project will put some extent effect on
local temperature, wind velocity, actual evaporation, as well as other meteorological variables.
And the affected area could be confined in the both side areas of tens kilometers away from main
steam. Due to short data series and limitation of the current technology, it’s hard to give a
concrete quantified assessment for local climatic effect of Three Gorge Project so far. The monitoring
system in the Three Gorge Reservoir should be enhanced to construct. And Public should have a objective
cognition for positive and negative effect of water conservancy project construction, so that make fully
use of it positive effect and avoid it disadvantages.
Key words: Three Gorge Project, local climate, change, effect

　　1 前言

　　大型水利工程是世界各國與洪澇、幹旱災害抗爭的重要工程措施，目前，全球範圍內已築建了近百萬的水庫工程，其中，大型水庫約4.7萬座。大型水利工程在保障防洪安全、供水安全的同時也可能會對區域環境氣候產生一定的影響。

　　三峽工程是中國、也是世界上目前最大的水利樞紐工程，是長江治理開發的關鍵性骨幹工程。經過近14年的建設，三峽工程即將全部完工。隨著工程逐步蓄水運行，三峽工程修建對區域氣候究竟有多大影響？影響範圍有多大？是目前社會各界普遍關心的問題。因此，“三峽水利工程對區域氣候的影響評估”被列為“三峽工程論證及可行性研究結論的階段性評估”第二課題中的重要評估內容之一。

　　目前，水庫大壩建設對區域氣候影響的評價方法主要為曆史資料對比分析方法和區域氣候模式模擬方法兩種。曆史資料對比方法是利用建庫前後庫區內氣象站點實測氣象資料，從統計學角度分析建庫前後氣象要素的變化，該方法適合於具有長序列觀測資料的庫區。區域氣候模式模擬方法則是運用“有無水庫對比”的思路，對研究區下墊麵設計為“有水庫”和“無水庫”兩種情況，采用區域氣候模式模擬兩種情景下的氣候要素變化，其差異即可視為水庫建設引起的局部氣候效應；受區域氣候模式分辨率的限製，該方法主要適合於縱橫尺度相近的大區域水體。

　　三峽工程的區域氣候效應已經引起國內學者的興趣，采用對比分析或區域氣候模式進行數值模擬的途徑對此做了大量探討[2-6]，然而不同學者對三峽工程區域氣候效應的認識尚不一致。由於三峽工程建成蓄水後，水庫全長660km，平均寬度約1.1km，寬度約為區域氣候模式空間分辨率（10km）的1/10，另外，由於三峽工程自2003年才開始蓄水，無建庫後較長係列的觀測資料。因此，本文通過綜合分析目前關於世界高壩大庫對區域氣候影響的現有相關成果，結合三峽庫區氣候要素的曆史變化規律，采用相似類比途徑，初步分析了三峽水利工程的可能區域氣候效應。

　　2 國內外大型水利工程對區域氣候的影響研究

　　目前，世界上已經修建了大量的大型水利工程，如位於埃及尼羅河上的阿斯旺大壩、巴西巴拉那河上的伊泰普大壩、我國黃河上的小浪底水利工程等。根據相關研究文獻，綜合分析了國內外典型水利工程對區域氣候的影響

　　2.1國外水利工程對區域氣候的影響研究

　　阿斯旺大壩坐落於尼羅河上，1970年建成。水庫達到最大蓄水位時，庫區範圍在20°17′~23°58′N，30°07′~33°17′E之間。Hafez和Shenouda（1977）研究認為：巨大的阿斯旺人造水庫會改變當地的小氣候，當水位從160m提高到180m時，由於湖區麵積增加達一倍以上，這將使年實際蒸發量從60億m3提高到100億m3[7]。A.Moussa等（2001）對庫區氣象指標空氣溫度和相對濕度進行了建壩前後的對比分析，認為建壩後阿斯旺城的空氣溫度小於建壩前，但相對濕度大於建壩前[8]。

　　伊泰普水電站（Itaipu Binacional）是當今世界僅次於三峽水電站的第二大的水電站。位於巴拉那河流經巴西與巴拉圭兩國邊境的河段。1991年建成後，大壩全長7744m，壩高196m，形成長170km、麵積1350km2的人工湖。Stivar等（2003）分析了伊泰普水利工程對局地環流、氣溫的影響，結果表明，
（1）湖麵風白天向四周發散，而晚上則向湖麵集中；（2）水庫使得7月~1月的白天溫度降低0~1.5℃，其他月份降低2~3℃；而在夜間，伊泰普水庫溫度高於附近陸地地區，伊泰普湖的形成，降低了庫區局地的日氣溫變化幅度；（3）目前觀測的氣象資料係列還難以說明水庫對降水產生了顯著影響[9]。

　　觀測資料表明，位於莫桑比克的卡巴拉巴薩大壩（Cabora Bassa Dam）建成後，增加了區域的空氣濕度，改善了當地的氣候[10]。俄羅斯車爾尼雪夫斯基大壩建成後該地區年平均氣溫由-8.5℃上升到-7.0℃，冬季最低氣溫由-60℃上升到-50℃；夏季濕度提高33%，氣候變得溫和[11]。羅馬尼亞伊茲伏盧爾.蒙特諾易水庫建成後，最高與最低氣溫的溫差縮小2℃，由於溫度的影響，造成水庫下遊地區水蒸汽凝固，結露比建庫前增加了約30%，庫區空氣的相對濕度提高了20%以上[11]。

　　2.2國內水利工程對區域氣候的影響研究

　　小浪底水利樞紐位於黃河中遊豫、晉兩省交界處，總庫容126.5億m3，呈東西帶狀，長約130km，南北最寬處約72km。小浪底水庫正常高水位275m，對應水位淹沒影響麵積277.8km2。袁寶招等對小浪底庫區氣候要素變化的研究結果表明，（1）小浪底工程對氣溫、風速、降水均會產生一定的影響，其影響範圍隨地形而變，約在庫周10~30km的範圍內；（2）水庫在不同季節對溫度的影響不同，一致表現為冬季升溫，和年、季、日溫差減小；（3）全年庫麵降水減少，庫周地區降水則有所增加；建庫後，庫區及其鄰近地區風速有所增大[12]。

　　洞庭湖水域麵積2740km2。陳柏林等對洞庭湖水域的區域氣候效應研究結果認為，洞庭湖水域高溫日數和低溫日數比周邊明顯偏少，水域的水汽源效應使湖區空氣相對濕度較周邊偏高1~2%，曆年各月最小相對濕度偏高5~10%[13]。

　　湖南省東江水庫位於郴州市境內，是湖南省最大的水庫，該水庫修建於1987年11月，總庫容91.48億m3，水體麵積160km2。王琪、劉胡等根據東江流域內19個測站資料，對比分析了東江水庫建庫前後各氣候要素的變化。結果表明，水庫區域範圍內的氣溫值明顯比周邊站點的氣溫低；建庫後年降水量稍有所增加[14]。

　　3 三峽庫區氣候要素及自然災害的曆史變化

　　3.1 降水的變化

　　三峽庫區降水充沛，平均年降水量達1120mm，時空分布不均，自西向東呈兩邊多，中間少的分布格局。全年降水主要集中在5~10月，這6個月的降水量可占全年的70%以上，並常出現暴雨。

　　以重慶市的沙坪壩、涪陵、萬州、奉節和湖北省的宜昌5個站為代表，分析了三峽庫區1951~2006年降水量的變化，結果表明：（1）降水量年際變化明顯，降水量最多年份達1800mm以上，最少年份不足750mm；（2）夏季降水量總體呈增多趨勢，年代際變化特征明顯，20 世紀70 年代末出現了一次明顯的由少到多的躍變，近年來降水量變幅明顯增大。結合實測氣溫資料分析，可以發現，三峽庫區夏季偏暖期大致對應少雨期，而偏冷期對應多雨期。

　　3.2 氣溫的變化

　　三峽庫區年平均氣溫為16.3~18.2℃，由於受地形和長江水域的影響，長江沿江河穀氣溫比周圍地區高。最高氣溫出現在夏季八月，最低值出現在冬季1月。三峽庫區年平均氣溫的年際變化不大，但階段性變化明顯，其中60~70年代接近常年，80年代前中期相對較低，80年代後期至今，年平均氣溫相對較高，且有上升趨勢。四季中，春、秋和冬季的季平均氣溫近年來都表現出不同程度的上升趨勢，而夏季平均氣溫則呈微弱的下降趨勢。

　　庫區近50年高溫日數、高溫過程、極端最高氣溫資料表明：（1）三峽庫區大部分地區年高溫日數、高溫過程、危害性高溫日數多；極端最高氣溫比較高。（2）三峽庫區年高溫日數和危害性高溫日數均存在年代際變化特征，20世紀60年代和70年代為高溫天氣高發期，80年代和90年代為高溫天氣低發期，進入21世紀以來，高溫日數有所增多。

　　3.3 相對濕度的變化

　　庫區年平均相對濕度普遍較大，其變化範圍在70%~80%。春季是季節平均相對濕度最小的季節，冬季是庫區平均相對濕度地域差異最大的季節，總體上地域分布呈庫東庫西偏大，庫中偏小的分布格局。近50年來，平均相對濕度有增加的變化趨勢，但是變化幅度不大。

　　3.4 日照時數的變化

　　庫區年日照時數少，大部分地區年日照時數僅有1200~1600h。空間分布呈東多西少的分布特點，且東西差異大。年日照時數重慶最少為1125.2h，宜昌最多達1608.1h，兩地相差近500h。庫區年日照時數年際變化大，最多年與最少年日照時數相差可達560~850h。60~70年代，庫區年日照時數最多，80年代以來年日照時數偏少，總體具有減少趨勢。

　　3.5 風速的變化

　　庫區受地形影響，風力普遍偏小，靜風頻率一般較大，萬州、涪陵站年靜風頻率占60%以上，年平均風速一般在0.5~2.0m/s，是全國的小風區之一。由於大氣環流和複雜的地形影響，庫區各地的盛行風向及風向頻率分布有較大差別，庫區西段重慶、長壽、涪陵和萬州年最多風向為偏北風；庫區中段西部的奉節和巫山一帶以偏北風最多，其次是偏東風；巫山山脈以東的巴東、秭歸、宜昌年盛行風向為東南風。近50年的年平均風速階段性變化的特點顯著，60~80年代初，庫區平均風速較大，80~90年代庫區年平均風速明顯減小，變率也小。90年代後期以來，庫區平均風速又有稍微增大的趨勢。

　　3.6 旱澇災害

　　由於降水時空分布不均的特點以及地形等因素，幹旱也是三峽庫區的主要氣候災害之一。庫區平均年發生幹旱的頻率52.8%，一年四季均可出現幹旱，其中庫區西部是伏旱的多發區，重慶城區至忠縣大部分地區伏旱發生頻率都在60%以上。三峽地區洪澇災害發生的頻率僅此於幹旱，災害發生的頻率在不同地段差別較大，變化在17%~40%，表現在長江以南發生的頻率高於長江以北，而東西差異不大；洪澇災害均發生在夏季，近年來其強度和造成的損失也有加重的趨勢。

　　4 三峽水利工程對區域氣候的可能影響

　　三峽水庫建成蓄水至175m正常蓄水位後，將淹沒632km2的陸地，水麵平均寬度也將由0.6km增大到1.6km。由於大麵積陸地變為水體，三峽水利工程將對區域氣候產生一定的影響。目前已有研究成果表明，對大型水利工程建設響應較為敏感的氣候要素是氣溫、風、蒸發和空氣濕度，其次為降水、雷暴日、霧。

　　4.1 三峽水利工程可能的影響範圍

　　水庫對區域氣候的可能影響範圍從幾公裏到上百公裏不等，主要取決於水庫的形狀和當地的局地地形。河道型水庫由於受到兩岸高山的影響，一般來說其影響範圍較小，而低山丘陵區大型水庫影響範圍相對較大。三峽水庫處於大巴山褶皺帶、川東平行嶺穀和川鄂湘黔隆起褶皺帶三大構造單元的交彙處，北依大巴山，南靠巫山，山高水深，因此，三峽水庫屬於典型的河道型水庫，蓄水後庫區全長660餘km，平均寬度也隻有1.6km左右。由於高山陡坡的阻擋作用，三峽水庫建成蓄水後，其影響範圍應該在兩岸高山之間的數十公裏範圍之內。

　　4.2 三峽水利工程對氣溫的可能影響

　　大麵積水體替代陸地，將對區域氣溫產生一定的影響，總體來看，大型水庫對氣溫的影響主要起到“緩衝”和“調節”的作用，通過升高最低氣溫、降低最高氣溫，從而在一定程度上減弱氣溫的日差以及年內變差和年際差異。大型水庫對年均氣溫的影響主要取決於水利所在的地理位置和氣候特點，一般來說，在北方寒冷地區，水庫主要充當“熱源緩衝”，可在一定程度上提高當地的年均氣溫，而在南方炎熱地區，則主要充當“冷源緩衝”，可能會降低局地的年均氣溫。三峽水庫位於我國濕潤地區，年均氣溫水平相對較高，因此，其以充當“冷源緩衝”為主，可在一定程度上降低庫區的年均氣溫，特別是夏季氣溫，但在冬季，由於水體放熱，局地氣溫會在一定程度上升高。

　　4.3 三峽水利工程對風速的可能影響

　　由於水麵替代原來凸凹不平的陸麵，三峽水庫修建將在總體上增大庫區風速，對於個別狹窄河段，由於河穀的狹管效應減弱，水庫的風增速效應可能不太明顯。大型水利工程建設一般會在庫區出現“水陸風”現象，即白天風由水庫吹向沿岸，而在夜間則相反，風由陸地吹向水麵。三峽庫區的“水陸風”現象及其強弱尚待進一步觀測資料證實。

　　4.4 三峽水利工程對蒸發的可能影響

　　三峽蓄水後，由於水麵麵積的增大，勢必會增大局地的實際蒸發損失，從而在一定程度上提高空氣濕度。綜合考慮三峽水庫的“冷源降溫”作用、空氣濕度的增大，及庫麵風增速效應，局地年蒸發能力可能不會出現大的變化，但有可能會在一定程度上改變蒸發能力的年內分配過程。

　　4.4 三峽水利工程對其它氣象要素的可能影響

　　理論上，三峽水庫蓄水後，由於溫度引起的大氣結構穩定性的變化，局地降水和雷暴日將產生一定的變化。主要表現在：夏季庫區中心部位降水及雷暴日可能減少，而庫周或許增加；冬季庫區降水可能增多等。但大型水利工程對降水模式的影響相當複雜，其影響需要大量觀測資料進一步證實。

　　5 討論與結論

　　隨著人們環境意識的提高，世界各國政府及區域公眾愈加關注大型水利工程可能引起的區域氣候環境效應。三峽工程於2003年開始下閘蓄水，工程於2009年全部完工。由於工程修建後實測資料序列短、區域氣候模式分辨率粗（10km），因此目前很難用曆史資料前後對比和區域氣候模式直接定量研究三峽水利工程的區域氣候效應。另外，盡管三峽庫區已建有一定數量的氣象、水文觀測站，但多數站點的觀測項目僅限於氣溫、降水等常規氣象要素方麵，對雷暴日等非常規氣象要素的觀測資料相對較少。

　　因此，需要進一步完善三峽庫區的氣象要素監測站網，並繼續加強常規和非常規氣象要素的監測。同時，需要進一步加強區域氣候模式的細化建設及改進與完善，以期更能夠全麵反映河道型水庫的區域氣候效應機製。

　　大型水利工程建設對於區域乃至整個流域的社會環境建設均具很大的促進作用。這些大型水利工程對於區域防洪抗旱減災、水力發電、航運等方麵具有巨大的綜合效益，但同時也或多或少地可能會有一些負麵影響，如，可能影響水域內的水生動植物的生活習性，可能增加泥石流等地質災害等。因此，公眾應該對水利工程修建有一個正確的認識，以更加充分發揮水利工程的正麵效益，同時，積極尋求適應對策，盡最大可能使得其負麵效益最小化。

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