大坝选址对津巴布韦因西扎河的河流流态的影响外文翻译资料

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大坝选址对津巴布韦因西扎河的河流流态的影响

Jean-Marie Kileshye Onema ¹, Dominic Mazvimavi ², David Love^3,4 Marloes L. Mul⁵

1. 卢本巴希大学 土木工程系，刚果民主共和国 卢本巴希Kasapa 校区 邮政信箱1825）
2. 博茨瓦纳大学 Harry Oppenheimer Okavango研究中心，博茨瓦纳 马翁 邮政信箱285）
3. WaterNet，津巴布韦 哈拉雷 普莱曾特山 邮政信箱MP600）
4. 布拉瓦约国际半干旱热带研究中心 花岗岩研究站，津巴布韦 布拉瓦约 邮政信箱776）
5. 津巴布韦大学 土木工程系，津巴布韦 哈拉雷 普莱曾特山 邮政信箱MP176）

摘要：本文考察了三个大坝的选址对因西扎河流流态特性的影响。这些大坝的蓄水能力相当于年平均径流量的48-456%。年平均径流量和年最大洪水流量没有因为这些大坝的存在而改变。年平均零流量天数受两个下游的大坝影响减少了。通过比较所选上游大坝和下游大坝的流量历时曲线，检测出上、下游大坝的流量历时曲线有显著差异。

关键词：大坝；流量历时曲线；流量修正；最低流量

1 引言

津巴布韦和大多数非洲南部地区一样，在一年中有四个月是雨季（11月中旬到3月中旬），其余的时间都是干燥的。由于雨季的季节性，大多数河流只有在雨季才有河流流动。在一些年里如果没有达到的多年调节库容，降雨剧烈的年际变化将导致水资源短缺。随着水库的发展，雨季蓄水以供旱季使用 、高于平均降雨量的年份蓄水以供低于平均降雨量的年份使用，已经成为提高供水可靠性的一项主要策略（mazvimavi，1998）。商业、农业、矿业和城市地区的发展一直与津巴布韦的大坝发展密切相关。全国有超过10000座不同容量的大坝，尤其是在国家中部地区的一些流域，总存储容量与年平均径流量的比例、存储率，从1到4有不同的等级变化（mazvimavi，1998）。具有高存储率（＞1）的流域的流态可能已被大坝的开发所改变（Graf，1999; Batalla等，2004）。还没有一项研究调查了大坝对津巴布韦河流流态的影响。在之前对人类活动的影响研究中，已经研究过土地利用变化对河道水流特性的影响（Andrews and Bullock，1994; Lorup等，1998）。世界大坝委员会强调了识别和管理大坝对环境影响的重要性，包括修改河流流态（WCD，2000）。在非洲南部，关于大坝对河流流态的影响的知识越来越重要，因为国家立法（例如津巴布韦水法、南非水法）要求在获得抽水或储水许可证之前，必须根据环境用途分配水资源（kinget al.，2000；Hughes，2001；Hughes Hannart，2003）。本文旨在确定津巴布韦选定的河流段开发大坝对河流流态的影响。这样的研究将为制作满足河道内流量要求的操作规则提供信息。

2 研究区域

这项研究在位于津巴布韦南部的半干旱地区内的因西扎河流域（3401平方公里）进行（图1）。因西扎河是Mzingwane河的支流，最终汇入林波波河，贡献了后者河流9%左右的径流（Gorgens and Boroto，1997）。研究区域内年平均降雨量变化范围为480mm/y至690mm/y，分别为南部的下方（海拔约1100米）和北部上方（海拔1420-1500米）。从十一月到三月的雨季，降水往往以潮湿的形式出现，然后是干燥。

图1 津巴布韦研究区域

Fig .1 Location of the study area in Zimbabwe

因西扎河流域由片麻岩和花岗岩岩石组成，产生直至中浅层的粗粒高岭土砂，以及中浅层粘土和壤土（Ashton等，2001）。土地利用主要是混合了农田、牧场和林地（hearnet al.，2001）。在中高降水量的北部，有较开阔低矮的风车子属-金合欢属-诃子丛林生长在花岗岩、片麻岩及衍生的砂质土壤上。向南稀疏低矮的阔叶树林地逐渐被开阔的绢毛榄仁林地取代（Kileshye Onema，2004;Timberlake，1989）。种植业包括商业性农业（主要是安置）在北方，通常是进行灌溉；南方的小农户种植（主要是雨养）。南方的灌溉以及灌溉方案是由农民委员会和家庭菜园共同策划的（Maisiri等，2005; Chigerwe等，2004年）。

津巴布韦国家水务局水资源许可证数据库显示，2004年在因西扎流域有59个抽水或储水许可证。在因西扎流域所有蓄水池的总容量为27860times;10³m³。表1列出了位于因西扎流域内的上因西扎大坝，因西扎大坝和锡拉拉布华大坝的首次蓄水年份和总供应能力，大坝供水主要用于津巴布韦第二大城市布拉瓦约市的城市供水。这三个大坝的总存储容量为205860times;10³m³占该流域总存储容量的90%，所以被选定用于本研究。

表1 因西扎河流域所选大坝（用于调查大坝对河流流态的影响）的总供应能力

Tab.1 Fully supply capacity of dams on Insiza River which have been selected for investigating their effects on river flows

3 研究方法

该研究调查了（a）上因西扎大坝，（b）因西扎大坝和（c）锡拉拉布华大坝对河流流态的影响。 对于每个大坝分别确定了上游测量站和下游测量站（表2和图2）。测量站B57被用作上因西扎大坝的下游站，并且也作为因西扎大坝的上游站。 因此，上因西扎大坝用B75与B57、因西扎大坝用B57和B51、锡拉拉布华大坝用B69和B65的数据进行比较。 对这些站的每日和年度流量统计进行了比较，以确定是否大坝的建成会带来差异。

图2 在因西扎河大坝和计量站的布局

Fig .2 Layout of dams and gauging stations along the Insiza River

表2 因西扎河流域流量测量站数据分析

Tab.2 Flow measuring stations located along Insiza River catchment whose data have been collected for analysis

因西扎河上的测量站的建立和三个大坝的开发几乎是同时的。在这些大坝的修建之前，是没有足够或完全没有河流流态数据的，也就无法比较大坝修建前后的流态差异。因此，本研究采用的方法是比较特定大坝上游站和下游站的流量统计数据，以确定是否大坝的建成会带来差异。T-检验被用于确定（a）年平均径流量、（b）年平均最大洪水量和（c）年零流量的天数在每个大坝的上游和下游的测量站之间是否存在显著不同。以年为时间间隔的河流流态的统计数据可能不能显著反映大坝存在的影响。因此，有必要对每日流量进行分析以调查年间隔不可检测的变化。已经对上游和下游测量站之间的选定的百分位数的日流量进行了比较。这使得能够识别任何大坝对洪水（湿季）流量，最低（干季）流量或两者的影响。将每个站的日流量（q）除以平均日流量（qavg）获得无量纲流量，可以不受流域面积影响，比较站点之间流量的大小。每个站的这些无量纲流量被用于构建流量历时曲线。K-S检验（Kolmogorov-Smirnov）被用于检测在假设显著性水平为5%的情况下，上游和下游测量站的流量历时曲线之有无差异。

4 结果与分析

本研究中使用的站点径流统计数据见表3。年平均径流量沿着因西扎河下游略有增加，从16.7 增加到25.9mm/y。各站年径流量具有较高的变异性，变异系数为150-216%。单位面积的年平均最大洪水量沿因西扎河下游从0.092降至0.050 m³/s/km²。因西扎河零流量天数几乎超过半年，每年约176-245天没有任何流量。

表3 因西扎河研究站点的径流统计数据

Tab.3 Runoff statistics of stations studied within the Insiza River Station Mean

在零假设无显著差异情况下，三个大坝的上游和下游测量站之间的（a）年平均径流量和（b）年平均最大洪水都是接受的（表4）。上因西扎大坝、因西扎大坝和锡拉拉布华大坝的储存比分别为0.91、4.56和0.48。相当意外的是尽管因西扎大坝具有非常高的存储比，但是其年平均径流量的差异非常低。这可能的是因为其在雨季期间储存的水量几乎与在旱季期间释放的水量平衡。年最大洪水没有受到任何大坝存在的影响。津巴布韦的最大洪水往往发生在1月至2月期间，这与大多数大坝在11月至1月期间排泄因早期储存的水的时期相符。之所以年最大洪水没有受到任何三个大坝的影响，可能是因为在洪水发生时大坝已经泄洪了。巴塔拉等人（2004年）的结论是，大坝减少了西班牙东北部的洪水流量，表明大坝对河流流态的影响是不能被推及的，但在很大程度上也取决于这些大坝的运行方式。

表4 零假设无显

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