清江上游枯水分析

尹應(yīng)華

恩施自治州水文水資源勘測(cè)局，湖北恩施 445000

當(dāng)河流的絕大部分水源由地下水補(bǔ)給時(shí)，稱為枯水徑流?？菟?jīng)歷的時(shí)間稱為枯水期，當(dāng)月平均水量占全年水量的比例小于5%時(shí)，則屬于枯水期。枯水徑流的大小及枯水徑流的歷時(shí)，對(duì)灌溉、發(fā)電、供水等有較大影響。為了合理地利用水源，研究枯水徑流具有重要的意義。一般情況下枯水季節(jié)往往是最需要用水的時(shí)期，這一時(shí)期水量的多少是反映地表水資源可利用程度的重要指標(biāo)。

1 流域概況

清江是恩施州最大的河流，發(fā)源于利川市汪營鎮(zhèn)龍洞溝，清江流域總面積16 714km2，河長(zhǎng)428km，其中州內(nèi)流域面積11 036km2，占恩施州國土面積的46.1%，河長(zhǎng)280km。

清江流域多年平均降水量為163.84億m3，折合降水深1 484.6mm。多年平均水資源量為98.02億m3，折合深度888.2mm。降雨徑流在時(shí)空上分布不均，全年降雨主要集中在4月～10月，降水量占全年降水量的70%～80%，空間上從上游向下游、從周圍向河谷帶呈逐漸遞減的趨勢(shì)。

2 流域水文站網(wǎng)布設(shè)情況

分析流域干流上有利川（二）、恩施兩個(gè)水文站，配套雨量站有齊躍山、汪營、馬前、利川、滴水巖、新板橋、團(tuán)堡、馬者、見天壩、西流水、恩施等共11個(gè)。

利川（二）站位于利川城區(qū)西門大橋，東經(jīng)108°54′，北緯30°18′，流域面積513km2。觀測(cè)項(xiàng)目有：水位、流量、水質(zhì)、降水、蒸發(fā)。流域內(nèi)有雨量站4個(gè)，分別為齊躍山、汪營、馬前、利川站。

恩施站位于恩施市小渡船，東經(jīng)109°29′，北緯30°18′，控制面積2 928km2，為清江上游控制站，測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有：水位、流量、泥沙、水溫、降水、水質(zhì)。流域內(nèi)有雨量站11個(gè)，分別為齊躍山、汪營、馬前、利川、滴水巖、新板橋、團(tuán)堡、馬者、見天壩、西流水、恩施站。恩施站以上主要水利工程有車壩（位于支流車壩河上）、大龍?zhí)秲勺行退畮臁?/p>

本次分析采用利川（二）、恩施兩站1960年至2008年月年徑流系列資料及11個(gè)配套雨量站的雨量系列資料。

3 枯水出現(xiàn)的時(shí)間特性分析

3.1年最小流量出現(xiàn)時(shí)間分布

根據(jù)利川（二）、恩施兩站年最小流量系列資料統(tǒng)計(jì)分析，年最小流量在全年各月均有出現(xiàn)，但出現(xiàn)次數(shù)最多的均在1月～3月，占總次數(shù)的54%（圖1）。年最小流量受自然條件和人為影響較大，不能反應(yīng)天然情況，但總體趨勢(shì)沒有發(fā)生變化。

圖1

3.2 枯水年內(nèi)分布情況

對(duì)兩站多年月平均流量及月平均降雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，降雨與徑流的年內(nèi)分布基本一致，兩站的月最小流量出現(xiàn)時(shí)間也一致，均出現(xiàn)在1月份，且在12月至次年2月間出現(xiàn)了一個(gè)明顯的枯水季節(jié)。

從降雨及流量年內(nèi)分配圖中可以看出，11月至次年3月為清江流域的枯水期，次年1月為最枯月份。見圖2、圖3。

圖2

圖3

4 枯水周期變化規(guī)律

差積曲線法是常用的系列周期分析方法。當(dāng)差積曲線坡度向下時(shí)，表示為枯水期，向上時(shí)表示為豐水期，水平時(shí)則接近平均值的平水年，若長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)下降，就表示長(zhǎng)時(shí)間來水偏少，坡度越大表示程度越劇烈。

采用差積曲線法對(duì)利川（二）、恩施站枯水期平均流量、最小月平均流量?jī)上盗羞M(jìn)行分析，并將兩站同一系列差積曲線點(diǎn)在一張圖上，可以看出，其變化趨勢(shì)極為相似，說明該流域內(nèi)枯水徑流在同一時(shí)間段內(nèi)服從同一變化規(guī)律。見圖4，圖5。

圖4

圖5

5 枯水變化趨勢(shì)分析

Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)方法是用于對(duì)降雨、徑流量等要素隨年序變化進(jìn)行趨勢(shì)性檢驗(yàn)的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法。其實(shí)質(zhì)是對(duì)數(shù)據(jù)序列的秩序而不是實(shí)際數(shù)值來判斷兩個(gè)變量的相關(guān)程度，避免了水文研究中特大和特小值對(duì)結(jié)果的影響，可以比較客觀地確定某一時(shí)間序列是否具有隨年序列的變化趨勢(shì)。Mann-Kendal方法的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量公式是

其中：sign()為符號(hào)函數(shù).當(dāng)xi-xj小于、等于或大于零時(shí)sign（xi-xj）分別為-1、0或1；M-K統(tǒng)計(jì)量公式z在s大于、等于、小于0時(shí)分別為：

當(dāng)n大于10時(shí)，z收斂于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。原假設(shè)為該序列無趨勢(shì)，采用雙邊趨勢(shì)檢驗(yàn)，在給定顯著性水平α下，在正態(tài)分布表中查得臨界值 zα/2，當(dāng)zα/2，則拒絕原假設(shè)，即認(rèn)為趨勢(shì)顯著，|z|值在大于等于1.28、1.64、2.32時(shí)分別表示通過了90%、95%、99%置信度顯著性檢驗(yàn)。當(dāng)z為正值表示增加趨勢(shì)，負(fù)值表示減少趨勢(shì)。

用非參數(shù)Mann-Kendall趨勢(shì)分析檢驗(yàn)法對(duì)利川（二）、恩施兩站的枯水期、最小月平均及年最小系列進(jìn)行分析。其結(jié)果如下表所示：

站名 系列 M-K統(tǒng)計(jì)量z是否存在趨勢(shì)（置信度） 趨勢(shì)類型利川（二） 枯水期-0.56 否最小月平均 0.48 否恩施 枯水期 0.35 否最小月平均 1.49 是 上升

6 結(jié)論

1）枯期徑流的時(shí)間分布：最小月平均流量大部分均出現(xiàn)在1月份，其次分別為2月、3月、11月，多年平均最小月平均流量均出現(xiàn)在1月。年最小流量出現(xiàn)的時(shí)間則在枯期與汛期均有出現(xiàn)，但在枯期的1、2、3月出現(xiàn)次數(shù)明顯多于其他月份；

2）枯水期平均流量、最小月平均流量系列均有較為明顯的豐、平、枯水期變化規(guī)律?？菟谄骄髁俊⒆钚≡缕骄髁肯盗械淖兓?guī)律，上下游站間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

3）利川、恩施兩站枯水期系列在統(tǒng)計(jì)意義上都沒有發(fā)生突變的趨勢(shì)，最小月平均系列中，恩施站有上升的趨勢(shì)，利川（二）站則沒有趨勢(shì)變化。

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