1960-2013年廣東省梅江流域徑流特征及其對降水的滯后效應

董才文, 張正棟, 楊傳訓, 萬露文, 張 倩

(華南師范大學 地理科學學院, 廣東 廣州 510631)

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1960-2013年廣東省梅江流域徑流特征及其對降水的滯后效應

董才文, 張正棟, 楊傳訓, 萬露文, 張 倩

(華南師范大學 地理科學學院, 廣東 廣州 510631)

摘要：[目的] 全面了解梅江流域的水文特征及其變化趨勢，為河流水量調節(jié)、防洪防汛及流域生態(tài)環(huán)境保護等方面提供決策依據(jù)。[方法] 以該地區(qū)的典型河流梅江為例，利用1960—2013年流域的徑流、降水數(shù)據(jù)，結合累積距平、變異系數(shù)、集中度和集中期等數(shù)理方法，對梅江的徑流量、降水量在年代、年際、季節(jié)等時間尺度上進行分析，并用集中期來反映徑流對降水變化的滯后效應。[結果] 梅江徑流量年際變化整體呈下降趨勢，遞減率為5.79 mm/10 a；流域徑流主要集中在4—9月，季節(jié)上主要集中在夏季和春季，徑流集中期主要集中在5月下旬至7月中旬；流域內多年降水量呈波動減少趨勢，但減少幅度很小，降水集中期主要集中在5—6月；流域內年徑流量與降水量存在極大的相關性，并呈線性回歸關系(r=0.824>0.428=R0.001，54，回歸顯著水平超過0.001)，流域徑流對降水具有滯后效應，多年平均滯后時間為21 d，且滯后天數(shù)隨著時間推移呈擴大趨勢。[結論] 可以推測是人類活動改變了地表覆被狀況或者是氣候的變化。

關鍵詞：徑流; 降水; 滯后效應; 集中度; 集中期; 梅江流域

文獻參數(shù)： 董才文, 張正棟, 楊傳訓, 等.1960—2013年廣東省梅江流域徑流特征及其對降水的滯后效應[J].水土保持通報，2016,36(3)：38-45.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.008

水資源是人類生產與生活活動的基礎自然資源，是生態(tài)環(huán)境建設的控制性因素，同時也是具有戰(zhàn)略性的經濟資源，是一個國家綜合國力的有機組成部分[1]。作為水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，河川徑流是水資源綜合開發(fā)利用、科學管理及優(yōu)化調度的重要依據(jù)。近年來，隨著全球變暖和人類活動影響的加劇，河川徑流發(fā)生了顯著的時空變化，出現(xiàn)了一系列生態(tài)環(huán)境問題：流域旱澇災害頻發(fā)、水土流失嚴重、水質惡化等，這直接影響了社會經濟的可持續(xù)發(fā)展，全球氣候變化是導致徑流發(fā)生變化的最直接原因，因此研究氣候變化與徑流的關系具有重要意義。

國內外許多學者對這兩者的關系進行了研究，如劉昌明等[2]利用黃河干流控制流域匯水的主要水文站近40 a的逐月徑流資料，分成了4個系列進行時序分析，得出了黃河下游徑流主要來源于上中游入水，以及中下游基流量在39 a中有下降趨勢這些非常有意義的結論。馬振梅等[3]通過對西北干早地區(qū)石羊河流域氣候變化和人類活動對于徑流的影響研究表明，流域大部分集水區(qū)徑流具有明顯的減少趨勢，氣候變化對徑流變化影響的比重占64%～87%。王兆禮等[4]探討了東江流域徑流年際變化特征及其對氣候變化和植被覆蓋變化的響應，結果表明氣候變化、厄爾尼諾現(xiàn)象、太陽黑子數(shù)和NDVI都對徑流變化有一定的影響，但導致東江流域徑流變化的根本原因是氣候因子的綜合作用。凌紅波等[5]利用葉爾羌河源流區(qū)近50 a的逐月降水量與徑流量資料，借助非參數(shù)檢驗、小波分析等方法研究了葉爾羌河年徑流量與降水量的集中性及多時間尺度相關關系。國外對于這方面的研究多傾向于采用大中尺度水文模型來研究徑流量和氣候變化的關系，如Nash等[6]采用一個修正的水平衡模型研究了科羅拉多河水文要素系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)降水是影響徑流變化最主要的因素。Milly等[7]用多個GCM集合模擬1990—1998年全球大尺度徑流分布，并指出氣候脅迫已經對20世紀70年代以后全球徑流分布產生影響，且氣候強迫信號在歐亞大陸北部和北美洲西北部的高緯地區(qū)比較顯著；Githui等[8]通過設置SWAT模型不同情景模擬，預測了肯尼亞恩佐亞流域氣候變化的徑流響應，發(fā)現(xiàn)徑流對溫度變化并不敏感，但如果未來年均降水量增加2.4%～23.2%，年徑流將增加6%～11.5%，表現(xiàn)出良好的降水—徑流線性關系。

梅江發(fā)源于汕尾陸豐與河源紫金交界的烏突山，是廣東省沿海河流韓江上游干流段(以梅江為韓江主源)。作為典型的華南濕熱地區(qū)的河流，梅江的徑流全由降水補給，河流水位、徑流量及泥沙含量等水文特征及流域周邊環(huán)境均受氣候變化的影響。河流支流多，流域范圍廣，汛期長，年徑流量大。受季風環(huán)流、鋒面雨和臺風雨的共同影響，流域降水和徑流的年內變化和年際變化較大，流域旱澇災害頻發(fā)，影響了社會經濟的發(fā)展。目前，對梅江流域的研究較少，現(xiàn)有的工作主要集中于水質研究[9-10]和水文特性的簡單分析[11]，因而有必要對流域的徑流量和降水量的特征和規(guī)律進行綜合分析，并找出二者的關系。

本文以梅江流域為研究區(qū)域，基于流域中游1960—2013年54 a的徑流量實測數(shù)據(jù)和降水量數(shù)據(jù)，采用變異系數(shù)、累積距平、集中度和集中期等方法，對流域內的徑流量、降水量在多時間尺度上進行分析，深入理解徑流與降水的集中度和集中期，并用集中期來反映梅江徑流對降水的滯后效應，旨在全面了解梅江流域的水文特征及其變化趨勢，為河流水量調節(jié)、防洪防汛及流域生態(tài)環(huán)境保護等方面提供決策依據(jù)，也可以豐富華南濕熱區(qū)河流徑流和降水的研究案例。這也是首次用集中度和集中期的方法分析華南濕熱地區(qū)河流的徑流和降水的關系。

1研究區(qū)概況

梅江流域位于廣東省東部，梅州市的中西部，是韓江主流，也是梅州市最主要的河流，上游稱琴江，流經五華縣水寨與五華河匯合后稱梅江，由西南向東北流經五華、興寧、梅縣、梅江區(qū)，至大埔縣的三河壩與汀江、梅潭河匯合后稱韓江。梅江的支流主要有五華河、北琴江、寧江、程江、石窟河、松源河等，干流全長307 km，流域集雨面積為13 929 km2，河床比降為0.59‰，地理坐標為東經115°08′—116°33′，北緯23°21′—25°10′。流域屬亞熱帶季風氣候區(qū)，多年平均氣溫為21.1 ℃，無霜期一般都在320 d以上，多年平均降水量是1 489.4 mm，但降水量年內分配不均，主要集中在3—9月，約占年降水總量的82.5%，年均相對濕度80%左右。流域徑流完全由降水補給，徑流量、降水量兩者的年際變化規(guī)律比較接近。連續(xù)最大4個月徑流量基本上出現(xiàn)于5—8月，約占全年徑流量的53.1%，汛期(4—9月)徑流量約占全年徑流量的73.7%。流域在地貌上表現(xiàn)為低山、丘陵、盆地相見分布，流域屬南亞熱帶赤紅壤分布區(qū)，分布著赤紅壤、紅壤、山黃壤和南方山地灌叢草甸土等?，F(xiàn)有植被主要是以馬尾松為主的次生林、桉樹林和稀疏草坡以及農作物，平均植被覆蓋度約為28%。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究選取了興寧市水口水文站1960—2013年的觀測月徑流數(shù)據(jù)和梅縣氣象站1960—2013年的月降水數(shù)據(jù)，徑流數(shù)據(jù)來自廣東省水利廳，降水數(shù)據(jù)來自廣東省氣象局。水口水文站設立于1954年，是梅江的重要控制站，該站以上有琴江、五華河和興寧江等匯合，控制流域面積6 480 km2，水情變化復雜，水雨情信息對梅州市防災減災起著無可替代的關鍵作用。該水文站位于水口鎮(zhèn)水口圩，東經115°53′，北緯23°59′，海拔109 m 。由于該站處于梅江干流中游，水文觀測資料時間序列較長且系統(tǒng)全面，位于梅江與寧江的匯入口附近，因此選擇該水文站實測徑流量數(shù)據(jù)作為分析數(shù)據(jù)，具有一定的代表性，可以用來分析梅江干流水文特征。梅縣氣象站位于梅州市梅縣區(qū)，是國家基本氣象站，設立于1952年，地理位置為東經116°04′，北緯24°15′，海拔89.3 m。研究區(qū)四季時間定義如下：春季(3—5月)，夏季(6—8月)，秋季(9—11月)，冬季(12月至翌年2月)。

2.2研究方法

本文所采用的研究方法主要包括：累積距平法、變差系數(shù)法、集中度和集中期以及相關數(shù)理統(tǒng)計方法等。

(1) 根據(jù)梅江流域年徑流量數(shù)據(jù)，采用累積距平法得到年徑流量累積距平序列，從而繪制累積距平曲線。當累積距平持續(xù)增大時，表明該時段內徑流量距平持續(xù)為正；當累積距平持續(xù)不變時，表明該時段距平持續(xù)為零即保持平均；當累積距平持續(xù)減小時，表明該時段內徑流量距平持續(xù)為負。據(jù)此，可以較為直觀而準確地確定徑流量年際變化階段[12]。

(2) 因為氣候的季節(jié)性變化，氣象要素中的降水和氣溫都有明顯的季節(jié)性波動，在一定程度上決定了徑流年內的季節(jié)性變化。本文用徑流年內變差系數(shù) 來衡量徑流年內季節(jié)性變化程度[13]。徑流年內變差系數(shù)Cv的計算公式如下：

(1)

(2)

(3) 集中度是利用逐月徑流量(降水量)反映年內徑流量(降水量)集中程度的重要指標，集中期是利用逐月徑流量(降水量)反映年內最大徑流量(降水量)出現(xiàn)時段的重要指標[14]。集中度和集中期的計算是將一年內各月的徑流量作為向量看待，月徑流量的大小為向量的長度，所處的月份為向量的方向。1—12月每月的方位角h依次為0，30°，60°，…，330°，并把每個月的徑流量分解為x和y兩個方向上的分量，則x和y方向上的向量合成：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：Ri——第i月的徑流量(m3/s)；h——第i月徑流的方位角(°)；Rx，Ry——X，Y方向合成向量；R——Rx和Ry的合成總向量；Cd——集中度(m3/s)；D——集中期。集中度和集中期的詳細計算過程見參考文獻[15]。

3結果與分析

3.1流域徑流特征分析

根據(jù)水口水文站1960—2013年這54 a的徑流數(shù)據(jù)，得出梅江多年平均徑流量為153 m3/s(4.83×109m3),1960—2013年，年徑流量呈波動變化(圖1)，總體上徑流變化呈下降趨勢，但趨勢不明顯(r=0.161<0.222=R0.1,54，回歸顯著水平不到0.01)。由表1可見，流域最大徑流量出現(xiàn)在1983年，為316.1 m3/s(9.97×109m3)，最小值出現(xiàn)在2009年，為39.5 m3/s(1.25×10 9m3)，絕對變化幅度276.6 m3/s(8.72×109m3)，相對變化幅度為8。根據(jù)徑流年內變差系數(shù) 的計算公式，得出梅江年徑流量的變差系數(shù)為0.366，說明其年際變化總體上較為平穩(wěn)。

另外，從圖1中的累積距平曲線來看，54 a來梅江流域徑流呈現(xiàn)出明顯的階段性變化特征，1961—1972,2002—2012年徑流量以減少為主，累積距平曲線呈波動式下降狀態(tài)，也表明最近10 a來河流進入枯水期；1973—2001年累積距平曲線表現(xiàn)為明顯的上升趨勢，累積距平為正，徑流量以增加為主，河流為豐水期。

圖1　廣東省梅州市梅江徑流年際變化和累積距平曲線

集水面積/km2多年平均流量/(m3·s-1)最大水年徑流量/(m3·s-1)年份最小水年徑流量/(m3·s-1)年份年際極值比變差系數(shù)Cv14061153316.1198339.5200980.366

從梅江流域徑流的年內分配特征來看(圖2)，徑流年內分配不均勻，主要集中在4—9月，季節(jié)上主要是在夏季和春季，占年徑流量的68%以上，各個年代的徑流也主要集中在這一階段；1—3和10—12月的徑流比較小。針對各個年代的最大徑流月份而言，1960，1970和2000s最大徑流出現(xiàn)在6月，1980和2010s出現(xiàn)在5月，1990s出現(xiàn)在8月，多年平均最大徑流出現(xiàn)在6月，這主要是各個年代徑流的集中時期不同造成的，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與降水量在年內時間上的分配有關，廣東緯度低，處于夏季風和臺風活動的前沿，河流屬暖季泛濫性河流，徑流全部靠降水補給。由于各年間季風和臺風強弱不同，來去的遲早和停留的時間長短不等，導致河流的徑流量存在年際上的變化，具有不穩(wěn)定性。

圖2　廣東省梅州市梅江流域徑流年內分配特征

梅江各季節(jié)徑流量均呈波動性變化(圖3)，從各個季節(jié)徑流量的線性趨勢來看，春季徑流量呈現(xiàn)下降的趨勢(線性方程斜率為-5.31 mm/10 a)，但趨勢并不明顯(r=0.084<0.092=R0.5,54，回歸顯著水平不到0.05)；夏季徑流量也呈緩慢下降趨勢(線性方程斜率為-4.15 mm/10 a)，但變化趨勢很不明顯(r=0.055<0.092=R0.5,54，回歸顯著水平不到0.05)；秋季徑流量減少趨勢明顯(線性方程斜率為-12.97 mm/10 a，r=0.283>0.263=R0.05,54，回歸顯著水平在0.05以上)；冬季徑流量同樣呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(線性方程斜率為-0.69 mm/10 a)，但變化趨勢極不明顯(r=0.032<0.092=R0.5,54，回歸顯著水平不到0.05)。春夏秋冬各季節(jié)平均徑流量為別為169.6，249.2，128.8，64.3 m3/s，徑流量所占年徑流量的百分比分別集中在23.6%～35.9%，34.7%～48.3%，17.2%～25.9%，8.7%～12.2%，均說明梅江的徑流主要集中在夏季和春季，秋冬季節(jié)徑流量較小。夏季和春季所占的徑流比例達68%以上，但其變化趨勢不明顯，而秋季徑流量下降趨勢明顯，整體上梅江流域年徑流量變化不明顯。春夏秋冬各季節(jié)的變差系數(shù)為：0.482，0.343，0.457，0.449，說明春季的年際徑流波動最大，夏季的年際徑流量較穩(wěn)定。

由于徑流變化在月份和季節(jié)上存在有明顯差異，徑流分配特征隨年代變化也存在差異。為此，進一步討論分析梅江徑流量的集中程度和集中期，有利于加深對河流水文特征的了解，這對于華南濕熱區(qū)河流的水量調節(jié)、防洪防汛及流域生態(tài)保護等方面具有現(xiàn)實意義。

梅江流域徑流集中度和集中期的年際變化表明(圖4)，集中度圍繞平均值Cd=35%上下波動，最高達60.4%，最低為19.7%，說明梅江徑流主要集中在1 a內的某幾個月內，這與圖2體現(xiàn)的徑流主要集中在4—9月相符。梅江年內徑流集中期也存在上下波動趨勢，并且從趨勢線可以看出隨時間的推移發(fā)現(xiàn)集中期逐漸向后推移，從分布的時間范圍上來看，主要集中在5月下旬至7月中旬，54 a中有43 a落在這一時間段內，占總年份的80%。其中，集中在6月1日至6月30日的有27 a，集中在7月1—16日的有12 a，分別占總年份的的50%和22.2%。

各年代的徑流統(tǒng)計特征也表現(xiàn)出一定的差異性，如表2所示，徑流集中度處于32.9%～42.4%，較為集中；集中期的合成向量處于141°～175.88°之間，轉化為徑流集中期的時間為5月23日至6月27日，多年平均徑流集中期的時間為6月17日。

表2　流域徑流統(tǒng)計特征

圖3　廣東省梅州市梅江流域季節(jié)徑流量及其占年徑流量比例變化

圖4　廣東省梅州市梅江流域徑流集中度和集中期年際變化

3.2流域降水特征分析

如圖5所示，1960—2013年，梅江流域內降水量呈波動減少趨勢，但減少幅度很小，平均每10 a減少2.45 mm，多年平均降水量為1 489.4 mm。其中，最大降水量為2 355.4 mm，出現(xiàn)在1983年，最小降水量為1 011.3 mm，出現(xiàn)在1991年，絕對變化幅度為478.1 mm，相對變化幅度為2.33，變差系數(shù)為0.194。與流域內的徑流量相比，降水的相對變化幅度和變差系數(shù)均較小，說明流域內降水量的年際變化不大。

從圖5的累積距平曲線可以看出，多年來梅江流域的降水量也呈現(xiàn)出相對明顯的階段性變化特征，1961—1971,2001—2004,2006—2012年降水量以減少為主，累積距平曲線呈明顯下降狀態(tài)；1972—1994年累積距平曲線呈波動式上升狀態(tài)，降水量以增加為主；1995—2000年降水變化不明顯。

圖5　廣東省梅州市梅江流域降水年際變化和累積距平曲線

梅江流域降水量的年內分配特征顯示(圖6)，降水主要集中在4—6和8月，占到年降水量的55%以上，從季節(jié)上看主要是在春季和夏季，各年代的降水變化也主要體現(xiàn)在這一階段，1—3,7和9—12月所占比例較小。各年代最大降水出現(xiàn)的月份也有差異，具體而言，1970，1980和2010 s最大降水出現(xiàn)在5月，263.3，249.5，289.9 mm，1960和2000 s出現(xiàn)在6月份， 277.8和269.6 mm，而1990 s最大降水是出現(xiàn)在8月，為212.4 mm，這說明各年代或年內降水的分配特征和集中程度存在差異。同時，比較圖2與圖6可以看出，徑流峰值落后于降水，這說明徑流對降水有滯后效應。

圖6　廣東省梅州市梅江流域降水年內分配特征

各月的降水量數(shù)據(jù)得到梅江流域降水集中度和集中期時間序列(圖7)，集中度圍繞平均值Cd=39.5%上下波動，最高達45.3%，最低為35.6%，但集中度的趨勢基本保持不變。較高的集中度表明，流域年內降水較為集中，這在年代尺度上的各月降水量變化也能體現(xiàn)(圖6)，而降水集中期有隨時間向前推移的趨勢。同時，與梅江流域的徑流集中度相比，降水集中度大于徑流集中度，表明降水波動小于徑流，降水集中期更穩(wěn)定。從降水集中期的分布時間范圍來看，主要分布在5和6月，其中，集中在5月的有30 a，集中在6月的有14 a，分別占總年份的55.6%和25.9%。

表3中的各年代降水年內分配特征顯示，集中程度較高(Cd≥35.6%)，集中期的合成向量主要處于133.57°～154.84°之間，轉化為降水集中期的時間為5月15日至6月6日，多年平均降水量集中期的時間為5月28日。

圖7　廣東省梅州市梅江流域降水集中度和集中期年際變化

時間段降水量/mm集中度/%集中期合成向量方向/(°)最大降水出現(xiàn)時間1960s1442.643.1152.0206031970s1488.937.0154.8406061980s1578.139.5133.5705151990s1472.535.6140.9905232000s1461.045.3146.4905292010s1499.936.4150.880602多年平均1489.439.5145.860528

3.3徑流對降水的響應

梅江為典型的華南地區(qū)的外流河，河流徑流完全依賴降水補給，徑流量受降水量的直接影響，因此，需要考慮降水量和徑流量的關系。采用梅江流域年徑流量和年降水量進行關聯(lián)分析表明(圖8)，兩者存在極大的相關性，相關系數(shù)為0.824?；貧w趨勢分析表明，年徑流量與年降水量的關系為線性回歸關系(r=0.824>0.428=R0.001，54)，兩者的回歸方程有很好的擬合度，即徑流量會隨降水量的增加而增加，反之亦然。

圖8　廣東省梅州市梅江流域年平均徑流量與降水量回歸分析

隨著人類水土資源開發(fā)活動的日漸深入，傳統(tǒng)的自然水循環(huán)模式已逐漸被“自然—人工”二元水循環(huán)模式所取代。人類對水土資源的開發(fā)利用直接改變了影響產匯流過程的下墊面條件，改變了水的循環(huán)和轉化過程，使得流域水文情勢發(fā)生改變[16]。徑流形成過程是從降水落到流域表面至水流匯聚到流域出口斷面的整個復雜的物理過程，可以概括為產流過程和匯流過程。徑流是流域中氣候、下墊面條件和人類活動等眾多因素綜合作用的產物，由降水所形成的徑流需要經過停蓄階段、漫流階段、河槽集流階段3個階段，各個階段因降雨量大小、下墊面因素不同而需要耗費時間。因此，流域內每次降水匯流至水文站需要一定的時間，即降水所對應在水文站觀測的水文特征具有時間差，本研究嘗試應用降水和徑流的集中期來進一步探討兩者的內在聯(lián)系。

從圖9可以看出，徑流集中期出現(xiàn)在降水集中期以后，且波動趨勢相近。徑流集中期相對降水集中期的滯后天數(shù)大多在5～40 d內，占到整個時間段的83.3%，平均滯后21 d，說明從流域降水開始，經過蓄流、匯流至觀測水文站需21 d左右的時間。此外，從圖9滯后天數(shù)的趨勢線來看，滯后天數(shù)有增大趨勢，1960—2000s間，各年代的平均滯后天數(shù)為20.8，23，16.3，28.6和24.9 d，隨時間推移呈上升趨勢。滯后天數(shù)的增加主要是因為徑流集中期向后推遲和降水集中期的向前推移。

圖9　廣東省梅州市梅江流域降水和徑流的集中期對比及滯后時間年際變化

水文現(xiàn)象具有必然性和隨機性，其演變規(guī)律不僅具有趨勢性、周期性等確定性演變特點，而且也具有不確定性的特征。隨著人類活動和全球氣候變化的影響，水文現(xiàn)象的不確定性更加突顯。流域的徑流對于降水具有滯后效應，基于集中度、集中期理論和梅江中游54 a的徑流量、降水量數(shù)據(jù)，計算出梅江流域多年平均滯后天數(shù)長達21 d，且滯后天數(shù)隨時間推移有增加趨勢。這其中很重要的一個原因是人類活動改變地表覆被而使產流的各個階段時間延長，從而使徑流對降水的滯后時間延長[17-18]，如將坡地改為梯田、退耕還林、植樹造林和蓄水工程建設等都能起到一定的蓄水作用，增加土壤的持水量和水的滯留時間[19]。梅江流域近30，40 a來，人口大量增加，工業(yè)化和城市化進程加快，這使得流域內天然林破壞嚴重，面積急劇減少，但同時因流域水土保持和經濟發(fā)展的需要，部分耕地轉變?yōu)榱值睾筒莸?，人工?主要包括用材林、經濟林和防護林等)的面積迅速增加，總體上流域內的林地和草地面積是呈不斷增長趨勢的，這對徑流產生了影響。另一方面，梅州市政府和社會對水利的投入增加，流域水利事業(yè)發(fā)展的步伐加快，水庫山塘、溝渠等蓄水和引水工程設施建設全面提速，這也很大程度上延長了降水停蓄時間。

4討論與結論

4.1討 論

(1) 流域徑流對降水的多年滯后天數(shù)為21 d，這僅是應用集中度和集中期理論獲得的初步結論，而水文現(xiàn)象具有復雜性和不確定性，這就需要進一步通過獲取野外試驗數(shù)據(jù)，明確降水強度對地表徑流的影響(降水入滲速率、徑流模數(shù)等參數(shù)都會影響徑流的形成時間)，進而與此結論進行比較。

(2) 本文主要分析了降水變化對徑流變化的影響，雖然降水是影響河川徑流最基本的因素，但實際上土地利用與土地覆被變化對流域徑流的減少也有顯著影響[20]，徑流對降水的滯后時間隨年際變化呈現(xiàn)增大趨勢，這可能是因為地表覆被變化(如流域內植被指數(shù)NDVI的升高)或人類對降水進行攔截引起的，還有原因可能是氣候因素的變化。因此梅江流域內土地利用/覆被的變化對河川徑流到底存在什么樣的影響？影響程度如何？流域內徑流對降水滯后的時間增大是否與該流域土地利用/覆被的變化或者氣候的變化有關？這些都需要接下來進一步的探究。

4.2結 論

(1) 徑流量呈波動變化，主要集中在4—9月，占年徑流量的68%左右，集中期主要分布在5月下旬至7月中旬；流域內降水量趨勢幾十年來基本保持不變，主要集中在4—6和8月，占到年降水量的55%左右，集中期主要分布在5和6月。

(2) 梅江各季節(jié)徑流量均呈波動性變化，從各個季節(jié)徑流量的線性趨勢來看，4個季節(jié)的徑流量均呈現(xiàn)下降的趨勢，其中秋季下降趨勢明顯，其他季節(jié)變化趨勢不明顯。

(3) 從徑流量和降水量的累積距平曲線來看，梅江流域徑流量和降水量呈現(xiàn)出明顯的階段性變化特征，1961—1972和2001—2012年，兩者均呈現(xiàn)較為明顯的減少趨勢，1972—1994年，徑流量和降水量又表現(xiàn)出增加的趨勢。這也表明近10 a多來，梅江流域來水量整體呈偏枯態(tài)勢，氣候相對干燥。

(4) 采用相關性分析法得出，流域內年徑流量與降水量存在極大的相關性，并呈線性回歸關系(r=0.824，大于R0.001，54=0.428)，這表明了流域降水量增加會使徑流量增加，反之亦然。

(5) 根據(jù)集中度和集中期理論，梅江流域的徑流對降水具有滯后效應，54 a平均時間為21 d，且滯后天數(shù)隨時間推移呈擴大趨勢。其中主要原因可能是人類活動，如將坡地改為梯田、退耕還林和蓄水工程建設等延長了降水停蓄時間。

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收稿日期：2015-05-11修回日期：2015-08-10

通訊作者：張正棟(1968—)男(漢族)，甘肅省榆中市人,博士，教授，主要從事土地利用、景觀生態(tài)和3S應用等方面的研究。E-mail:zhangzdedu@163.com。

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2016)03-0038-08

中圖分類號：P333

Runoff Characteristics and Hysteresis to Precipitation in Meijiang River Basin in Guangdong Province During 1960-2013

DONG Caiwen, ZHANG Zhengdong, YANG Chuanxun, WAN Luwen, ZHANG Qian

(SchoolofGeography,SouthChinaNormalUniversity,Guangdong,Guangzhou510631,China)

Abstract：[Objective] Taking Meijiang river basin as a case study, this paper investigates the variations of precipitation and runoff in order to provide supports for river regulation, flood control and environmental protection. [Methods] Runoff and precipitation data during 1960—2013 was collected. Mathematical methods including accumulative anomaly, variation coefficient, concentration frequency and concentration period were used to investigate the variations of runoff and precipitation at decadal, annual and seasonal time scales. The hysteresis effect of runoff to precipitation was discussed. [Results] The inter-annual changes of runoff was declined at the rate of 5.79 mm/10 a. The runoff was mainly concentrated in the summer and spring time from April to September. The fluctuation of precipitation showed a slight decreasing trend in the basin. The precipitation mainly concentrated in May to June. Correlation between annual runoff and precipitation was significant(the significant level is more than 0.001, r=0.824>0.428=R0.001,54). There was a hysteresis effect of runoff to precipitation, the average hysteresis period was about 21 days, and this hysteresis period was expected to increase over time. [Conclusion] Human activity may be the main reason that alters the status of land cover or the change of climate.

Keywords:runoff; precipitation; hysteresis effect; concentration frequency; concentration period; Meijiang River basin

資助項目：國家自然科學基金項目“變化環(huán)境下南方濕熱區(qū)韓江流域景觀格局演變與生態(tài)水文耦合研究”(41471147)

第一作者：董才文(1989—),男(漢族),湖北省黃石市人,碩士研究生,研究方向為景觀生態(tài)與土地利用。E-mail:540329883@qq.com。