西、北、東江水資源特性分析

孔 蘭，蔣任飛，楊 磊

(1.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司， 廣州 510610；2.水利部珠江水利委員會(huì)水生態(tài)工程中心， 廣州 510610；3.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，南京 210098)

珠江流域多年平均年徑流量3 381 億m3，是我國(guó)南方最大的河流，為一個(gè)復(fù)合流域，由西江、北江、東江及珠江三角洲諸河四個(gè)水系組成。西江是珠江的主干流，從源頭自西向東流經(jīng)云南、貴州、廣西、廣東，在廣東三水市思賢滘與北江相匯后流入珠江三角洲，東江在廣東省東莞市石龍鎮(zhèn)附近匯入珠江三角洲，最后經(jīng)虎門(mén)、蕉門(mén)、洪奇門(mén)、橫門(mén)、磨刀門(mén)、雞啼門(mén)、虎跳門(mén)及崖門(mén)8個(gè)出?？陂T(mén)入注南海。珠江流域水系見(jiàn)圖1，西、北、東江流域特征見(jiàn)表1。近年來(lái)，隨著全球氣候變化、河流梯級(jí)開(kāi)發(fā)等人類(lèi)活動(dòng)的影響，西、北、東江徑流出現(xiàn)了新的特點(diǎn)[1,2]。因此，深入研究西、北、東江的水資源特性，對(duì)于加強(qiáng)水資源保護(hù)、維護(hù)河流系統(tǒng)健康、更好地進(jìn)行流域管理等，具有重要的意義[3-5]。

流域名稱(chēng)河流長(zhǎng)度/km河道平均坡降/%流域面積/km2備注西江20750．058353120河長(zhǎng)指源頭至思賢滘的西滘口的長(zhǎng)度北江4680．02646710河長(zhǎng)指源頭至思賢滘的北滘口的長(zhǎng)度東江5200．03927040河長(zhǎng)指源頭至東莞市石龍的長(zhǎng)度

1 主要研究方法

(1)Mann-Kendall法。Mann-Kendall法(以下簡(jiǎn)稱(chēng)M-K法)以氣候序列平穩(wěn)為前提，并且這序列是隨機(jī)獨(dú)立的，其概率分布等同。M-K法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，更適合于水文氣象等非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)。具體計(jì)算方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[6]、[7]。

(2)年內(nèi)分配不均勻系數(shù)。采用年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cu分析徑流量的年內(nèi)變化，Cu值越大，則年內(nèi)各月徑流量差異越大，徑流量年內(nèi)分配越不均勻，從而反映對(duì)徑流量調(diào)控難度較大[8,9]。

(3)年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)。年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)Cr與年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cu相似，值越大，則年內(nèi)各月徑流量年內(nèi)分配越集中，即各月徑流量差異越大[10]。

(4)集中程度?？捎眉卸菴n和集中期D表達(dá)徑流量在年內(nèi)各時(shí)段的集中程度以及最大徑流量出現(xiàn)的時(shí)段。集中度就是將各月的徑流量分月按一定角度以向量方式累加，其各分量之和的合成量占年總量的百分?jǐn)?shù)，反映徑流量年內(nèi)集中程度，集中期是指徑流量向量合成后的方位，反映全年徑流量集中的重心所出現(xiàn)的月份，集中度和集中期的具體計(jì)算步驟見(jiàn)文獻(xiàn)[11]-[13]。

2 水資源的年際變化

收集了西江高要站、北江石角站、東江博羅站3個(gè)控制性水文站1959-2010年共計(jì)52 a的水文實(shí)測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算分析，由圖2、圖3可以看出，西、北、東江徑流量有明顯的豐枯變化，長(zhǎng)系列呈下降趨勢(shì)。經(jīng)計(jì)算，西、北、東江各水文站1959-2010年徑流量系列變差系數(shù)分別為0.19、0.26、0.27，變差系數(shù)較小，有利于水資源的開(kāi)發(fā)利用。

圖3 各水文站1959-2010年徑流量累積距平曲線(xiàn)Fig.3 Cumulative anomaly curves of runoff from 1959 to 2010 of hydrological stations

由圖4可以看出，西、北、東江徑流量不同年代年平均徑流量有明顯的差異，西江高要站20世紀(jì)70、90年平均徑流量較大，20世紀(jì)60年代年平均徑流量次之，20世紀(jì)80年代及21世紀(jì)00年代年平均徑流量較??；北江石角站20世紀(jì)70、90年平均徑流量較大，20世紀(jì)80年代及21世紀(jì)00年代年平均徑流量次之，20世紀(jì)60年代年平均徑流量最?。粬|江博羅站20世紀(jì)70、80年平均徑流量較大，20世紀(jì)90年代及21世紀(jì)00年代年平均徑流量次之，20世紀(jì)60年代年平均徑流量最小。

利用M-K法對(duì)西、北、東江控制性水文站徑流量序列進(jìn)行計(jì)算分析(圖5)，結(jié)果表明：西江高要站徑流量序列在1968-1987年和1997-2003年具有上升趨勢(shì)，其他時(shí)段具有下降趨勢(shì)，但是變化趨勢(shì)都沒(méi)有通過(guò)95%的置信度檢驗(yàn)，上升或下降趨勢(shì)不顯著。北江石角站徑流量序列在1996-2008年具有上升趨勢(shì)，在1963-1974年和1986-1994年具有下降趨勢(shì)，上升或下降趨勢(shì)不顯著。東江博羅站徑流量序列在1976-1988年具有上升趨勢(shì)，在1959-1975年和1989-1996年具有下降趨勢(shì)，上升或下降趨勢(shì)不顯著。

圖5 各水文站徑流量序列的M-K法檢測(cè)結(jié)果Fig.5 M-K test of runoff series of hydrological stations

3 水資源的年內(nèi)變化

珠江流域徑流由降水形成，隨降水量變化而變化。降水年內(nèi)分配不均勻，4-9月降水量約占全年降水量的75%～80%。徑流時(shí)空變化特性與降水時(shí)空變化基本對(duì)應(yīng)，年徑流模數(shù)變化趨勢(shì)為：從上游向中下游遞增；徑流年內(nèi)分配也不均勻，每年4-9月為汛期，10月-翌年3月為枯水期，汛期徑流量接近全年80%；枯水期徑流量約占20%，最枯月平均流量常出現(xiàn)在每年的12月至次年2月，其中尤以2月份最枯。見(jiàn)圖6。

圖6 各水文站多年平均徑流年內(nèi)分配圖Fig.6 Annual distribution of annual runoff of hydrological stations

徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cu、Cr年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)值越大，則年內(nèi)各月徑流量差異越大，徑流量年內(nèi)分配越不均勻，從而反映對(duì)徑流量調(diào)控難度較大；徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cu、Cr年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)值越大，則年內(nèi)各月徑流量差異越大，徑流量年內(nèi)分配越不均勻，從而反映對(duì)徑流量調(diào)控難度較大；集中程度集中度Cn和集中期D表達(dá)徑流量在年內(nèi)各時(shí)段的集中程度以及最大徑流量出現(xiàn)的時(shí)段，集中度越大，反映徑流量年內(nèi)集中程度越大，集中期反映全年徑流量集中的重心所出現(xiàn)的月份；最大月平均徑流量、最小月平均徑流量與年平均徑流量之比，分別稱(chēng)為極大比Cmax和極小比Cmin，最大月平均徑流量與最小月平均徑流量之比為極值比Cm。為了識(shí)別西、北、東江徑流量的年內(nèi)變化規(guī)律，分析了西江高要站、北江石角站、東江博羅站3個(gè)控制性水文站徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)、年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)、集中程度和變化幅度。

由表2、圖7可以看出西、北、東江徑流量的年內(nèi)變化在不同時(shí)間段存在差異：

(1)20世紀(jì)60年代以來(lái)，西江高要站、北江石角站徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)、年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)、集中程度、極大比、極值比較大，并且長(zhǎng)系列變化趨勢(shì)不明顯；東江博羅站徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)、年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)、集中程度、極大比、極值比較小，并且長(zhǎng)系列具有明顯的下降趨勢(shì)，徑流量年內(nèi)分配具有明顯均勻化趨勢(shì)；東江博羅站比西江高要站、北江石角站徑流量年內(nèi)分配更均勻，有利于水資源的開(kāi)發(fā)利用。

表2 各水文站不同時(shí)間段徑流量年內(nèi)變化指標(biāo)值對(duì)比表Tab.2 Comparison table of annual variation of runoff at different hydrological stations in different time periods

圖7 各水文站徑流量年內(nèi)變化指標(biāo)值變化Fig.7 Variation of annual runoff index value at different hydrological station

(2)20世紀(jì)60年代以來(lái)，西江高要站、北江石角站徑流量極小比較小，并且長(zhǎng)系列變化趨勢(shì)不明顯；東江博羅站徑流量極小比較大，并且長(zhǎng)系列具有明顯的上升趨勢(shì)，說(shuō)明東江年最小流量占年平均徑流量比值有較明顯增加趨勢(shì)。

(3)西江高要站集中期主要在7月和8月，北江石角站集中期主要在5、6月，東江博羅站集中期主要在6、7月，西、北、東江徑流量集中期長(zhǎng)系列變化趨勢(shì)不明顯。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，水利工程建設(shè)、水土流失治理、取用水等人類(lèi)活動(dòng)的影響逐步加劇，一定程度上對(duì)徑流起到了削峰填谷作用，使下游枯季徑流增加，汛期徑流減少，東江流域此調(diào)節(jié)作用將更加明顯，對(duì)下游河段水資源的影響有所增加，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種水資源變化特征對(duì)下游增加供水、減少水旱災(zāi)害等方面是有利的。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)西、北、東江徑流量的年際變化特征為：西、北、東江徑流量長(zhǎng)系列呈下降趨勢(shì)，并具有明顯的豐枯變化，不同年代年平均徑流量有明顯的差異；西、北、東江徑流量系列在不同時(shí)段具有上升趨勢(shì)或下降趨勢(shì)，但是變化趨勢(shì)都沒(méi)有通過(guò)95%的置信度檢驗(yàn)，上升或下降趨勢(shì)不顯著。

(2)西、北、東江徑流量的年內(nèi)變化特征為：西、北、東江徑流量的年內(nèi)變化在不同時(shí)間段存在差異性，20世紀(jì)60年代以來(lái)，西江、北江徑流量年內(nèi)分配不均勻性較東江徑流量年內(nèi)分配不均勻性大；東江徑流量年內(nèi)分配具有明顯均勻化趨勢(shì)，東江年最小流量占年平均徑流量比值有較明顯增加趨勢(shì)，有利于水資源的開(kāi)發(fā)利用；西、北、東江集中期也具有差異性，西、北、東江徑流量集中期長(zhǎng)系列變化趨勢(shì)不明顯。

(3)水利工程建設(shè)等人類(lèi)活動(dòng)的影響逐步加劇，一定程度上對(duì)徑流起到了削峰填谷作用，東江流域此調(diào)節(jié)作用將更加明顯，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種水資源變化特征對(duì)下游增加供水、減少水旱災(zāi)害等方面是有利的。

□

[1] 陳曉宏,王兆禮.東江流域土地利用變化對(duì)水資源的影響[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2010,(3):311-316.

[2] 李 艷,陳曉宏,王兆禮.人類(lèi)活動(dòng)對(duì)北江流域徑流系列變化的影響初探[J].自然資源學(xué)報(bào),2006,21(6):910-915.

[3] 汪麗娜,陳曉宏,李粵安,等.西江流域徑流演變規(guī)律研究[J].水文, 2009,29(4):22-25.

[4] 孔 蘭,陳俊賢,陳曉宏.南方多沙河流水沙演變特征及水庫(kù)的影響分析[J].水文,2012,32(4):49-53.

[5] 孔 蘭.新豐江水庫(kù)水資源綜合利用存在問(wèn)題初探[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2012,(10):58-60.

[6] Zhang Qiang, Xu Chong-yu, Stefan B, et al. Sediment and runoff changes in the Yangtze River basin during past 50 years [J]. Journal of Hydrology, 2006,331:511-523.

[7] Mann HB. Nonparametric tests against trend[J]. Econometrica, 1945,13:245-259.

[8] 李 艷,陳曉宏,張鵬飛.北江流域徑流序列年內(nèi)分配特征及其趨勢(shì)分析[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2007,(5):113-116.

[9] 王金星,張建云,李 巖,等.近50年來(lái)中國(guó)六大流域徑流年內(nèi)分配變化趨勢(shì)[J].水科學(xué)進(jìn)展,2008,(5):656-660.

[10] 湯奇成,程天文,李秀云.中國(guó)河川月徑流的集中度和集中期的初步研究[J].地理學(xué)報(bào),1982,37(4):383-393.

[11] Zhang Q, Xu CY, Chen YQ, et al. Spatial assessment of hydrologic alteration across the Pearl River Delta, China, and possible underlying causes [J]. Hydrology Process, 2009(23):1 565-1 574.

[12] 孔 蘭,陳俊賢.多沙河流水沙年內(nèi)分配特征研究[J].水力發(fā)電. 2012,38(6):12-15.

[13] 劉賢趙,李嘉竹,宿 慶,等.基于集中度和集中期的徑流年內(nèi)分配研究[J].地理科學(xué), 2007,(6):791-795.

[14] 王兆禮,陳曉宏,楊 濤.東江流域徑流序列年內(nèi)分配特征研究[J].人民黃河, 2011,33(2):37-39.