1952－2014年饒河流域水沙變化特征及影響因素

馮德锃 吳棟棟 趙玲玲 程中陽(yáng)

摘要：利用饒河流域1952-2014年3個(gè)水文站的實(shí)測(cè)流量、輸沙量資料，分析了饒河流域年徑流量、年輸沙量的變化特征。結(jié)果表明：（1）饒河流域從徑流和輸沙地區(qū)組成來(lái)看，昌江、樂(lè)安河、信江東大河占比在20%～35%之間，輸沙量和徑流量成正比;（2）饒河流域徑流量年際變化較大，20世紀(jì)90年代水量異常偏多（+ 20%），徑流、輸沙序列存在20年的周期，但未來(lái)徑流量表現(xiàn)為明顯的隨機(jī)性;（3）輸沙量在1998年后顯著減少，導(dǎo)致水沙雙累積曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折，未來(lái)輸沙量可能繼續(xù)減少;（4）2000年后徑流量偏少（-10%）是輸沙量減小的原因之一，1998-2007年間建成的大中型水利工程攔截泥沙，是饒河2000年后輸沙量異常偏少的另一個(gè)主要因素。由于流域水土流失治理、水利工程建設(shè)等，預(yù)計(jì)今后饒河干支流輸沙量仍將進(jìn)一步減少。研究結(jié)果可為饒河流域水資源綜合利用開(kāi)發(fā)和水生態(tài)保護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：饒河流域;水沙特征;突變分析;趨勢(shì)分析

中圖分類號(hào)：P333文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：馮德锃

Analysis on characteristics and influence factors of runoff and sediment changes in Raohe River basin from 1952 to 2014

FENG Dezeng.1，WU Dongdong.2，ZHAO Lingling.3，CHENG Zhongyang.4

（1.China Water Resources Pearl River Planning Surveying & Designing Co.，Ltd.，Guangzhou 510610，China;2.Bureau of Hydrology of Pearl River Water Resources Commission，Ministry of Water Resources，Guangzhou 510611，China;3.Guangzhou Institute of Geography，Guangdong Academy of Sciences，Guangzhou 510070，China;4.Technical Advisory Center of Pearl River Resources Commission of the Ministry of Water Resources，Guangzhou 510611，China）

Abstract：Based on the daily measured discharge and sediment data of three stations in Raohe River basin from 1952 to 2014，we studied the variation characteristics of the annual runoff and sediment transport.The results showed that：1） In terms of the regional composition of runoff and sediment transport in the Raohe River basin，the Changjiang River，Le′an River，and Dongdahe River took up 20%-35%，and the sediment transport and the runoff were directly proportional to each other.2） The runoff in the Raohe River basin showed prominent interannual variations.The flow in the 1990s was greater than the normal level （by 20%）.The main period of the runoff and sediment transport series was 20 years，but the future runoff showed prominent randomness.3） The sediment load declined significantly after 1998，causing a turning point on the double accumulative curve of runoff and sediment.The future sediment load might keep declining.4） One of the reasons for the reduction of sediment load in Raohe River basin was the reduction of runoff after 2000 （by 10%）.Another main factor was the interception of sediment by large and medium water conservancy projects built between 1998 and 2007.Owing to the control of soil erosion and construction of water conservancy projects，the sediment in Raohe River basin is expected to decline further in the future.The results can provide a reference for the comprehensive utilization and development of water resources and the water ecological protection in Raohe River Basin.

Key words：Raohe River basin;runoff and sediment characteristics;mutation analysis;tendency analysis

徑流量是描述河流特征最重要和常用的指標(biāo)，徑流量大小取決于氣象條件、流域特征，并受人類活動(dòng)影響。輸沙量則是河流重要水文特征之一，反映流域土壤侵蝕強(qiáng)度、水土流失等情況[1-3]。為生產(chǎn)、生活的需要，近20年我國(guó)許多河流新建起了不少水利樞紐、發(fā)展了不少灌區(qū)，這對(duì)河流泥沙沖淤變化造成了較大影響。因此分析河流水沙變化是辨識(shí)人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境干擾的重要途徑之一。

鄱陽(yáng)湖流域懸移質(zhì)輸沙量的跳躍特征與流域內(nèi)水庫(kù)建設(shè)、森林植被的變化密切相關(guān)[4]。近幾十年來(lái)，鄱陽(yáng)湖流域水沙均發(fā)生了不同程度的變化，水庫(kù)等水利工程與水土保持工程對(duì)其有著深刻的影響，環(huán)境變化下鄱陽(yáng)湖流域水沙變化規(guī)律也成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。對(duì)于鄱陽(yáng)湖流域水沙變化，我國(guó)學(xué)者已開(kāi)展過(guò)不少研究。如，早期的郭鵬、陳曉玲等[5]基于鄱陽(yáng)湖流域3個(gè)水文站1955-2001年的水沙數(shù)據(jù)，采用滑動(dòng)平均法、Spearman秩次相關(guān)檢驗(yàn)、線性回歸檢驗(yàn)等方法，對(duì)鄱陽(yáng)湖出湖輸沙量，贛江、信江水沙總體變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。而后齊述華、熊夢(mèng)雅等[6]利用鄱陽(yáng)湖流域水文控制站1950-2010年水文資料，系統(tǒng)全面的分析了鄱陽(yáng)湖出、入湖泥沙特征，對(duì)鄱陽(yáng)湖泥沙收支平衡進(jìn)行了分析，并揭示了長(zhǎng)江與鄱陽(yáng)湖之間的水動(dòng)力關(guān)系。還有研究者總結(jié)了鄱陽(yáng)湖湖區(qū)、贛江、信江等流域的水沙變化規(guī)律，同時(shí)分析了其變化原因[7-22]。鄱陽(yáng)湖流域上述研究大多是針對(duì)鄱陽(yáng)湖湖區(qū)或贛江、信江，現(xiàn)有研究基本未將饒河流域作為重點(diǎn)研究。

饒河是鄱陽(yáng)湖流域五河水系之一，饒河水沙變化特征對(duì)入湖水沙通量起著重要作用。自建國(guó)以來(lái)，隨著饒河流域及下游湖區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展、人口增長(zhǎng)和城市化水平的提高，經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)水資源綜合利用與水生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高。因此，對(duì)饒河流域水沙變化特征進(jìn)行研究很有意義。本文利用饒河流域干支流控制站水沙觀測(cè)資料，采用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法，分析流域水沙趨勢(shì)性、跳躍性、周期性特征，以期掌握在水土保持工程和水利工程影響下流域徑流泥沙的演變規(guī)律，旨在為流域水資源綜合開(kāi)發(fā)利用和水生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供一定的科學(xué)參考。

1研究區(qū)概況

饒河為鄱陽(yáng)湖水系五大河流之一，位于江西省東北部，位于東經(jīng)116°30′-118°13′，北緯28°34′-30°02′之間，流域面積21 272 km.2。流域西鄰鄱陽(yáng)湖，北倚五龍山脈和白際山脈與安徽省青弋江毗鄰，南靠懷玉山脈與信江相鄰，東毗浙江省錢塘江。饒河由信江東大河、樂(lè)安河、昌江來(lái)水匯合而成（圖1）。饒河主流樂(lè)安河發(fā)源于戇、皖邊界的五龍山脈，自東北向西南流，流經(jīng)婺源、樂(lè)平、萬(wàn)年等市區(qū)（縣），至蔡家灣于左岸樂(lè)安村有信江東大河注入，過(guò)樂(lè)安村向西北流，至姚公渡與昌江會(huì)合后稱饒河。二江會(huì)合后，繞鄱陽(yáng)縣城注入鄱陽(yáng)湖。樂(lè)安河流域面積8 546 km.2，主流全長(zhǎng)279 km;昌江流域面積6 754 km.2，主流全長(zhǎng)254 km;匯合口以下流域面積379 km.2。

饒河流域?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，春夏秋冬四季分明，氣候濕潤(rùn)，雨量豐沛。流域內(nèi)多年平均降雨量為1 768.5 mm，降水量地區(qū)分布基本趨勢(shì)是樂(lè)安河略高于昌江，上游又稍大于下游。流域多年平均氣溫17.5 ℃，多年平均蒸發(fā)量1 426.1 mm。

2數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

饒河（以鄱陽(yáng)鎮(zhèn)段為控制斷面）來(lái)水由信江東大河、樂(lè)安河、昌江、區(qū)間來(lái)水組成。由虎山、渡峰坑站按面積比擬可得到樂(lè)安河、昌江兩個(gè)流域徑流量、懸移質(zhì)輸沙量;區(qū)間流量及輸沙量可查水文等值線圖得到;信江于八字嘴處分為東、西大河，將梅港站徑流按面積比移至八字嘴，并以東、西大河專用水文站實(shí)測(cè)分流比成果分配流量，由此可得到信江東大河徑流量，而東大河懸移質(zhì)輸沙量可按其徑流量占比分配得到。本文選取信江東大河站、昌江的渡峰坑站、樂(lè)安河的虎山站為代表站，對(duì)1952-2014年共計(jì)63年的逐日平均流量、逐日平均輸沙率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以此分析饒河流域水文時(shí)間序列變化的趨勢(shì)與規(guī)律。本次分析所用水文數(shù)據(jù)來(lái)源于江西省水文局，個(gè)別缺測(cè)泥沙年份數(shù)據(jù)（缺測(cè)率約4.8%）可由鄰近年份的流量-含沙量關(guān)系插補(bǔ)。

本文采用水文統(tǒng)計(jì)法[23]分析饒河干支流天然徑流、輸沙量序列的年內(nèi)、年際變化特征與年際演變周期，并分析徑流量與輸沙量之間的關(guān)系及影響因素。

3結(jié)果分析

3.1水沙地區(qū)組成

饒河流域面積21 272 km.2，水沙主要來(lái)源于三條支流，從多年徑流量和泥沙組成量來(lái)看，饒河水沙來(lái)源以信江東大河為首，分別占30.5%和35.7%;樂(lè)安河次之，分別占30.9%和27.0%;昌江最小，分別占19.4%和19.6%（表1）?？傮w上饒河三支流水沙組成比例比較接近，多年平均徑流量與多年平均懸移質(zhì)輸沙量基本成正比。由渡峰坑、虎山、東大河三站實(shí)測(cè)泥沙資料分析得到的流域泥沙推懸比均為15%左右。

3.2水沙年內(nèi)變化

從饒河干流鄱陽(yáng)鎮(zhèn)斷面以及三個(gè)支流控制水文站多年平均徑流量、輸沙量年內(nèi)的分配統(tǒng)計(jì)表中可以看出，饒河干流3月-8月汛期徑流量為186.6億m.3，占年徑流量的79.8%，3月-8月輸沙量占全年高達(dá)93.9%;昌江、樂(lè)安河、東大河徑流和輸沙也都主要集中在3月-8月，分別占全年79.8%、86.0%、82.9%、76.1%和96.6%、94.6%、90.9%，饒河干支流6月的徑流量、輸沙量均達(dá)到最大，分別占全年的18.6%～23.0%和32.8～36.6之間。對(duì)比表2成果，可以發(fā)現(xiàn)饒河干支流基本上豐、枯同步，其主要產(chǎn)流期也是主要產(chǎn)沙期。綜合表1饒河干支流水文站含沙量實(shí)測(cè)成果分析，可以得出饒河流域泥沙主要是由雨洪對(duì)流域內(nèi)表土的侵蝕產(chǎn)生，饒河屬少沙河流區(qū)。

3.3水沙年際變化

饒河流域干支流徑流量、輸沙量年際變化明顯（見(jiàn)表3），2000-2009年間徑流量、輸沙量比往常年份偏小較多，尤其是輸沙量，1998年大洪水后急劇減少，輸沙量比多年均值偏少56.6%～62.5%。各河流泥沙較大發(fā)生年份主要是1954年、1973、1995和1998年等典型大洪水年，（見(jiàn)圖2），1998年是饒河干流及昌江輸沙量是近60多年的峰值，而樂(lè)安河和東大河輸沙量峰值則分別出現(xiàn)在1995、1973年;饒河干支流最小年輸沙量均出現(xiàn)在2000年后，為2005或2007年。從表4和圖2也可看出，饒河干支流水沙年際變化基本同步，表明饒河流域由降水產(chǎn)生的徑流對(duì)輸沙量影響顯著，但各河流年輸沙量極值比在17.7～43.7之間，而年徑流量極值比僅在3.8～6.4之間，即輸沙量年際變化幅度比徑流量更大些。

繪制鄱陽(yáng)鎮(zhèn)斷面徑流量、輸沙量差積曲線圖（見(jiàn)圖3），進(jìn)一步說(shuō)明饒河流域徑流、產(chǎn)沙的連豐、連枯時(shí)段變化特征。饒河干流徑流、產(chǎn)沙年際變化基本同趨勢(shì)，連續(xù)2年以上豐或偏豐年有1952-1955，1969-1970，1992-1993年和1997-1999年4個(gè)豐水年組，連續(xù)時(shí)段長(zhǎng)2～4年;連續(xù)2年以上枯或偏枯年有1959-1965，1978-1979，1981-1982，1984-1986，1990-1991，2000-2001年和2004-2009年7個(gè)枯水年組，連續(xù)時(shí)段可長(zhǎng)達(dá)7年。因此饒河流域連續(xù)枯水年組的幾率大于連續(xù)豐水組的，29年的枯水年中連續(xù)枯水年出現(xiàn)24年，連續(xù)枯水年出現(xiàn)的概率達(dá)82.8%，易出現(xiàn)嚴(yán)重的連續(xù)干旱。[CM（22]饒河干流徑流、輸沙差積曲線變化過(guò)程顯示該流域水文循環(huán)周期約為20年。

饒河干流20世紀(jì)90年代降水量比多年均值多21.2%，而輸沙量卻比多年平均值多41.8%，表明饒河流域20世紀(jì)90年代輸沙量較以往年份的大。饒河干流及支流昌江、東大河2000年后與1970年前徑流量年相當(dāng)，但年輸沙量偏少26.9%～57.7%。

3.4水沙關(guān)系

流域水沙特性的系統(tǒng)變化一般可以通過(guò)[HJ2.15mm]水沙雙累積曲線斜率的變化表現(xiàn)出來(lái)，將鄱陽(yáng)鎮(zhèn)、渡峰坑、虎山和東大河水文站近60年來(lái)的年徑流、年輸沙實(shí)測(cè)資料點(diǎn)繪出年徑流和輸沙的雙累積曲線（見(jiàn)圖4）可以看出：鄱陽(yáng)鎮(zhèn)、渡峰坑、虎山站雙累積曲線總體變化趨勢(shì)基本一致，斜率到1998年有了輕微的減?。ㄏ驈搅鬏S偏轉(zhuǎn)），說(shuō)明饒河支流中的昌江、樂(lè)安河徑流量、輸沙量年際豐、枯變化基本一致，且三河輸沙量從1998年開(kāi)始有所減小;東大河站雙累計(jì)積曲線在1998年以前基本呈一條直線，1998年以后斜率明顯減小，說(shuō)明饒河流域1998年后輸沙量減小顯著;饒河干流1999-2014年16年累積減少輸沙量1 217.6萬(wàn)t，平均每年減少76.1萬(wàn)t輸沙量。

徑流攜帶泥沙是河流系統(tǒng)的客觀現(xiàn)象，徑流量的大小是輸沙量變化的主要因素之一。近60年饒河干流及其支流昌江、樂(lè)安河徑流量、輸沙量年際變化較大，但年徑流序列沒(méi)有顯著的趨勢(shì)和跳躍性，未來(lái)仍可能表現(xiàn)為較強(qiáng)的隨機(jī)性（這與張靜文等人研究結(jié)論基本一致[24]），而信江東大河輸沙量呈現(xiàn)顯著的減少趨勢(shì)，跳躍點(diǎn)在1998年。

3.5徑流泥沙變化的影響因素分析

自然和人類活動(dòng)是影響流域水沙變化的兩個(gè)主要因素。自然因素主要為地形地貌、土壤和氣候等;人類活動(dòng)因素主要為修建水利樞紐蓄水?dāng)r沙、進(jìn)行河道整治、水土保持、取水采沙等。在這些影響因素中，地形地貌、土壤因子相對(duì)穩(wěn)定[5]，對(duì)近幾十年來(lái)流域產(chǎn)水產(chǎn)沙的影響較小。

饒河流域1952-1998年水沙年際變化一致，豐水多沙、枯水少沙相關(guān)性較好。2000年之前，人類活動(dòng)干擾較弱，徑流泥沙相關(guān)性良好，而后水沙的年際變化不甚一致，表現(xiàn)為同一徑流量條件下的輸沙量偏小。饒河流域植被蓋率較高，水土流失不甚嚴(yán)重，水土流失面積僅占流域面積的9%[25]。近幾十年來(lái)，在流域內(nèi)興建水利工程、進(jìn)行流域綜合整治等已改變了河流天然的水沙規(guī)律，徑流量與輸沙量的年際變化發(fā)生了明顯改變，如1998年以來(lái)，江西省對(duì)水土保持生態(tài)建設(shè)力度的加大、1998年界牌水利樞紐建成蓄水、2005年信州水利樞紐的建成均對(duì)饒河水沙關(guān)系產(chǎn)生了一定影響。

4結(jié)論與討論

（1）昌江、樂(lè)安河、信江東大河是饒河的三大主要支流，三支流的水沙占比較為接近，分別在19.4%～30.9%和19.6%～35.7%之間。

（2）饒河流域徑流年內(nèi)分配極不均勻，汛期3-8月份來(lái)水占全年總量79.8%，而輸沙量占比高達(dá)93.9%，水沙關(guān)系呈現(xiàn)出“大水多沙，小水少沙”的態(tài)勢(shì)，泥沙主要集中在主汛期，月最大輸沙量與基本洪水對(duì)應(yīng)，懸移質(zhì)泥沙的輸移主要以較強(qiáng)的水流動(dòng)力為載體。

（3）饒河流域徑流量、輸沙量年際變化較大，干流年徑流量極值比為3.8，輸沙量極值比為21.5，而支流中極值比最大的昌江徑流量、輸沙量極值比可分別達(dá)到6.4和43.9，饒河流域水文循環(huán)周期約為20年。

（4）饒河流域徑流量不存在顯著的趨勢(shì)和跳躍性，未來(lái)徑流呈現(xiàn)隨機(jī)性。1998年以來(lái)，饒河流域年輸沙量總體呈下降趨勢(shì)，其主要原因是上游水利工程的修建、流域綜合治理及水土保持生態(tài)建設(shè)等，河道水質(zhì)清澈，大部分泥沙在庫(kù)內(nèi)淤積，下泄沙量變小，考慮到饒河流域興建水利工程、進(jìn)行水土流失治理等因素，預(yù)計(jì)未來(lái)流域輸沙量會(huì)進(jìn)一步減少。

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