白龍江舟曲特大山洪泥石流對(duì)徑流量及生態(tài)流量的影響

摘要：研究徑流量演變規(guī)律和評(píng)價(jià)河流水生態(tài)狀況，對(duì)于流域水資源開發(fā)利用、水資源規(guī)劃與水生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義?；诎埥闪髦矍恼?967-2021年實(shí)測徑流資料，以白龍江舟曲特大山洪泥石流發(fā)生時(shí)間為節(jié)點(diǎn)，將1967-2021年分為1967-2009年和2010-2021年2個(gè)研究期，采用累積距平曲線、R/S分析等方法，分析白龍江流域舟曲段徑流量變化特征，用Tennant法等計(jì)算河流生態(tài)流量，探討河流生態(tài)流量滿足情況。結(jié)果表明：舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前（1967-2009年），白龍江舟曲段年和四季徑流量的變化均為顯著減小趨勢，舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后（2010-2021年），年和四季徑流量的變化均為不顯著增加趨勢，且年和四季徑流量的多年平均徑流量均大于泥石流發(fā)生前的多年平均徑流量；舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后，徑流量變化波動(dòng)性較大，先后出現(xiàn)極值；舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后分別有9.30%和8.30%月份的徑流量小于最小生態(tài)流量；Tennant法評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后水生態(tài)狀況呈正向變化。研究成果有利于全面掌握白龍江舟曲段徑流年際演變規(guī)律和河流水生態(tài)狀況，同時(shí)也可為白龍江上游水資源規(guī)劃管理和水生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：徑流量；R/S分析法；最小生態(tài)流量；Tennant法；舟曲特大山洪泥石流

中圖分類號(hào)：TV121+.4 " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " "文章編號(hào)：1674-3075（2024）06-0057-12

水資源在人類社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程中起著至關(guān)重要的作用，水資源危機(jī)是制約人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大難題，是過去及現(xiàn)在很多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)（舒章康等，2021；周啟鳴等，2021；Zhang et al，2022）。而徑流作為水資源最重要的存在形式，是水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和水量平衡的基本要素，也是影響流域和區(qū)域水資源開發(fā)利用程度的主要控制因素，支撐著流域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等各方面的可持續(xù)發(fā)展（夏軍等，2016；周海鷹等，2018；牛最榮等，2021）。

近百年來，全球氣候變化導(dǎo)致氣溫顯著上升和極端暴雨事件頻發(fā)，對(duì)流域徑流過程和水資源產(chǎn)生了重大影響（Hui et al，2019；Xu et al，2021；徐宗學(xué)等，2022）。隨著徑流量時(shí)空分布特征的變化，人類社會(huì)系統(tǒng)的安全與自然生態(tài)環(huán)境的健康以及水生態(tài)的狀況均受到不同程度的影響，特別是對(duì)洪澇災(zāi)害與水資源利用有著直接影響。白龍江作為長江支流嘉陵江的最大支流，是甘肅省長江流域的主要河流，舟曲段地處白龍江中上游，因其地理位置及環(huán)境的特殊性，很容易因突發(fā)性暴雨產(chǎn)生山洪泥石流，如2010年8月發(fā)生了舟曲特大山洪泥石流（李中平等，2011），而特大山洪泥石流的發(fā)生會(huì)造成山地環(huán)境退化，破壞森林植被，改變下墊面條件，影響水文循環(huán)及地表水文過程，致使河川徑流水文情勢發(fā)生變化，從而影響徑流量的演變規(guī)律（劉德玉等，2019；牟鑫亮，2022）。因此，分析舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后徑流量變化特征，評(píng)價(jià)河流生態(tài)流量滿足情況，有助于了解流域地表水資源的演變趨勢和流域水生態(tài)狀況，從而為流域水資源規(guī)劃管理和水生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供參考依據(jù)。

目前，已有很多學(xué)者對(duì)徑流量變化進(jìn)行了研究，如劉昌明等（2019）基于黃河干流蘭州、頭道拐、花園口和利津4個(gè)典型水文站1950-2017年的實(shí)測徑流數(shù)據(jù)，分析了黃河干流近百年的年徑流量變化特征；梁淑琪等（2020）研究了岷江流域近82年徑流在豐枯年份的變化特性以及突變、趨勢和周期性變化；劉松等（2021）采用箱型圖、Mann-Kendall法等方法分析了西江流域干流及其支流6個(gè)主要控制水文站1980-2020年的徑流量變化；王學(xué)良等（2022）基于多個(gè)水文站徑流數(shù)據(jù)和氣象站數(shù)據(jù)，采用線性回歸法等方法定量和定性分析了蘭州水文站以上區(qū)域黃河干流和主要支流的徑流演變特征及其驅(qū)動(dòng)因素。不同流域的徑流變化特征存在區(qū)域性差異，科學(xué)合理地研究河川徑流的演變特性，是實(shí)現(xiàn)流域水資源可持續(xù)利用和水資源管理的重要基礎(chǔ)工作。

針對(duì)白龍江流域的研究也較多，馬正耀等（2011）對(duì)白龍江上游徑流年際變化特征和年內(nèi)分配變化趨勢進(jìn)行了分析；牛最榮等（2015）分析研究了白龍江干流4個(gè)代表站徑流變化特征并進(jìn)行未來趨勢預(yù)測；馬亞麗等（2022）采用多種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究了白龍江中上游徑流變化及其對(duì)氣候和人類活動(dòng)的響應(yīng)，得出人類活動(dòng)是徑流減少的主要影響因素。以上主要是對(duì)白龍江流域徑流量變化特征和影響因素的研究，而針對(duì)流域內(nèi)發(fā)生過泥石流災(zāi)害的舟曲段研究較少，缺乏白龍江舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后徑流量及生態(tài)流量的研究。因此，本文以白龍江流域中上游舟曲段作為研究區(qū)，基于白龍江干流舟曲水文站55年徑流資料，以白龍江舟曲特大山洪泥石流發(fā)生時(shí)間為節(jié)點(diǎn)，將1967-2021年分為1967-2009年和2010-2021年2個(gè)研究期，采用累積距平曲線、R/S分析法，分析徑流量趨勢性、持續(xù)性，識(shí)別舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后白龍江舟曲段徑流量變化特征，用Tennant法等計(jì)算河流生態(tài)流量，探討河流生態(tài)流量滿足情況，以期為白龍江上游水資源開發(fā)利用和水生態(tài)健康維持、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 " 材料與方法

1.1 " 研究區(qū)概況

白龍江是長江支流嘉陵江的最大支流，白龍江流域甘肅段位于甘肅省東南部（圖1），流經(jīng)甘肅省的迭部縣、舟曲縣、文縣、宕昌縣和武都區(qū)，在甘肅境內(nèi)流域面積為27 391 km2，占白龍江流域總面積的83%。降水主要集中在5-10月，年降水量為500～900 mm，年均氣溫為6～15℃，多年平均蒸發(fā)量為1 972.5 mm，處于亞熱帶與暖溫帶的過渡區(qū)域，氣候垂直差異性明顯。流域內(nèi)山脈和溝壑縱橫交錯(cuò)，地質(zhì)構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，地勢險(xiǎn)要，河道穿行于山區(qū)峽谷。該區(qū)域比其他地方更易發(fā)生山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的一個(gè)重要原因是區(qū)域內(nèi)大部分坡體不穩(wěn)固且河谷中常有淤積物質(zhì)，其中，2010年8月7日發(fā)生的特大山洪泥石流災(zāi)害，泥石流堵塞河道形成堰塞湖，舟曲縣城被淹28 d，死亡和失蹤人數(shù)1 765人，是我國發(fā)生災(zāi)情最為嚴(yán)重的一次山洪泥石流。白龍江干流上的舟曲水文站是國家重要水文站，舟曲水文站是由立節(jié)水文站下遷并更名而設(shè)的觀測站。

1.2 " 資料來源與處理

由于舟曲水文站1993年設(shè)立站點(diǎn)，收集實(shí)測徑流數(shù)據(jù)系列僅為1995-2021年，為了使研究序列長度滿足“三性”審查，選取氣候和下墊面條件與舟曲水文站具有相似性的立節(jié)水文站，對(duì)舟曲水文站研究尺度進(jìn)行延長。立節(jié)水文站和舟曲水文站均位于白龍江上游，舟曲水文站系1993年由立節(jié)水文站下遷44 km更名而設(shè)立的，兩站同屬于舟曲縣境內(nèi)，氣候類型為暖溫帶氣候，地形是典型的隴南山地，屬高山深切峽谷地貌。根據(jù)水文相似理論以及水文現(xiàn)象的地區(qū)性，認(rèn)為鄰近流域的氣候特征和環(huán)境具有相似性（孫周亮等，2023），故立節(jié)水文站和舟曲水文站氣候和下墊面條件相似。立節(jié)水文站集水面積8 205 km2，舟曲水文站集水面積8 955 km2，流域面積變化了9.14%，滿足水文比擬法要求的面積變化20%誤差之內(nèi)。收集立節(jié)水文站1967-1994年的徑流數(shù)據(jù)，采用水文比擬法將立節(jié)水文站1967-1994年共28年的年徑流資料移置到舟曲水文站，使舟曲水文站具有長期徑流資料。根據(jù)水文比擬法公式：

QS/FS=QR/FR " " " " " " " " " " ①

式中：QS、QR為研究流域、參證流域的年徑流量，單位為億m3；FS、FR為研究流域、參證流域的流域面積，單位為km2。利用立節(jié)水文站徑流模數(shù)計(jì)算舟曲水文站1967-1994年的年徑流數(shù)據(jù)，得到舟曲水文站1967-2021年共55年的實(shí)測徑流資料。

1.3 " 徑流年際變化

1.3.1 " 累積距平曲線法 " 累積距平曲線法可以用來分析水文要素變化的趨勢性和階段性，累積距平曲線又稱為差積曲線，是根據(jù)所繪制的曲線趨勢變化情況判定其變化趨勢的一種直觀方法。將n個(gè)時(shí)刻的距平值算出后累積相加得到累積距平值，即可繪制累積距平曲線進(jìn)行時(shí)間序列上水文要素的趨勢分析（商沙沙等，2018）。

[Ri=in（Ri?R）] " " " " " " " " " " " " " " " " " "②

式中：[Ri]為第i年的徑流累積距平值，[Ri]為第i年的徑流量，[R]為多年平均徑流量，單位均為億m3。

1.3.2 " 線性傾向估計(jì)法 " 線性傾向估計(jì)主要是用最小二乘法的原理建立2個(gè)變量之間的一元線性回歸模型，對(duì)回歸系數(shù)k和回歸常數(shù)b進(jìn)行估計(jì)（牛最榮等，2012；李政等，2018）。

r = b+kt " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "③

式中：r為水文要素估計(jì)預(yù)測值；t為時(shí)間；b為回歸常數(shù)；k為回歸系數(shù)，k值的幅度就是序列升降的速率，當(dāng)kgt;0時(shí)，說明r隨著t的增加而增加，當(dāng)klt;0時(shí)，說明r隨著t的增加而減少。

1.3.3 " R/S分析法 " R/S分析法（重標(biāo)極差分析法）是由著名水文學(xué)家Hurst于1995年首先提出，該方法主要用Hurst指數(shù)表征和描述水文序列的持續(xù)性，基本原理如下（劉曉清等，2019；Xu et al，2023）：

對(duì)于一個(gè)非隨機(jī)水文序列，首先應(yīng)該滿足：

[Rh/Sh=ahH] " " " " " " " " " " " " " " " " " ④

式中：[Rh/Sh]為重標(biāo)極差；h為增量區(qū)間長度；a為常數(shù)；H為Hurst指數(shù)，其過程為：

首先，將觀測N次的徑流序列[xt]等分成長度h的M個(gè)連續(xù)子序列，各個(gè)子序列記為[Dm]，對(duì)應(yīng)元素為[xk，m]，求[Dm]均值[xm]。

其次，計(jì)算[Dm]的累積離差[Xk，m]：

[Xk，m=k=1mxk，m?xm] " " " " " " " " " " " " " " " "⑤

接著根據(jù)以上公式結(jié)果計(jì)算[Dm]的重標(biāo)極差：

[R/Sm=Rm/Sm] " " " " " " " " " " " " " " " " " "⑥

對(duì)于每一個(gè)子序列重復(fù)以上步驟，可得到整個(gè)序列的重標(biāo)極差。

[R/Sh=1Mm=1MR/Sm] " " " " " " " " " " " " " " " "⑦

不斷增大h，直到滿足h=N/3，最后得到[xt]的重標(biāo)極差系列，并且滿足公式④，對(duì)公式④兩邊取對(duì)數(shù)可得Hurst指數(shù)：

[lnR/Sh=Hlna+Hlnh] " " " " " " " " " " " " " " " "⑧

Hurst指數(shù)的H值一般為0～1：當(dāng)0lt;Hlt;0.5，序列未來變化趨勢與過去變化趨勢相反，具有反持續(xù)性；當(dāng)0.5lt;Hlt;1，序列未來變化趨勢與過去變化趨勢相同，具有持續(xù)性；當(dāng)H=0.5，該序列具有一定隨機(jī)性，服從布朗運(yùn)動(dòng)。

1.3.4 " Mann-Kendall檢驗(yàn)法 " Mann-Kendall檢驗(yàn)法最初是由曼（Mann H.B.）和肯德爾（Kendall M.G.）提出并發(fā)展起來的，可以分析序列的變化趨勢。在使用過程中發(fā)現(xiàn)單個(gè)突出異常值不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，對(duì)于時(shí)間序列變化特點(diǎn)、趨勢的反映比較友好，所以應(yīng)用廣泛。Mann-Kendall方法根據(jù)最后得到的UB序列和UF序列的不同，決定了該流域突變的發(fā)生時(shí)間，計(jì)算如下（劉爽爽等，2020；Mallick et al，2020）：

構(gòu)造一個(gè)秩序列，該時(shí)間序列X具有n個(gè)樣本數(shù)量：

[sk=i=1kriri=0，xi≤xj1，xigt;xj] " "j =1，2，…，i " " " " " " " " " " " " " " " ⑨

假設(shè)時(shí)間序列的隨機(jī)獨(dú)立性，界定統(tǒng)計(jì)量UF（FU，k）：

[FU，k=sk?E（sk）V（sk）] " "k =1，2，…，n " " "⑩

在X1，X2，X3，…，Xn相互獨(dú)立時(shí)：

[Esk=n（n?1）4]，[ Vsk=n（n?1）（2n+5）72] ?

式中：[Esk]、[Vsk]是累計(jì)數(shù)Sk的均值和方差，UF是一個(gè)由X1，X2，X3，…，Xn組成的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，然后對(duì)Xn，Xn-1，…，X1進(jìn)行逆序，重復(fù)上述過程，將其反演成序列UB。

UFgt;0表示該序列在升高，UFlt;0表示該序列在降低，當(dāng)它們超過臨界置信水平直線時(shí)，趨勢顯著，當(dāng)UF曲線與UB曲線發(fā)生相交，且兩線的交點(diǎn)在臨界線之間，則該相交的時(shí)間為突變發(fā)生的時(shí)間。

1.4 " 生態(tài)流量

1.4.1 " 最?。ù螅┥鷳B(tài)流量 " 最小生態(tài)流量是指在人類活動(dòng)影響下能夠滿足河流中水生生物生存條件且生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定的最小流量，河流為保證生態(tài)系統(tǒng)的良好穩(wěn)定性而容納的最大水量為最大生態(tài)流量，采用逐月次最?。ù螅┲捣ê皖l率排位法計(jì)算（李捷等，2007；陸建宇等，2015）。本文采用逐月次最?。ù螅┲捣ㄓ?jì)算最?。ù螅┥鷳B(tài)流量是為了降低極端徑流數(shù)據(jù)的干擾，頻率排位法是通過計(jì)算90%（10%）保證率下的月流量值為最?。ù螅┥鷳B(tài)流量。

1.4.2 " 適宜生態(tài)流量 " 適宜生態(tài)流量是指河流中生物和生態(tài)環(huán)境處于良好狀態(tài)下的水量，采用逐月頻率法計(jì)算。新逐月頻率法是以50%保證率下的生態(tài)流量值作為適宜生態(tài)流量（張強(qiáng)等，2010；謝洪等，2017）。

1.4.3 " Tennant法 " Tennant法是一種主要用于計(jì)算河流生態(tài)流量及其合理性評(píng)價(jià)的水文學(xué)方法（周光濤，2018；韓松等，2020）。該法將不同生態(tài)流量下的生態(tài)狀況劃分8個(gè)等級(jí)，其評(píng)價(jià)結(jié)果及對(duì)應(yīng)的平均流量百分比見表1。

2 " 結(jié)果與分析

2.1 " 舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后徑流量年際變化

2.1.1 " 趨勢性分析 " 圖2是白龍江舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后年徑流量趨勢分析，舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前（1967-2009年），白龍江舟曲段年徑流量總體以-0.250億m3/a的速率顯著減小，多年平均徑流量為24.77億m3。舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后（2010-2021年），白龍江舟曲段年徑流量總體以0.685億m3/a的速率不顯著增加，多年平均徑流量為27.05億m3。由圖2-b累積距平曲線可知，舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前，年徑流量呈減少-增加-波動(dòng)-減少多階段的變化過程；舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后，2010-2021年曲線幅度呈上下波動(dòng)變化，累積距平值逐漸由負(fù)值向正值變化，年徑流量變化總體呈增加趨勢，年徑流量增多使年徑流量相較于泥石流發(fā)生前的減小變化呈現(xiàn)出平均狀態(tài)。

由圖3可知，舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前，春、夏、秋、冬季徑流量分別以-0.042億、-0.097億、-0.100億和-0.010億m3/a的速率顯著減小，多年平均徑流量分別為4.20億、9.35億、8.08億和2.69億m3。舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后，春、夏、秋、冬季徑流量分別以0.166億、0.187億、0.259億和0.062億m3/a的速率不顯著增加，多年平均徑流量分別為4.53億、10.42億、8.47億和3.14億m3。通過累積距平曲線（圖4）可知，舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前，夏季和秋季徑流量都經(jīng)歷了增加和減少2個(gè)階段，春季和冬季徑流量變化不大，階段性不強(qiáng)；舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后，夏季徑流量經(jīng)歷了增加-減少-增加3個(gè)階段，春、秋、冬季徑流量波動(dòng)變化，都有不同程度增加或減少，增減階段性不強(qiáng)。

2.1.2 " 持續(xù)性分析 " 為了研究白龍江舟曲特大山洪泥石流對(duì)徑流量的影響，用R/S分析法分析白龍江舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前徑流量變化的持續(xù)性。由圖5和圖6可知，舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前（1967-2009年），白龍江舟曲段年徑流量的Hurst指數(shù)為0.71，春、夏、秋、冬季徑流量的Hurst指數(shù)分別為0.66、0.72、0.77、0.61，年徑流量和春、夏、秋季徑流量的Hurst指數(shù)均大于0.65，表現(xiàn)出強(qiáng)的正持續(xù)性，冬季徑流量的Hurst指數(shù)大于0.5，表現(xiàn)出弱的正持續(xù)性。以上表明2010年后白龍江舟曲段年徑流量和春、夏、秋、冬季徑流量將與舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前的變化趨勢一致，繼續(xù)保持減少趨勢。

2.1.3 " 突變性分析 " 由圖7可知，年徑流量Mann-Kendall突變檢驗(yàn)的UF和UB曲線相交于1968、1972和1986年，且交點(diǎn)均在置信水平0.05相應(yīng)的置信區(qū)間[-1.96，1.96]，年徑流量突變不顯著，結(jié)合圖2-b年徑流量累積距平曲線，可進(jìn)一步確定舟曲水文站年徑流量突變年份為1986年。由圖8可知，對(duì)于春季徑流量，UF和UB曲線交于1968年，且在置信區(qū)間內(nèi)，故春季徑流突變年份為1968年，春季徑流突變不顯著。夏季徑流量UF和UB曲線有多個(gè)交點(diǎn)，結(jié)合圖4夏季徑流量累積距平曲線確定突變年份為1994年。秋季徑流量UF和UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)有多個(gè)交點(diǎn)，結(jié)合圖4得出秋季徑流量突變年份為1985年。對(duì)于冬季徑流量，UF和UB曲線在2018年相交，交點(diǎn)在置信區(qū)間內(nèi)，突變年份為2018年。由表2可知，年徑流量和春、夏、秋季徑流量突變時(shí)間均發(fā)生在舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前，均經(jīng)歷了由多到少的突變，而冬季徑流量突變發(fā)生在舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后，經(jīng)歷了由少到多的突變。

2.2 " 舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后生態(tài)流量

2.2.1 " 最小生態(tài)流量 " 基于逐月次最小值法和頻率排位法（90%）計(jì)算得到舟曲水文站最小生態(tài)流量過程（圖9）。舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前（圖9-a），逐月次最小值法和頻率排位法計(jì)算的舟曲水文站斷面處河流的最小生態(tài)流量分別為41.43和47.65 m3/s。舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后（圖9-b），逐月次最小值法和頻率排位法計(jì)算的舟曲水文站斷面處河流的最小生態(tài)流量分別為56.92和52.65 m3/s。

2.2.2 " 最大生態(tài)流量 " 基于逐月次最大值法和頻率排位法（10%）計(jì)算得到舟曲水文站最大生態(tài)流量過程（圖10）。舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前（圖10-a），逐月次最大值法和頻率排位法計(jì)算的舟曲水文站斷面處河流的最大生態(tài)流量分別為133.30和114.36 m3/s。舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后（圖10-b），逐月次最大值法和頻率排位法計(jì)算的舟曲水文站斷面處河流的最大生態(tài)流量分別為123.50和141.92 m3/s。

2.2.3 " 適宜生態(tài)流量 " 采用逐月頻率法計(jì)算得到舟曲水文站適宜生態(tài)流量（圖11）。舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前，適宜生態(tài)流量在7月達(dá)到最大，2月最小。舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后，適宜生態(tài)流量在9月達(dá)到最大，3月最小。舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后，白龍江舟曲段適宜生態(tài)流量分別為72.87和80.92 m3/s。

2.2.4 " Tennant法評(píng)價(jià) " 基于水文學(xué)中的Tennant法對(duì)舟曲水文站最小、最大和適宜生態(tài)流量的評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。由表3可知：（1）對(duì)于最小生態(tài)流量，頻率排位法的計(jì)算值優(yōu)于逐月次最小值法，其計(jì)算值在顯著提高水生生物基本生命特征所需最小水量的底限、賦予各月生態(tài)流量一定保證率的同時(shí)，使得枯水期水量稍大于其月次最小值，增強(qiáng)了枯水期河湖稀釋污染物的自凈能力，這對(duì)維持河流健康和穩(wěn)定是有利的，因此，頻率排位法得到的2010年前后舟曲水文站最小生態(tài)流量分別為47.65和52.65 m3/s；（2）對(duì)于最大生態(tài)流量，相較于逐月次最大值法，頻率排位法的計(jì)算值偏小，這可在一定程度上降低采用極端年份的極端值作為最大生態(tài)流量給河流生態(tài)系統(tǒng)及水生生物安全生長的不利風(fēng)險(xiǎn)，因此，2010年前后舟曲水文站最大生態(tài)流量分別為114.36和141.36 m3/s；（3）2010年前后適宜生態(tài)流量分別為72.87和80.92 m3/s，適宜生態(tài)流量基本處于Tennant法中對(duì)生態(tài)有利程度為“最佳”至“最大”的流量范圍內(nèi)，在枯水期有利于維持與保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)。由此可知，本文計(jì)算得出的最小生態(tài)流量和適宜生態(tài)流量對(duì)白龍江上游的水生態(tài)保護(hù)是較為有利的。

舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前，有9.30%月份的徑流量小于最小生態(tài)流量，可見大部分月份內(nèi)河流水生態(tài)處于相對(duì)有利的流量條件下。最小生態(tài)流量在汛期（5-10月）的平均流量占同期多年平均流量的比例為52.38%～59.84%，Tennant法評(píng)價(jià)結(jié)果為“好”，水生態(tài)狀況良好。最小生態(tài)流量在11月-次年4月的平均流量占同期多年平均流量的比例為68.44%～83.49%，Tennant法評(píng)價(jià)結(jié)果為“最佳”，水生態(tài)狀況很好；舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后，有8.30%月份的徑流量小于最小生態(tài)流量，絕大部分月份內(nèi)河流處于水生態(tài)有利的流量條件下。最小生態(tài)流量在汛期的平均流量占同期多年平均流量的比例為51.32%～66.59%，Tennant法評(píng)價(jià)結(jié)果為“好”至“最佳”，水生態(tài)狀況較好。最小生態(tài)流量在11月-次年4月的平均流量占同期多年平均流量的比例為61.06%～72.52%，Tennant法評(píng)價(jià)結(jié)果為“最佳”，水生態(tài)狀況很好。

3 " 討論

（1）舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前，白龍江舟曲段年徑流量和四季徑流量的總體變化均呈顯著減小趨勢，這與各學(xué)者研究的白龍江與嘉陵江流域徑流量變化趨勢一致（姜彤等，2005；田黎明等，2012）。白龍江舟曲段徑流量減小主要受氣候變化和人類活動(dòng)的影響，IPCC第6次全球氣候變化報(bào)告中指出，地球氣候正經(jīng)歷以全球氣候變暖為主要特征的顯著變化（Arias et al， 2021），氣候變暖導(dǎo)致氣溫升高，1961-2010年白龍江上游年平均氣溫整體呈極顯著上升趨勢（張曉曉等，2015），氣溫主要通過影響蒸發(fā)量對(duì)徑流量產(chǎn)生間接影響，流域氣溫整體呈顯著上升趨勢，蒸發(fā)量增大，流域徑流量減?。话埥嫌螐搅髁恐饕越邓a(bǔ)給為主，多年來，白龍江上游降水量呈減小趨勢，降水量減小導(dǎo)致徑流量減小。人類活動(dòng)對(duì)白龍江上游徑流量產(chǎn)生的影響主要有2個(gè)方面：一方面，白龍江上游實(shí)施的天然林保護(hù)工程和水土保持治理措施，提高了水源涵養(yǎng)能力，減少了水土流失的同時(shí)也減少了徑流量；另一方面，白龍江上游水電站的建設(shè)形成一定庫區(qū)，使得水面面積增大，水面蒸發(fā)增大，導(dǎo)致徑流量減少。

（2）舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后，冬季徑流量的增加與實(shí)施的災(zāi)后重建水利工程有關(guān)，白龍江上游修建的水電站時(shí)常進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整以滿足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，使得下泄流量發(fā)生變化，隨著上游水電站數(shù)量增多，枯水期下泄流量增大，出現(xiàn)冬季徑流量增加現(xiàn)象。此外，2010年以后，徑流量變化波動(dòng)性較大，年際變化大，先后出現(xiàn)了極大值和極小值，其原因應(yīng)該與舟曲特大山洪泥石流發(fā)生時(shí)流域下墊面條件的改變有關(guān)，也可能是區(qū)域氣候變化和人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果。自20世紀(jì)80年代中期以來，受全球氣候變化影響，西北干旱區(qū)極端降水事件發(fā)生強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和發(fā)生頻率均表現(xiàn)為增加趨勢（伊麗努爾·阿力甫江等，2015；張強(qiáng)等，2023）。其中甘肅省境內(nèi)白龍江上游一帶近10年來暴雨洪水頻發(fā)，2012-2014年連續(xù)3年出現(xiàn)超警洪水，2018-2020年又是連續(xù)3年出現(xiàn)超警流量，2020年8月18日的徑流量922 m3/s為白龍江舟曲段有水文監(jiān)測資料以來最大流量，接近百年一遇量級(jí)（王巧娟，2021），這與本文得出的年徑流量極值出現(xiàn)在2020年結(jié)果一致，暴雨頻發(fā)導(dǎo)致近年來徑流量變化波動(dòng)性較大。水土保持和水利工程建設(shè)等人為活動(dòng)不斷改變著土地覆被狀況，影響著流域徑流量的變化，具體原因還需在以后進(jìn)行深入研究。徑流量年際變化大，豐枯季節(jié)變化明顯，有助于流域水生生物完成不同的生命周期，對(duì)白龍江上游的水生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義（陸建宇等，2020）。

（3）舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前，1967-2009年的年徑流量和四季徑流量的變化均為顯著減小趨勢，通過持續(xù)性分析，發(fā)現(xiàn)年徑流量和四季徑流量均表現(xiàn)出正持續(xù)性，說明下一時(shí)段（2010-2021年）年徑流量和四季徑流量的變化趨勢與過去時(shí)段（1967-2009年）相同，將呈持續(xù)減小趨勢；但2010-2021年實(shí)測徑流量分析結(jié)果與此相反，年徑流量和四季徑流量的變化均為增加趨勢，這可能與研究時(shí)間序列、氣候變化和人類活動(dòng)以及特大山洪泥石流的發(fā)生有很大關(guān)系。進(jìn)行徑流量突變性檢驗(yàn)時(shí)，采用Mann-Kendall檢驗(yàn)法和累積距平曲線相結(jié)合進(jìn)一步對(duì)白龍江舟曲段徑流突變點(diǎn)識(shí)別，發(fā)現(xiàn)年徑流量在1986年經(jīng)歷了由多到少的突變，發(fā)生突變的時(shí)間與其他學(xué)者研究的有所不同（路賀，2019），主要是因?yàn)楦餮芯坎捎玫膹搅飨盗虚L短不一和突變分析方法不同所致。徑流量突變是自然因素與人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果，20世紀(jì)70年代以前，氣候變化是影響白龍江中上游徑流變化的主要因素，70年代以后，人類活動(dòng)對(duì)徑流變化的影響程度逐漸增加（馬亞麗等，2022），由此推測出白龍江舟曲段年徑流量產(chǎn)生突變的主要驅(qū)動(dòng)力是人類活動(dòng)。

（4）本文計(jì)算得出的最小生態(tài)流量和適宜生態(tài)流量對(duì)白龍江舟曲段的水生態(tài)保護(hù)是有利的，適宜生態(tài)流量比最小生態(tài)流量對(duì)白龍江舟曲段的生態(tài)保護(hù)更有利，最小生態(tài)流量和最大生態(tài)流量都只是提出了一個(gè)界限，這種極限水平不應(yīng)長期維持，否則不利于白龍江上游的水生態(tài)保護(hù)。通過逐月次最小（大）值法和頻率排位法計(jì)算舟曲水文站最?。ù螅┥鷳B(tài)流量，發(fā)現(xiàn)頻率排位法的計(jì)算結(jié)果優(yōu)于逐月次最?。ù螅┲捣?，說明頻率排位法更適合白龍江舟曲段的生態(tài)流量計(jì)算。白龍江舟曲段有近50%年份河流生態(tài)流量為適宜生態(tài)流量，為滿足流域河流適宜生態(tài)流量的要求，建議在今后來水量相對(duì)較少的時(shí)段，應(yīng)減少河道外用水，增加河道內(nèi)的生態(tài)用水，以進(jìn)一步改善河流水生態(tài)質(zhì)量。

4 " 結(jié)論

（1）白龍江舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后年和四季徑流量的變化趨勢不一致，舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前，白龍江舟曲段年和四季徑流量的變化均為顯著減小趨勢，舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后，白龍江舟曲段年和四季徑流量的變化均為不顯著增加趨勢，且2010年舟曲特大山洪泥石流發(fā)生后年徑流量和四季徑流量的多年平均值均大于泥石流發(fā)生前的多年平均徑流量。

（2）由Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)年徑流量和四季徑流量均發(fā)生突變，其中，年徑流量突變發(fā)生在1986年，春、夏、秋、冬季徑流量發(fā)生突變的年份分別為1968年、1994年、1985年和2018年。。

（3）2010年前后舟曲水文站最小生態(tài)流量分別為47.65和52.65 m3/s，2010年前后分別有9.30%和8.30%月份的徑流量小于最小生態(tài)流量，2010年前后適宜生態(tài)流量分別為72.87和80.92 m3/s，適宜生態(tài)流量基本處于Tennant法中對(duì)生態(tài)有利程度為“最佳”至“最大”的流量范圍內(nèi)。

（4）舟曲特大山洪泥石流發(fā)生前后非汛期最小生態(tài)流量的Tennant法評(píng)價(jià)結(jié)果均為“最佳”，水生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)為很好狀況，汛期最小生態(tài)流量在2010年以前評(píng)價(jià)結(jié)果呈“好”至“很好”狀況，且次最小值法的評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)“一般”狀況，2010年以后呈“好”至“最佳”狀態(tài)，總體來看，水生態(tài)狀況變化呈正向發(fā)展。

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（責(zé)任編輯 " 熊美華）

Impact of Catastrophic Zhouqu Debris Flow on Runoff

and Ecological Flow in Bailong River

ZHANG Su‐na1， CHEN Xue‐lin2， NIU Zui‐rong1， SONG Ai‐ying3， JIA Ling1， TONG Guang‐ze1

（1. College of Water Resources and Hydropower Engineering， Gansu Agricultural University，

Lanzhou " 730070， P.R. China；

2. Longnan Hydrological Station of Gansu Province， Longnan " 742500，P.R. China；

3. Zhangye Hydrological Station of Gansu Province， Zhangye " 734000，P.R. China）

Abstract：The study of changing runoff patterns and the evaluation of river water quality are important for water resource development and use， water resource planning， and the protection of aquatic ecology in the Bailong River basin. In this study， we analyzed changes in runoff in the Zhouqu section of Bailong River from 1967 to 2021， calculated the ecological flow of the river and evaluated the extent to which ecological flow had been maintained. The study was based on runoff data collected at the Zhouqu Hydrological Station during the period 1967-2021. The period was divided into two portions， 1967-2009 and 2010-2021， before and after the catastrophic Zhouqu debris flow in Bailong River in August 2010. Rescaled range analysis （R/S） and the cumulative anomaly curve were used to analyze changes in runoff in the Zhouqu section， and the Tennant method was used to calculate the ecological flow. Results show that both average annual and seasonal runoff were larger after the catastrophic debris flow than before the debris flow. From 1967 to 2009， both annual and seasonal runoff in the Zhouqu section decreased significantly， with an annual decrease of 25.0 million m3/a and seasonal decreases for spring， summer， autumn and winter of -4.2 million m3/a， -9.7 million m3/a， -10.0 million m3/a and -1.0 million m3/a， respectively. From 2010 to 2021， annual and seasonal runoff increased， but not significantly， with an annual increase of 68.5 million m3/a and seasonal increases for spring， summer， autumn and winter of 16.6 million m3/a， 18.7 million m3/a， 25.9 million m3/a and 6.2 million m3/a. After the Zhouqu catastrophic debris flow， runoff fluctuated significantly and extreme values were observed. Before the debris flow， the runoff in 9.30% of months was lower than the ecological flow and decreased to 8.30% of months after the disaster. The Tennant method indicated a positive change in aquatic ecological conditions after the Zhouqu catastrophic debris flow. These findings help to comprehensively understand the annual and seasonal variations in runoff and the aquatic ecological condition in the Zhouqu section of Bailong River， provide a reference for water resource planning and management， and support efforts to protect the upper Bailong River.

Key words：runoff; R/S analysis; minimum ecological flow; Tennant method; Zhouqu catastrophic debris flow