嘉陵江流域旱澇急轉(zhuǎn)演變規(guī)律及其對徑流影響研究

摘要：針對氣象旱澇轉(zhuǎn)換對流域徑流影響的問題，基于嘉陵江流域逐日降水量和流量數(shù)據(jù)，采用長、短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)方法，揭示了旱澇急轉(zhuǎn)時空分布特征與演變規(guī)律，定量評估了徑流變化對不同旱澇急轉(zhuǎn)類型的響應(yīng)程度。結(jié)果表明：1977～2022年，嘉陵江流域共發(fā)生了8次汛期旱澇急轉(zhuǎn)事件，其中6次發(fā)生在2004年及之后；空間上，南部、中部以及西北部地區(qū)發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的頻率較大，在17%以上；在月尺度上，6～7月發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的頻率最大，超過了20%。當(dāng)汛期發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱時，北碚、羅渡溪、武勝以及小河壩等站的前半汛期流量相比常年平均增長了57.52%，38.74%，85.50%和99.73%，后半汛期流量相對常年平均偏低了20.82%，49.83%，22.64%和14.53%；而在旱轉(zhuǎn)澇影響下，上述站點(diǎn)前半汛期流量較常年平均減少了31.17%，45.77%，28.83%和26.16%，后半汛期流量較常年分別增長了31.45%，47.17%，24.31%和3.27%；月尺度上也表現(xiàn)出相似規(guī)律，表明旱澇急轉(zhuǎn)對嘉陵江徑流有著顯著影響。研究成果可為梯級水庫科學(xué)調(diào)度、流域水安全保障提供參考。

關(guān) 鍵 詞：旱澇急轉(zhuǎn)； 徑流變化； 時空分布； 嘉陵江流域

中圖法分類號： TV12；P426.616

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.09.018

0 引 言

隨著全球氣候變暖不斷加劇，干旱、洪澇等自然災(zāi)害交替出現(xiàn)且愈發(fā)頻繁［1］，發(fā)展形成了旱澇急轉(zhuǎn)極端氣候事件。短時間內(nèi)旱、澇狀態(tài)的快速轉(zhuǎn)變，給水文氣象精準(zhǔn)預(yù)測帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，極大增大了地區(qū)水行政主管部門應(yīng)對極端氣候事件的協(xié)同難度，給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚a(chǎn)生活造成了嚴(yán)重影響［2-4］。長江流域分布有以三峽水庫為核心的梯級水庫群，又是旱澇急轉(zhuǎn)易發(fā)區(qū)域，科學(xué)認(rèn)識旱澇急轉(zhuǎn)的形成機(jī)理，定量識別旱澇事件交替演變特征，精準(zhǔn)剖析旱澇急轉(zhuǎn)環(huán)境對長江流域徑流的影響規(guī)律，對指導(dǎo)梯級水庫科學(xué)調(diào)度運(yùn)營、保障全流域水安全具有重要意義［5-7］。

目前，專家學(xué)者針對長江流域的旱澇轉(zhuǎn)化特征及其演變規(guī)律做了一些研究，得到了一些規(guī)律性認(rèn)識。研究表明，長江上游流域發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的頻率較低，中下游頻率則偏高，近年來長江流域大部地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率呈現(xiàn)上升趨勢［8］。長江中下游流域發(fā)生的旱澇急轉(zhuǎn)以澇轉(zhuǎn)旱類型為主，但發(fā)生頻次在不斷減小，旱轉(zhuǎn)澇事件頻次有輕微增加的趨勢；空間上，長江中下游北岸多發(fā)生旱轉(zhuǎn)澇事件，南岸則多發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱事件［7］。此外，學(xué)者們也對淮海流域［9-12］、珠江流域［13-14］、華南地區(qū)［15］、兩湖地區(qū)［16-18］以及西南地區(qū)［19-20］等地做過類似研究。所采用的方法大多是構(gòu)建特定的表征指標(biāo)，常見的比如長、短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)［21］；也有學(xué)者采用了其他水文氣象特征指標(biāo)，比如標(biāo)準(zhǔn)化加權(quán)平均降水指數(shù)SWAP［22］、自校準(zhǔn)帕默爾干旱指數(shù)scPDSI［23］等；還有學(xué)者針對傳統(tǒng)旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)存在的錯漏判問題，對其進(jìn)行改進(jìn)，例如涂新軍等［24］提出的標(biāo)準(zhǔn)化旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)（SDWAI）、閃麗潔等［25］提出的日尺度旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)（DWAAI）。

可見，旱澇急轉(zhuǎn)表征指數(shù)經(jīng)過不斷的運(yùn)用和完善，已成為旱澇急轉(zhuǎn)領(lǐng)域的重要研究方法［26］。然而，旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)一般是基于降水量［27-28］或者徑流量［29］數(shù)據(jù)計算得到，基于降水的指數(shù)表征的是氣象旱澇狀態(tài)的變化，基于徑流的指數(shù)展現(xiàn)的則是水文旱澇狀態(tài)的改變，鮮有關(guān)于氣象旱澇急轉(zhuǎn)對流域徑流演變影響的研究。對此，本文選取長江上游嘉陵江流域?yàn)檠芯勘尘?，重點(diǎn)研究徑流對氣象旱澇急轉(zhuǎn)變化條件的響應(yīng)規(guī)律與程度，對于有效識別旱澇急轉(zhuǎn)極端環(huán)境對流域產(chǎn)匯流過程的影響機(jī)制，精細(xì)化指導(dǎo)流域骨干水工程群聯(lián)合調(diào)度，積極應(yīng)對不利天氣，促進(jìn)水資源高效綜合利用，具有重要的科學(xué)意義和參考價值。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

嘉陵江系長江上游主要支流，其徑流變化對長江來水有著非常重要的影響［30］，因此選取嘉陵江流域?yàn)檠芯繀^(qū)域。嘉陵江流域面積約為16萬km2，地理位置大致位于東經(jīng)102°30′～109°00′，北緯29°40′～34°30′，流域大部屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量約為800～1 000 mm。在實(shí)際水文預(yù)報生產(chǎn)中，一般將嘉陵江流域劃分為涪江流域、嘉陵江干流區(qū)域以及渠江流域等3個二級流域，其控制性水文站點(diǎn)分別為小河壩站、武勝站以及羅渡溪站，整個嘉陵江流域的控制站點(diǎn)為北碚站，4個站點(diǎn)逐日流量數(shù)據(jù)由長江電力提供。氣象數(shù)據(jù)取自嘉陵江流域及周邊的30個國家級氣象站點(diǎn)，下載自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，時間范圍為1977～2022年。嘉陵江流域地理位置及關(guān)鍵水文氣象站點(diǎn)分布具體如圖1所示。

1.2 旱澇急轉(zhuǎn)評估方法

1.2.1 旱澇急轉(zhuǎn)定義

旱澇急轉(zhuǎn)分為旱轉(zhuǎn)澇 （drought to flood，DTF） 和澇轉(zhuǎn)旱 （flood to drought，F(xiàn)TD） 兩種類型，指的是在較短時間內(nèi)，旱和澇兩類事件交替出現(xiàn)，且前后兩種不同狀態(tài)之間快速轉(zhuǎn)變的過程。該定義強(qiáng)調(diào)了兩方面特征：① 旱和澇存在時間發(fā)展順序上的轉(zhuǎn)換，相鄰兩個時段的旱澇狀態(tài)必須是一個旱、一個澇；② 旱澇狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的歷時短、強(qiáng)度大。

1.2.2 旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)方法

本文采用旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)（drought-flood abrupt alternation index，DFAI）方法來識別旱澇急轉(zhuǎn)事件。根據(jù)所選時間尺度的不同，可分為長周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)（LDFAI）和短周期旱澇急轉(zhuǎn)指數(shù)（SDFAI），分別如式（1）和式（2）所示。

LDFAI=（Paft-Pbef）（Paft+Pbef）×1.8-Paft+Pbef

（1）

SDFAI=（Pi+1-Pi）（Pi+1+Pi）×3.2-Pi+1+Pi

（2）

式中：Pbef為前半汛期的標(biāo)準(zhǔn)化降水量［31］；Paft為后半汛期的標(biāo)準(zhǔn)化降水量；Pi和Pi+1分別表示第i月和第 i+1 月的標(biāo)準(zhǔn)化降水量。

LDFAI通常用于汛期旱澇急轉(zhuǎn)的定量研究，SDFAI則主要用于月尺度的旱澇急轉(zhuǎn)研究。當(dāng)某時段的標(biāo)準(zhǔn)化降水量大于或等于0.5時，認(rèn)為該時段處于澇的狀態(tài)；相應(yīng)地，當(dāng)某時段的標(biāo)準(zhǔn)化降水量小于或等于-0.5時，認(rèn)為該時段處于旱的狀態(tài)；當(dāng)某時段的標(biāo)準(zhǔn)化降水量介于-0.5和0.5之間時，認(rèn)為該時段屬于正常狀態(tài)。

當(dāng)利用DFAI進(jìn)行旱澇急轉(zhuǎn)識別時，一般將DFAI≥1的時段判定為發(fā)生了旱轉(zhuǎn)澇事件，將DFAI≤-1的時段判定為發(fā)生了澇轉(zhuǎn)旱事件。需要特別注意的是，當(dāng)相鄰的兩個時段均處于非旱（Pi＞-0.5∩Pi+1＞-0.5）或者非澇（Pi＜0.5∩Pi+1＜0.5）狀態(tài)時，盡管出現(xiàn)DFAI≥1或DFAI≤-1，也不能判定發(fā)生了旱澇急轉(zhuǎn)事件，因?yàn)榇藭r并不存在旱和澇兩種狀態(tài)，不滿足旱澇急轉(zhuǎn)的定義。此時，將DFAI賦值為0.99或-0.99，以便于后續(xù)的統(tǒng)計分析。

1.2.3 旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率與強(qiáng)度

分別采用旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率（frequency of drought-flood abrupt alternation，F(xiàn)DFA）和急轉(zhuǎn)強(qiáng)度（intensity of drought-flood abrupt alternation，IDFA）來描述旱澇急轉(zhuǎn)事件發(fā)生的頻繁程度和影響的嚴(yán)重程度，其計算公式如下。

FDFA=nN

（3）

IDFA=ni=1DFAIin

（4）

式中：FDFA為旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率；n為發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)事件的次數(shù)；N為總時段數(shù)，本文研究時段為1977～2022年，故N取46；IDFA為急轉(zhuǎn)強(qiáng)度；i為第i場旱澇急轉(zhuǎn)事件。

在獲取DFAI序列后，分別采用線性回歸和小波分析周期檢驗(yàn)法對其趨勢性和周期性進(jìn)行檢測，分析地區(qū)旱澇急轉(zhuǎn)演變規(guī)律和時空分布特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 旱澇急轉(zhuǎn)時間演變過程

2.1.1 汛期尺度

基于嘉陵江流域及其周邊30個國家級氣象站點(diǎn)的逐日降水量數(shù)據(jù)，采用泰森多邊形方法，得到了嘉陵江流域1977～2022年汛期（6～9月）的降水量過程。將6月和7月作為前半汛期、8月和9月作為后半汛期，根據(jù)式（1）計算LDFAI。結(jié)果表明：1977～2022年的汛期內(nèi)，嘉陵江流域發(fā)生過8次旱澇急轉(zhuǎn)事件，其中4次為澇轉(zhuǎn)旱事件，分別發(fā)生于1990、2007、2013年以及2018年，平均急轉(zhuǎn)強(qiáng)度為3.21；其余4次為旱轉(zhuǎn)澇事件，分別出現(xiàn)在1985、2008、2009年以及2014年，平均急轉(zhuǎn)強(qiáng)度為2.71。可見，嘉陵江流域汛期發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱事件的頻率與旱轉(zhuǎn)澇事件相同，但澇轉(zhuǎn)旱事件急轉(zhuǎn)強(qiáng)度略大。

基于線性回歸的結(jié)果顯示：LDFAI序列不存在顯著的變化趨勢，但年際間的波動幅度在2004年之后明顯增大。歷史上的8次旱澇急轉(zhuǎn)事件，有6次發(fā)生在2004年及之后，平均強(qiáng)度達(dá)到了3.43；2004年之前僅出現(xiàn)了2次旱澇急轉(zhuǎn)事件，平均急轉(zhuǎn)強(qiáng)度只有1.53，如圖2（a）所示。采用小波分析方法進(jìn)行周期性識別，結(jié)果如圖2（b）所示，白色實(shí)線區(qū)域?yàn)橹芷谧兓@著區(qū)域，顏色越接近紅色表示能量越強(qiáng)，顏色越接近藍(lán)色表示能量越弱。結(jié)果表明：嘉陵江流域汛期旱澇急轉(zhuǎn)事件在2004年之后表現(xiàn)出較強(qiáng)的周期性特征，延續(xù)到2018年左右，以2～3 a為第一主周期，5～6 a為第二主周期。圖2（c）顯示出平均小波功率存在兩個明顯的峰值，第一峰值對應(yīng)2～3 a周期，第二峰值對應(yīng)5～6 a周期，其結(jié)果與圖2（b）吻合。

2.1.2 月尺度

基于SDFAI指標(biāo)，對嘉陵江流域月際旱澇急轉(zhuǎn)事件進(jìn)行了識別。由圖3（a）可知，1977～2022年，4～5月和6～7月發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的頻率最大，均達(dá)到28.26%；其次是5～6月，發(fā)生頻率為26.09%；接下來為9～10月和12月至次年1月，發(fā)生頻率為23.91%。如圖3（b）所示，從急轉(zhuǎn)強(qiáng)度看，排在前3位的分別是6～7月、12月至次年1月以及11～12月，平均急轉(zhuǎn)強(qiáng)度分別達(dá)到了4.20，3.09和2.91；6～7月澇轉(zhuǎn)旱的平均急轉(zhuǎn)強(qiáng)度最大，達(dá)到了7.85；對于旱轉(zhuǎn)澇事件，急轉(zhuǎn)強(qiáng)度最大的為4～5月，達(dá)到3.12。

接下來，選取發(fā)生頻率和急轉(zhuǎn)強(qiáng)度較大的關(guān)鍵月份，包括4～7月和9～10月，分析其趨勢性和周期性變化特征。圖4（a）顯示嘉陵江流域S45序列無顯著變化趨勢，但在2005年之后表現(xiàn)出4～10 a的主周期特征（圖4（b））。圖4（c）顯示出S56序列無顯著趨勢性變化，但周期性特征明顯，以2～3 a為第一主周期，自1980年代后期幾乎一直持續(xù)到現(xiàn)在（圖4（d））。

如圖4（e）所示，S67序列無顯著趨勢變化；由圖4（f）可知，S67序列自1990年代一直持續(xù)到2010年代末，表現(xiàn)出2～3 a的主周期特征。特別地，S910序列表現(xiàn)出顯著的增長趨勢，通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn)，表明從9～10月，嘉陵江流域發(fā)生旱轉(zhuǎn)澇的趨勢增強(qiáng)（圖4（g））。小波分析結(jié)果顯示：S910序列在1977～1985年間存在2～4 a的主周期，之后無顯著周期性變化（圖4（h））。

2.2 旱澇急轉(zhuǎn)空間分布特征

2.2.1 汛期旱澇急轉(zhuǎn)特征空間分布

基于反距離權(quán)重法，實(shí)現(xiàn)嘉陵江流域汛期旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率和急轉(zhuǎn)強(qiáng)度由站點(diǎn)向流域面的轉(zhuǎn)化，其空間分布分別如圖5和圖6所示。結(jié)果表明：嘉陵江流域南部遂寧市、合川區(qū)等地，中部廣元市、略陽縣以及西北部若爾蓋縣、松潘縣周邊區(qū)域旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率較大，均在17%以上；其中合川地區(qū)最大，發(fā)生頻率突破了21%，如圖5（a）所示。圖6（a）顯示平均急轉(zhuǎn)強(qiáng)度較大的地區(qū)集中在以閬中、巴中、達(dá)川以及廣元市等地為中心的嘉陵江流域中東部地區(qū)，平均急轉(zhuǎn)強(qiáng)度普遍超過了4.19，達(dá)川地區(qū)達(dá)到了5.01。

從不同旱澇急轉(zhuǎn)類型來看，廣元市等中部地區(qū)以發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱為主，發(fā)生頻率達(dá)到10.87%，如圖5（b）所示。澇轉(zhuǎn)旱強(qiáng)度最大的地區(qū)以萬源和達(dá)川市為中心，幾乎涵蓋了整個渠江流域，特別是萬源市，澇轉(zhuǎn)旱的平均強(qiáng)度達(dá)到了6.28，如圖6（b）所示。另一方面，鎮(zhèn)巴縣、略陽縣以及遂寧市等地以旱轉(zhuǎn)澇為主，如圖5（c）所示。最大旱轉(zhuǎn)澇強(qiáng)度出現(xiàn)在以閬中、巴中市為中心的中部地區(qū)，平均急轉(zhuǎn)強(qiáng)度達(dá)到了5.29～6.28，如圖6（c）所示。

2.2.2 月際間旱澇急轉(zhuǎn)特征空間分布

4～5月，達(dá)川市等東部地區(qū)和武都區(qū)等西北部地區(qū)發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的頻率最大，均以澇轉(zhuǎn)旱為主，如圖7（a）～（c）所示；但這些地區(qū)的急轉(zhuǎn)強(qiáng)度相對較小，反而是發(fā)生頻率較低的寧強(qiáng)縣急轉(zhuǎn)強(qiáng)度較大，特別是旱轉(zhuǎn)澇事件，急轉(zhuǎn)強(qiáng)度突破了6.39，如圖8（a）～（c）所示。

對比圖7（a）～（c）和圖7（d）～（f），可以看出，5～6月嘉陵江流域東部旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生的高頻區(qū)域范圍相比于4～5月有所擴(kuò)大，高頻中心變?yōu)榘椭惺小㈡?zhèn)巴縣以及萬源市，巴中市以旱轉(zhuǎn)澇類型為主，鎮(zhèn)巴縣和萬源市發(fā)生旱轉(zhuǎn)澇和澇轉(zhuǎn)旱的頻率相同；嘉陵江流域西北部旱澇急轉(zhuǎn)高頻地區(qū)南移。最大強(qiáng)度出現(xiàn)在嘉陵江流域的東北角，如圖8（d）～（f）所示。

6～7月，嘉陵江流域發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的高頻區(qū)域范圍在全流域延展，發(fā)展形成了萬源市、巴中市以及廣元市等多個中心，其中，萬源市和廣元市以澇轉(zhuǎn)旱為主，而巴中市則是旱轉(zhuǎn)澇事件的頻率略大，如圖7（g）～（i）所示。達(dá)川市、留壩縣以及寧強(qiáng)縣等地區(qū)的澇轉(zhuǎn)旱強(qiáng)度較大，達(dá)到了4.26～4.49，若爾蓋縣周邊、留壩縣以及廣元市等地區(qū)的旱轉(zhuǎn)澇強(qiáng)度較大，在3.90左右，如圖8（g）～（i）所示。

對于9～10月，以遂寧市為中心的西南部地區(qū)和若爾蓋縣、松潘縣等西部沿線地區(qū)發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的頻率較大，其中遂寧市以旱轉(zhuǎn)澇類型為主，高坪區(qū)、若爾蓋縣以及松潘縣等地則以澇轉(zhuǎn)旱為主，如圖7（j）～（l）所示。澇轉(zhuǎn)旱事件的平均急轉(zhuǎn)強(qiáng)度大于旱轉(zhuǎn)澇事件，特別是東南部的達(dá)川市，達(dá)川市的澇轉(zhuǎn)旱平均強(qiáng)度達(dá)到了4.78，旱轉(zhuǎn)澇的平均強(qiáng)度則為2.76，如圖8（j）～（l）所示。

2.3 旱澇急轉(zhuǎn)影響下汛期徑流演變規(guī)律

根據(jù)本文第1.2節(jié)的定義，選取DFAI值小于等于-1的年份作為發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱事件的典型年份，DFAI大于等于1的年份作為旱轉(zhuǎn)澇的典型年份。選取北碚、羅渡溪、武勝以及小河壩等代表性水文站點(diǎn)，分別代表整個嘉陵江流域、渠江流域、嘉陵江干流區(qū)域以及涪江流域的徑流，分析旱澇急轉(zhuǎn)對嘉陵江干支流徑流的影響，各水文站點(diǎn)徑流序列的時間范圍見表1。

2.3.1 嘉陵江全流域

統(tǒng)計結(jié)果顯示：1989～2022年，北碚站6～7月的多年平均流量（即研究時段內(nèi)逐日流量的平均值）為3 908 m3/s，8～9月的多年平均流量為3 761 m3/s，兩者相差不大，但在旱澇急轉(zhuǎn)的影響下會產(chǎn)生巨大變化，如圖9所示。

在澇轉(zhuǎn)旱發(fā)生的年份，北碚站6～7月的平均流量相比多年均值有大幅度增長，特別是2013年，6～7月平均流量達(dá)到7 499 m3/s，比同期多年均值高出了91.89%，平均增幅達(dá)到了57.52%；相應(yīng)地，8～9月平均流量相對于多年平均有所減小，平均減幅為20.82%，減小最明顯的是2018年，相比常年降低了31.22%。

在旱轉(zhuǎn)澇情景下，北碚站6～7月的平均流量較多年均值明顯降低，平均減幅為31.17%，2008年更是較常年偏少了41.30%。8～9月的平均流量相比于多年均值出現(xiàn)了不同程度的增長，2008年增幅最小，為12.28%，2009年增幅最大，達(dá)到了49.59%，平均增幅為31.45%。

2.3.2 渠江流域

羅渡溪站為渠江流域控制性水文站點(diǎn)，統(tǒng)計結(jié)果顯示：1989～2022年，羅渡溪站6～7月和8～9月的平均流量分別為1 479 m3/s和1 200 m3/s。如圖10所示，在澇轉(zhuǎn)旱條件下，6～7月的平均流量較常年平均增長了38.74%，2007年增幅最大，增長了153.35%；8～9月平均流量相比多年均值偏小36.33%～59.83%，平均減幅達(dá)到49.83%。

旱轉(zhuǎn)澇事件使得羅渡溪站6～7月的平均流量較常年偏少33.81%～57.94%，平均減幅為45.77%；8～9月平均流量相比常年平均增長了47.17%，最大增幅出現(xiàn)在2014年，達(dá)到103.75%。

2.3.3 嘉陵江干流區(qū)域

2000～2022年，武勝站6～7月的多年平均流量為1 200 m3/s，8～9月的平均流量為1 312 m3/s，其在旱澇急轉(zhuǎn)影響下的徑流過程如圖11所示。

在澇轉(zhuǎn)旱的典型年份內(nèi)，武勝站6～7月的平均流量相比常年平均增長了85.50%，8～9月的平均流量較常年減少9.07%～38.26%，平均減幅為22.64%。而在旱轉(zhuǎn)澇年份，武勝站6～7月的平均流量比多年均值偏低28.38%，8～9月流量有一定幅度增長，平均增幅為24.31%。

2.3.4 涪江流域

小河壩站測流代表了涪江流域徑流。從2004～2022年，涪江6～7月的多年平均流量為734 m3/s，8～9月的多年平均流量為888 m3/s。如圖12所示，在澇轉(zhuǎn)旱的影響下，小河壩站在6～7月的流量相比平時大幅度增長99.73%，8～9月則比多年均值偏低11.49%～19.26%。在旱轉(zhuǎn)澇的作用下，6～7月的平均流量較多年均值減少26.16%，但8～9月的流量相比常年僅偏大3.27%，這可能是由于旱澇急轉(zhuǎn)典型年份是基于整個嘉陵江流域降水序列所得，降水的時空分布和下墊面環(huán)境對產(chǎn)匯流過程的影響，干擾了徑流對旱澇轉(zhuǎn)換的響應(yīng)表征。

2.4 月際間徑流對旱澇急轉(zhuǎn)的響應(yīng)規(guī)律

（1） 4～5月。各站徑流在旱澇急轉(zhuǎn)影響下的變化過程及程度如圖13所示。澇轉(zhuǎn)旱使得北碚站4月流量相比常年偏多了18.86%，5月流量則比多年均值偏小了34.78%；在旱轉(zhuǎn)澇年份，北碚站4月的平均流量僅為807 m3/s，相比常年均值減小19.06%，5月平均流量達(dá)到1 954 m3/s，比常年同期增加了20.92%。羅渡溪站、武勝站亦有類似表現(xiàn)，澇轉(zhuǎn)旱條件下4月的平均流量相比常年分別偏大28.22%和50.22%，5月平均流量則分別偏低39.61%和36.36%；在旱轉(zhuǎn)澇事件影響下，兩個站點(diǎn)4月平均流量較常年分別偏低40.77%和14.76%，5月的平均流量則明顯增加了21.67%和26.90%。小河壩站有所區(qū)別，表現(xiàn)為澇轉(zhuǎn)旱影響下4月的平均流量相比常年仍偏低。

（2） 5～6月。在正常年份，北碚站5月的流量要明顯低于6月，然而在澇轉(zhuǎn)旱的影響下，5月流量增加，6月流量減小，使得澇轉(zhuǎn)旱年份下5～6月的流量過程變得較為平緩，如圖14所示；相似地，羅渡溪站、武勝站以及小河壩站5～6月的徑流過程在澇轉(zhuǎn)旱年份較為平緩，5月平均流量相比常年分別增長了19.18%，17.63%和21.48%，6月流量較多年均值則分別偏低了46.09%，29.93%和19.23%。在旱轉(zhuǎn)澇事件的影響下，北碚站、羅渡溪站以及武勝站5月的平均流量比多年均值分別偏低34.22%，42.81%和18.55%，6月平均流量則分別偏大8.12%，40.43%和17.99%；小河壩站6月徑流對旱轉(zhuǎn)澇事件的響應(yīng)并不明顯，比常年水平還偏低4.12%。

（3） 6～7月。圖15顯示：北碚站、羅渡溪站以及武勝站6～7月徑流對旱澇急轉(zhuǎn)事件的響應(yīng)較為顯著，在澇轉(zhuǎn)旱事件的影響下，3個站點(diǎn)6月的平均流量相比多年均值分別增長了47.09%，76.56%和72.23%，7月的平均流量較常年分別降低了45.93%，42.16%和62.20%；在旱轉(zhuǎn)澇作用下，上述3個站點(diǎn)6月的平均流量較常年分別偏低17.27%，39.65%和15.25%，7月的平均流量則分別偏大69.16%，90.36%和77.55%。小河壩站較為特殊，其6月平均流量在澇轉(zhuǎn)旱年份偏小，在旱轉(zhuǎn)澇年份卻偏大。

（4） 9～10月。如圖16所示，北碚站、羅渡溪站以及武勝站徑流對澇轉(zhuǎn)旱有著較為明顯的響應(yīng)，9月流量分別偏大92.38%，191.08%和86.92%，而10月的平均流量較常年分別偏低28.73%，23.09%和51.42%；然而這3個站點(diǎn)對旱轉(zhuǎn)澇的響應(yīng)并不顯著，10月平均流量均低于常年均值。小河壩站對澇轉(zhuǎn)旱的響應(yīng)不顯著，9月的平均流量比多年均值還偏低。

3 討 論

（1） 嘉陵江流域汛期未來發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的概率和強(qiáng)度均有增大的可能。旱澇急轉(zhuǎn)的歷史演變過程顯示：1977～2022年，嘉陵江流域LDFAI序列雖無顯著的線性變化趨勢，但LDFAI年際間的變化幅度卻隨著時間發(fā)展不斷增大，發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的次數(shù)增加，2004年及之后共發(fā)生6次旱澇急轉(zhuǎn)事件，最大急轉(zhuǎn)強(qiáng)度達(dá)到5.97，均值為3.43，而2004年之前僅發(fā)生了2次事件，強(qiáng)度在1.53左右。對SDFAI序列的分析也可以佐證，S67、S78以及S89序列的最大急轉(zhuǎn)強(qiáng)度均出現(xiàn)在2000年之后，分別達(dá)到了10.42，2.46以及3.43。小波分析結(jié)果表明，無論是汛期尺度還是月尺度，從2000年代開始，嘉陵江流域汛期DFAI呈現(xiàn)出顯著的周期性特征，大多以2～3 a為第一主周期，說明未來旱澇急轉(zhuǎn)事件的出現(xiàn)概率和強(qiáng)度都有增大的趨勢，為旱澇急轉(zhuǎn)的預(yù)測提供了一定的參考依據(jù)。

（2）嘉陵江流域在6～7月發(fā)生全流域性旱澇急轉(zhuǎn)事件的概率最大，且強(qiáng)度較高。統(tǒng)計分析顯示：從1977～2022年，嘉陵江流域6～7月和4～5月發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的頻率最大，均達(dá)到了28.26%；但6～7月的急轉(zhuǎn)強(qiáng)度更大，特別是澇轉(zhuǎn)旱類型的平均強(qiáng)度達(dá)到了7.85，是4～5月同類型平均強(qiáng)度的3.56倍。相比于其他月份，S67序列的周期特征更加持久，自1990年代一直持續(xù)到2010年代末，且表現(xiàn)更為復(fù)雜，擁有3個主要的周期，分別是第一主周期2～3 a、第二主周期8～12 a以及第三主周期6～8 a；空間上，6～7月相比其他月份發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的高頻區(qū)域范圍也更大，嘉陵江流域發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的平均頻率超過20%，萬源市、巴中市等地甚至超過了28%。

（3） 當(dāng)汛期發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)事件時，嘉陵江徑流對旱澇狀態(tài)的響應(yīng)符合一般性規(guī)律，即澇狀態(tài)下徑流較常年均值偏大，干旱狀態(tài)下則偏小。月尺度也表現(xiàn)出相似規(guī)律，但也存在例外情況，例如：4～5月發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱時，小河壩站4月平均流量相比常年竟偏低3.73%；9～10月發(fā)生旱轉(zhuǎn)澇時，羅渡溪站10月平均流量較多年均值還偏低24.89%。推測有兩個方面原因：① 本文旱澇急轉(zhuǎn)事件是基于整個嘉陵江流域面雨量序列進(jìn)行判斷和識別的，與羅渡溪站、小河壩站等子流域控制性站點(diǎn)徑流存在時空尺度上的不完全對應(yīng)關(guān)系；② 土壤、土地利用等下墊面條件的空間異質(zhì)性，水庫、閘站等水工程群運(yùn)營，以及河道兩岸生產(chǎn)生活取用水等人類活動影響了流域的產(chǎn)匯流過程，干擾了徑流對旱澇狀態(tài)交替轉(zhuǎn)換的響應(yīng)發(fā)生，體現(xiàn)出氣象旱澇狀態(tài)轉(zhuǎn)化與水文響應(yīng)間的復(fù)雜機(jī)制問題，這也是當(dāng)前及未來一段時間的研究重點(diǎn)與難點(diǎn)。

4 結(jié) 論

（1） 1977～2022年汛期，嘉陵江流域共發(fā)生8次旱澇急轉(zhuǎn)事件，其中6次發(fā)生在2004年之后，并呈現(xiàn)出2～3 a的主周期特征?？臻g上，南部遂寧市、合川區(qū)等地，中部廣元市、略陽縣以及西北部若爾蓋縣、松潘縣周邊區(qū)域旱澇急轉(zhuǎn)發(fā)生頻率較大，超過17%；以閬中市、巴中市、達(dá)川區(qū)以及廣元市等地為中心的嘉陵江流域中東部地區(qū)急轉(zhuǎn)強(qiáng)度較大，普遍超過了4.19。

（2） 月尺度上，嘉陵江流域在4～5月和6～7月發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)事件的頻率最大，均達(dá)到28.26%，且6～7月旱澇急轉(zhuǎn)事件的平均強(qiáng)度也最大，達(dá)到了4.20。空間上，嘉陵江流域6～7月發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)的高頻率和高強(qiáng)度中心在萬源市、巴中市、廣元市等中東部地區(qū)。

（3）旱澇急轉(zhuǎn)對嘉陵江徑流有著顯著影響，當(dāng)汛期發(fā)生澇轉(zhuǎn)旱事件時，北碚站、羅渡溪站、武勝站以及小河壩站的前半汛期流量相比常年平均增長了57.52%，38.74%，85.50%和99.73%，后半汛期流量相對常年平均偏低20.82%，49.83%，22.64%和14.53%；而在旱轉(zhuǎn)澇事件影響下，上述4個站點(diǎn)前半汛期流量較常年平均減少了31.17%，45.77%，28.83%和26.16%，后半汛期流量較常年分別增長了31.45%，47.17%，24.31%和3.27%。月尺度也表現(xiàn)出相似規(guī)律。

綜上所述，本文重點(diǎn)研究和剖析了嘉陵江流域汛期和月際尺度旱澇急轉(zhuǎn)的時空分布特征及其對徑流的影響規(guī)律，后續(xù)可進(jìn)一步細(xì)化至日尺度，以期為水文調(diào)度提供更為具體的參考依據(jù)。

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（編輯：謝玲嫻）

Study on evolution law of drought-flood abrupt alternation and its influence on runoff in Jialing River Basin

LI Wenhui1，2，CAO Hui1，2，REN Yufeng1，2，LIU Xinbo1，2，MA Yiming1，2，LI Wenda1，2

（1.Hubei Key Laboratory of Intelligent Yangtze and Hydroelectric Science，China Yangtze Power Co.，Ltd.，Yichang 443000，China； 2.Three Gorges Cascade Dispatch＆Communication Center of China Yangtze Power Co.，Ltd.，Yichang 443000，China）

Abstract：

Aiming at the influence of transition between meteorological drought and flood on runoff，based on the daily precipitation and flow data in Jialing River Basin，the spatio-temporal distribution and evolution laws of drought-flood abrupt alternation were analyzed by long-term and short-term drought-flood abrupt alternation indexes，and the response degree of runoff changes to different types of abrupt alternation was quantitatively evaluated.The results showed that there have been 8 drought-flood abrupt alternation events in the Jialing River Basin during the flood season from 1977 to 2022，6 of which occurred in the 2000s and after.Spatially，the frequencies of drought-flood abrupt alternation in southern areas，central areas，and the surrounding areas of the northwest were the largest above 17%.On the monthly scale，the highest frequOdJECgWn0yQVQU0Ekhw7fA==ency appeared in the period from June to July，which was beyond 20%.When flood-to-drought turns occurred in the flood season，the runoff of Beibei，Luoduxi，Wusheng，and Xiaoheba stations in the first half flood season increased by 57.52%，38.74%，85.50%，and 99.73% on average，and reduced by 20.82%，49.83%，22.64% and 14.53% on average in the second half period.Inversely，under the influence of the drought-to-flood events，the first half runoff of those stations decreased by 31.17%，45.77%，28.83%，and 26.16% on average，and increased by 31.45%，47.17%，24.31%，and 3.27% respectively in the latter half period.The monthly scale also showed similar laws，indicating that drought-flood abrupt alternation had a significant impact on the runoff of the Jialing River.The research results can provide scientific reference for the operation of cascade reservoirs and watershed water security.

Key words：

drought-flood abrupt alternation； runoff change； spatio-temporal distribution； Jialing River Basin