西江流域水資源演變情勢分析

關(guān)鍵詞：水資源；演變情勢；人類活動；西江流域

中圖分類號：TV21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-9235（2024）11-0079-08

水是支撐人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性資源，對生態(tài)與環(huán)境的穩(wěn)定發(fā)揮著重要作用，是支撐社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素［1］。近年來，眾多學(xué)者對西江流域水資源狀況進(jìn)行了一系列分析評價。謝淑琴等［2］根據(jù)流域內(nèi)主要水文站的實測資料從徑流量的地區(qū)分布、年內(nèi)分配等方面分析了西江流域的徑流特性；方榮杰等［3］以西江流域干流4個水文站徑流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)分析了西江干流年徑流變化情況；李繼清等［4］基于西江流域干支流7個控制性水文站日徑流資料從多個時間尺度分析了徑流的時空演變特征。伴隨著全球氣候變化的不斷加劇，人類對自然的改造與利用能力亦在日益增強，流域河川降水、徑流水文過程發(fā)生了顯著的變化［5-9］。胡彩虹等［10］利用降水徑流雙累積曲線關(guān)系分析了沁河流域?qū)崪y徑流對環(huán)境變化的響應(yīng)；張鑫［11］采用累積量斜率變化率比較法分析了驅(qū)動因素對大清河流域徑流的影響；張利平等［12］利用徑流變化定量分離方法對灤河流域徑流變化與氣候波動、人類活動和土地利用變化的關(guān)系進(jìn)行了評估；趙紀(jì)芳［13］通過構(gòu)建灤河流域分布式水循環(huán)模型定量分析了土地利用變化、植被覆蓋度變化以及水資源開發(fā)利用對灤河流域水資源量的影響。目前對西江流域水資源的研究多集中在對流域內(nèi)重要水文站的實測徑流特性進(jìn)行分析，綜合分析流域及各水資源分區(qū)的降水、蒸發(fā)、水資源量的研究較少且評價數(shù)據(jù)基準(zhǔn)不統(tǒng)一，同時對降水與人類活動對西江流域水資源情勢的影響研究較少。

本文以珠江片第三次水資源調(diào)查評價為基礎(chǔ)，選定1956—2016年系列作為基準(zhǔn)系列，對西江流域年降水量、年蒸發(fā)量、水資源量及其變化趨勢進(jìn)行分析評價，并分析降水與人類活動對水資源情勢的影響，以期理清西江流域水資源演變情勢，為西江流域水資源規(guī)劃的編寫、水資源的開發(fā)利用、重大水利工程的建設(shè)提供依據(jù)。

1西江流域基本情況

西江為珠江的主干流，發(fā)源于云南省曲靖市沾益區(qū)境內(nèi)的馬雄山，自上游至下游分別為南盤江、紅水河、黔江、潯江及西江等段，整體流向自西向東，依次流經(jīng)云南、貴州、廣西、廣東四省（自治區(qū)），支流涉及湖南省，干流全長2075 km，流域總面積35. 31萬km²，境內(nèi)34. 05萬km²，包括南北盤江、紅柳江、郁江、西江4個水資源二級區(qū)。西江干流已建大型水利樞紐水利工程包括龍灘、巖灘、大藤峽、長洲等，干支流水庫總庫容超900億m³。高要水文站是西江中下游重點控制水文站，位于廣東省肇慶市端州區(qū)、西江與北江交匯處思賢滘上游44 km處，建于1931年7月，控制流域面積35. 15萬km²。

2數(shù)據(jù)和方法

2. 1數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)主要來源于珠江片第三次水資源調(diào)查評價1956—2016年系列（蒸發(fā)為1980—2016 年），西江流域范圍內(nèi)共選用雨量站672個，平均站點密度507 km²/站；選用蒸發(fā)站158個，平均站點密度2155km²/站；選用水文站118個，平均站點密度2885km²/站。高要水文站選取1956—2016年天然及實測徑流系列進(jìn)行分析，其中天然徑流由實測徑流采用分項調(diào)查法，按照水量平衡方程還原計算得到。

2. 2方法

2. 2. 1滑動平均法

滑動平均法是趨勢擬合技術(shù)基礎(chǔ)方法，通過某一時間序列下的平滑值來反映某要素變化趨勢，可以使數(shù)據(jù)更加平穩(wěn)，減小噪聲和波動的影響［14］。滑動平均序列表示為：

3水資源情勢分析成果

3. 1年降水量

西江流域（表1）1956—2016年系列多年平均年降水量為1 382. 2 mm，相應(yīng)年降水總量為4 706億m³。水資源二級區(qū)中，多年平均年降水量最大的是西江二級區(qū)，為1 648. 5 mm；其次是紅柳江，多年平均年降水量1 463. 3 mm；最小為南北盤江，多年平均年降水量1 112. 9 mm。

1956—2016 年系列西江流域多年平均年降水量為1 382. 20 mm，第二次水資源調(diào)查評價（1956—2000年系列）西江流域多年平均年降水量為1 383. 37mm，相對差為-0. 1%，成果接近。各水資源二級區(qū)中與第二次水資源調(diào)查評價成果變化相對較大的為南北盤江區(qū)減少2. 14%。

對比1956—1979、1980—2000、2001—2016 年不同系列多年平均年降水量與同步基準(zhǔn)系列多年平均年降水量（表2），西江流域1956—1979年系列多年平均年降水量比同步基準(zhǔn)系列多年平均值大0. 67%；1980—2000年系列多年平均年降水量比同步基準(zhǔn)系列多年平均值小0. 57%；2001—2016年系列多年平均年降水量比同步基準(zhǔn)系列多年平均值小0. 23%；相對差均在1. 0% 范圍內(nèi)，整體變化不大。

西江多年平均年降水量等值線大體呈東北—西南走向，按照降水量級，多年平均年降水量大于1 600. 0 mm的地區(qū)（多雨帶）主要位于流域中部柳江、紅水河及中下游賀江一帶；流域內(nèi)其余范圍均多處于濕潤地帶，多年平均年降水量為800. 0～1600. 0 mm。

繪制西江流域1956—2016年降水序列線并作5a滑動平均過程線，見圖1。從圖中看出，西江流域降水量年際間變化存在一定的振動規(guī)律，具有明顯的豐枯周期，包括3個枯水段和3個豐水段。回歸系數(shù)b=0. 308 4gt;0，5 a滑動平均傾向率大于0，說明年降水量過程呈波動上升變化趨勢，用Mann-Kendall法檢驗，0

3. 2年蒸發(fā)量

西江流域1980—2016年多年平均水面蒸發(fā)水量為917. 3mm，與珠江區(qū)同系列多年平均水面蒸發(fā)量的比值為0. 95，1980—2000、2001—2016 年系列多年平均水面蒸發(fā)量分別為921. 0、912. 0mm。在本次評價中，西江流域1980—2016年系列多年平均水面蒸發(fā)量與1980—2000年系列多年平均水面蒸發(fā)量相近；2001—2016年系列多年平均水面蒸發(fā)能力在量值上比1980—2000年多年平均年蒸發(fā)能力小1. 0%左右，整體變化不大。

西江流域水面蒸發(fā)地區(qū)分布不均，多年平均水面蒸發(fā)量等值線分布大體呈東西走向，自南向北遞減，南部普遍高于北部，平原一般高于山丘；流域內(nèi)水面蒸發(fā)量高值區(qū)主要是在南盤江流域云南開遠(yuǎn)市、建水縣、蒙自市等地，多年平均水面蒸發(fā)量達(dá)1 400. 0 mm以上；低值區(qū)主要是在廣西北部柳州市、河池市的九萬大山和元寶山區(qū)域，水面蒸發(fā)量僅為600. 0 mm。

3. 3水資源量

西江流域1956—2016年系列多年平均年地表水資源量2 298. 4 億m³，折合徑流深675. 1 mm（表3）。多年平均年地表水資源量最大的二級分區(qū)是紅柳江區(qū)，為906. 7億m³，占39. 4%；最小的是南北盤江區(qū)，為370. 7億m³，占16. 1%。西江流域的地下水資源量為561. 7億m³，山丘區(qū)地下水資源量為560. 6億m³，平原區(qū)地下水資源量為1. 6億m³，平原與山丘區(qū)地下水資源量重復(fù)量為0. 3億m³。西江流域1956—2016年多年平均水資源總量為2299. 4億m³，其中，地表水資源量為2298. 4億m³，地下水資源量為561. 7億m³，地表地下不重復(fù)計算量為1. 0億m³。

1956—2016年系列西江流域多年平均地表水資源量為2298. 4億m³，第二次水資源調(diào)查評價西江流域多年平均地表水資源量為2 306. 8億m³，絕對差為8. 4億m³，相對差為0. 36%，地表水資源量整體變化不大，地表水資源量多年平均值較穩(wěn)定。從水資源二級區(qū)看，與第二次水資源調(diào)查評價結(jié)果相差較大的分區(qū)為南北盤江區(qū)，減少了4. 95%。

對比1956—1979、1980—2000、2001—2016年不同系列多年平均地表水資源量與1956—2016年多年平均地表水資源量（表4）發(fā)現(xiàn)，1956—1979年系列比1956—2016年系列小0. 48%；1980—2000年系列比1956—2016年系列大1. 34%；2001—2016年系列比1956—2016年系列小1. 03%；相對差均在2. 0%范圍內(nèi)，整體變化不大。

西江流域多年平均年徑流深大于1000mm的地區(qū)主要包括柳江、桂江中上游、西江蒙江上游，多年平均年徑流深多為1000～1600mm，局部地區(qū)1600～2000 mm；多年平均年徑流深小于300m的地區(qū)主要包括南盤江蒙自、開遠(yuǎn)、建水一帶及右江上游百色以上部分地區(qū)；其余地區(qū)多年平均年徑流深處于300～1000mm。

繪制西江流域1956—2016年地表水資源量序列線并作5 a 滑動平均線，見圖2?；貧w系數(shù)b=1. 674 1gt;0，5 a滑動平均傾向率大于0，說明年地表水資源量過程呈波動上升變化趨勢，用Mann-Kendall法檢驗，0lt;Z=0. 492lt;1. 96，說明年地表水資源量過程增長不顯著。

3. 4年降水量與年徑流量的變化

流域降水量與徑流量相關(guān)關(guān)系較為密切［18-21］，為進(jìn)一步分析西江流域降水、徑流變化趨勢，選擇西江主要控制站高要站1956—2016年天然徑流和降水系列，繪制高要站徑流、西江流域降水序列線和滑動平均線，見圖3。由圖可知，高要站年徑流量與西江流域年降水量變化情況基本一致，5 a滑動平均線清楚表明兩者變化具有基本相同的周期性，均包括3個枯水段和3個豐水段：1970年代至1980年代初期、1990年代中后期、2010年代中期屬于豐水年段；1960年代、1980年代后期至1990年代初期、2010年代初屬于枯水年段。

4降水與人類活動對水資源情勢影響分析

4. 1分析思路

雙累積曲線方法是目前分析水文氣象要素一致性和演變趨勢最直觀、最廣泛的方法［22］。通過建立西江流域降水與高要站天然徑流雙累積曲線（圖4）可以發(fā)現(xiàn)，西江流域1956—2016年降水量與天然徑流量雙累積曲線大體上自1970年開始發(fā)生轉(zhuǎn)折，查閱相關(guān)資料可知西江流域自1970年代初開始較大規(guī)模的水利工程建設(shè)，因此認(rèn)為西江流域在1970年以前整體受人類活動影響較小，可以作為分析1970年以后人類活動對流域徑流影響的基準(zhǔn)期。

將1956—1970年作為基準(zhǔn)期，建立基準(zhǔn)期的西江流域降水-高要站天然徑流雙累積曲線關(guān)系，天然年均徑流623. 3mm，計算年均徑流613. 3 mm，相關(guān)指數(shù)R2達(dá)到0. 9988，徑流深絕對誤差-10. 0 mm，相對誤差-1. 6%，說明兩者相關(guān)關(guān)系較好，相關(guān)關(guān)系見圖5。利用基準(zhǔn)期該相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步分析1970年以后變化期降水和人類活動對西江流域徑流變化的影響。高要站1956—1970年天然徑流量為WB；1970年后不同系列實測徑流量為W_M，天然徑流量為W_N；利用不同系列的降水量根據(jù)基準(zhǔn)期的降水-徑流相關(guān)關(guān)系推算的徑流量為W_C。

4. 2影響分析

利用不同年代高要站天然、實測徑流量以及西江流域降水量資料，對比分析降水和人類活動對流域徑流情勢變化的影響情況，分析結(jié)果見表5。

由表5看出，受不同年代降水豐枯程度的影響，降水對徑流影響量變化幅度較大，對徑流影響量為-95. 8億～21. 2億m³；人類活動的直接影響使徑流減小，并且直接影響程度逐漸增大，影響量在從年代1的減小85. 1億m³增大到年代4的減小153. 7億m³；人類活動的間接影響使徑流增大，影響量為86. 4億～297. 2億m³。考慮擬合存在的誤差，推算徑流量可能較天然徑流量偏小1. 6%，考慮誤差后4個年代降水變化對徑流影響量為-62. 3億～56. 6億m³，人類活動直接影響變化量不變，人類活動間接影響變化量減小但仍未正值，各個因素對徑流的影響貢獻(xiàn)率發(fā)生一定變化但整體規(guī)律變化不大。

1971—1980、1991—2000、2001—2016年3個年代人類活動綜合影響貢獻(xiàn)率均大于降水影響貢獻(xiàn)率；1981—1990年徑流量減少144. 5 億m³，降水影響大于人類活動影響，經(jīng)調(diào)查分析廣西1989年發(fā)生特大旱災(zāi)，西江流域1981—1990年年均降水量為各年代最低，該年代徑流減少主要是因為降水量減少。4個年代中1971—1980、1991—2000兩個年代人類活動的綜合影響使徑流增大，其余2個年代使徑流減小。1971—2016年，受降水影響徑流減少22. 6億m³，受人類活動直接影響徑流減少123. 9億m³，受人類活動間接影響徑流增大146. 3億m³，受人類活動綜合影響徑流增大22. 4億m³，徑流量整體減少0. 2億m³。降水影響和人類活動影響貢獻(xiàn)率數(shù)值過大是由于影響量一正一負(fù)求和后絕對值偏小，造成比例值過大，符合實際情況。

5結(jié)論

本文以珠江片第三次水資源調(diào)查評價數(shù)據(jù)成果為基礎(chǔ)，采用滑動平均法、Mann-Kendall 趨勢檢驗法、定量分離等方法，對西江流域年降水量、年蒸發(fā)量、水資源量及其變化趨勢進(jìn)行了評價，分析了降水與人類活動對水資源情勢的影響。

a）西江流域1956—2016年系列多年平均年降水量為1382. 2 mm，呈不顯著波動上升趨勢；流域1980—2016年多年平均水面蒸發(fā)水量為917. 3 mm，整體變化不大；流域1956—2016年系列多年平均年徑流量為2298. 4億m³，呈不顯著波動上升趨勢。

b）高要站年徑流量與西江流域年降水量具有基本相同的周期性，均包括3 個枯水段和3 個豐水段。

c）1971—2016年4個年代降水對徑流影響量為-95. 8億～21. 2 億m³；人類活動的直接影響使徑流減小且影響程度逐漸增大；人類活動的間接影響使徑流增大。