长江上游流域径流年内分配特征分析

王渺林，侯保俭

(1.重庆交通大学河海学院，重庆 400074;2.长江上游水文水资源勘测局，重庆 400014)

长江上游流域径流年内分配特征分析

王渺林1，2，侯保俭1

(1.重庆交通大学河海学院，重庆 400074;2.长江上游水文水资源勘测局，重庆 400014)

根据长江上游主要测站径流资料，分析了年内分配不均匀系数、集中度和集中期、变化幅度等特性。分析站点包括金沙江屏山站、岷江高场站、嘉陵江北碚站、长江上游干流寸滩站及乌江武隆站。结果表明:北碚站的不均匀性要大于其它站点;北碚站集中性最大，而武隆站最小;武隆站的径流集中期大部分为6月下旬，其它站集中期在7—8月;北碚站的相对变化幅度要大于其它站点，而屏山站最小。进一步应用Kendall秩次相关法分析各站的径流年内分配特征年际变化情况，发现高场站的不均匀性系数、集中度、相对变化幅度存在明显减少趋势。

径流;年内分配;长江上游;变化趋势

长江上游是指源头至湖北宜昌段，主要有金沙江、岷沱江、嘉陵江、乌江等水系，流域面积约1×106km2，径流量约占全流域的47%。长江上游流域海拔落差大，地形植被等复杂，受西南季风和东南季风影响以及青藏高原的影响，是气候变化的脆弱地区［1］。不少专家学者开展了长江流域水文要素变化特征分析、气候及水文环境变化趋势分析［1-4］，这些研究多侧重于气候变化趋势及对水资源的影响，但对径流年内分配规律反应水资源涵养能力指标的深入研究较少。

河川径流年内分布特征对流域城市部落和生态系统有很大影响。首先，径流的丰枯变化会引起水资源供需关系的改变，加大水供需矛盾;其次，对河流的开发利用以及水资源调度会产生直接影响;第3，它是旱涝灾害的最直接表现;第4，河川径流年内分配特征的变化对应着径流补给条件的变化;第5，其变化影响着与之相关的一系列物理、化学和生物过程。在气候变化以及人类活动的驱动下，河川径流的年内分布发生着相应的变化。径流年内分配的变化必然给水资源管理、农业以及水生生态系统带来一系列的影响［5-6］。

笔者分析长江上游流域5个主要控制站:金沙江屏山站、岷江高场站、嘉陵江北碚站、长江上游干流寸滩站和乌江武隆站的径流年内分配特征。

1 径流年内分配特征的描述方法

径流的年内变化通常包含径流量值(包括年径流总量和单月流量等)数值上的变化和径流过程线的起伏形状上的变化。径流年内分配特征有多种不同表示方法，通常使用较多的有每个月(或季)占年径流总量的百分比、汛期和非汛期占年径流总量的百分比等。为了进一步定量分析长江上游流域径流年内变化规律，笔者采用径流不均匀系数、集中度和集中期等不同指标，从不同角度分析长江上游径流年内分配特征的变化规律。

1.1 不均匀性

气候变化具有季节波动性，气象要素如降水、气温等都有明显的季节性变化，这在相当大程度上决定了径流年内分配的不均匀性。综合反映径流年内分配不均匀性的特征值有多种计算方法。笔者用径流年内分配不均匀性系数Cv来衡量径流年内分配不均匀性。Cv值越大即表明年内各月径流量相差悬殊，径流年内分配越不均匀。径流年内分配不均匀性系数Cv的计算公式如式(1):

1.2 集中度和集中期

可以看出，合成向量的方位，集中期D指示了月径流量合成后的总效应，也就是向量合成后重心所指示的角度，即表示1年中最大月径流量出现的月份。而集中度则反映了集中期径流量占全年总径流量的比例。从这个角度看，集中度与通常使用的汛期径流占全年径流比例有明显的相关关系。

1.3 变化幅度

径流变化幅度的大小对水利调节、航运、发电和水生生物的生长繁殖都有重要的影响。径流变化幅度过大，不利于水生生物回游繁殖，水资源的开发利用难度相应增加，航运和发电风险增加，水利调节的力度就必须相应加强。本文用相对变化幅度指标来衡量河川径流的变化幅度，即取河川径流最大月流量(Qmax)和最小月流量(Qmin)之比，式(5):

1.4 年内分配特征变化的趋势性

应用Kendall秩次相关法分析各控制站的径流年内分配特征以及年际变化趋势。Kendall秩次相关法是一种简便有效的非参数统计检验方法，其中统计量τ，方差和标准化变量M计算公式分别为:4P

上式中:P为径流序列所有对偶观测值(Wi，Wj，j＞i)中Wi＜Wj的出现个数;N为序列个数。

M大于0，则说明序列增加;反之，为减小。取信度 a=0.05，相应的临界值 Ma=1.96。如果|M|＞Ma，则序列发生显著变化。

2 径流年内分配特征

以长江上游流域5个主要控制站的径流观测数据为基础(包括金沙江屏山站、岷江高场站、嘉陵江北碚站、长江上游干流寸滩站及乌江武隆站)，分析长江上游流域径流年内分配特征。分析站点情况见表1。5个测站的年内分配特征指标年内分配不均匀性系数、集中度、集中期和变化幅度见表2。

表1 分析站点Table 1 Gauging stations

表2 长江上游径流年内分配特征指标Table 2 The upper Yangtze River of annual runoff feature index

比较上述5个测站的径流年内分配特征可知:①从不均匀性看，北碚站的不均匀性要大于其它站点;②从集中性看，北碚站集中性最大，而武隆站最小;③从集中期看，武隆站的径流集中期除了80年代在7月初，其他年代均为6月下旬，其它站集中期在7—8月;④从年内变化幅度来看，北碚站的相对变化幅度要大于其它站点，而屏山站最小。

进一步计算5个测站的不均匀性系数、集中度、相对变化幅度的Kendall检验变量M，分析变化趋势，结果见表3。

表3 径流年内分配特征变化的趋势性分析结果Table 3 Inter-annual changing trends of runoff distribution

从表3可知:①不均匀性系数都有减少的趋势，高场站显著减少;②除武隆站外，集中度有减少的趋势，高场站显著减少;③屏山、武隆站相对变化幅度稍微增加，北碚、寸滩相对变化幅度稍微减少，高场站显著减少。高场站的不均匀性系数、集中度、相对变化幅度存在明显减少趋势。高场站径流年内分配不均匀性系数变化见图1。

图1 高场径流年内分配不均匀性系数变化Fig.1 Changes of unevenness of annual runoff distribution at Gaochang Staion

由图1可知，高场站径流年内分配不均匀性系数有明显的减少趋势，这与岷江流域大量水电开发有关。岷江上游干流已建成和在建的电站就有6座，支流水库不下10座［7］。径流年内分配特征的变化与流域内水电开发等人类活动有直接关系。水库调度尤其是水库群的联合调度运行会显著改变河流的径流过程，季或年调节水库都会改变河流一个季节或年内的水流过程。梯级水库群的联合调度将使河流的洪枯变幅减弱，反映了不均匀性系数、集中度、相对变化幅度等指标减少，使随机的水文过程变成人为的水库调度过程［8］。

3 结语

通过对长江上游流域5个主要控制站金沙江屏山站、岷江高场站、嘉陵江北碚站、长江干流寸滩站、乌江武隆站径流年内分配特征的分析，得出结论如下:

1)从不均匀性看，北碚站的不均匀性要大于其它站点;

2)从集中性看，北碚站集中性最大，而武隆站最小;

3)从集中期看，武隆站的径流集中期大部分为6月下旬，其它站集中期在7—8月;

4)从年内变化幅度来看，北碚站的相对变化幅度要大于其它站点，而屏山站最小。

5)应用Kendall秩次相关法分析各站径流年内分配特征年际变化情况，发现高场站的不均匀性系数、集中度、相对变化幅度存在明显减少趋势。

长江上游流域水资源总量的变化主要受控于气候的变化，除了受人类活动的影响外，上游降水量的减少导致宜昌径流量的下降。而径流年内分配特征的变化则与水电开发等人类活动有直接关系。水库调度运行显著改变了河流的水流过程，不均匀性系数、集中度、相对变化幅度等指标减少。未来几十年，长江上游干支流上将会修建更多的水电工程，届时会将形成较大规模的梯级水电站群和梯级水库联合调度群，这些水电站和水库投入运行后，将会对长江上游乃至长江全流域的径流、航运、生态与环境产生重要影响［8］。

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Changes of Annual Runoff Distribution in Upper Streams of Yangtze River Basin

Wang Miaolin1，2，Hou Baojian1
(1.School of River＆ Ocean Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;
2.Upper Yangtze River Survey Bureau of Hydrology＆ Water Resources，Chongqing 400014，China)

In this paper，indexes of concentration，concentration period，unevenness and variation have been defined and calculated according to gauge records of runoff at the main station in the upper streams of the Yangtze River Basin.The main stations include the Pingshan Station on the Jinsha River，the Gaochang Station on the Minjiang River，the Beibei Station on the Jialing River，the Cuntan Station on the upper Yangtze River and the Wulong Station on the Wujiang River.And then the changes of annual runoff distribution in the upper streams of the Yangtze River Basin have been discussed.The results show that the unevenness of Beibei Station is greater than the other stations;the concentration unevenness of Beibei Station is the greatest and Wulong Station is the smallest.The concentration period of Wulong Station is in late June and in the other station is in July or August.The relative variation rate of Beibei Station is the greatest and Pinshan Station is the smallest.The inter-annual changes of annual runoff distribution were further analysed by the Kendall's rank correlation method.The results show that the unevenness，concentration and relative variation rate decreased obviously.The conclusions are meaningful for water resources management in the upper streams of the Yangtze River Basin.

runoff;annual runoff distribution;the upper streams of Yangtze River Basin;changing trends

TV121

A

1674-0696(2012)04-0873-04

10.3969/j.issn.1674-0696.2012.04.33

2011-10-31;

2011-11-15

国家科技支撑计划项目(2007BAB21B01-01)

王渺林(1975—)，男，安徽祁门人，高级工程师，博士，主要从事水文水资源研究。E-mail:wangmiaolin@163.com。