清江上游枯水分析

尹应华

恩施自治州水文水资源勘测局，湖北恩施 445000

当河流的绝大部分水源由地下水补给时，称为枯水径流。枯水经历的时间称为枯水期，当月平均水量占全年水量的比例小于5%时，则属于枯水期。枯水径流的大小及枯水径流的历时，对灌溉、发电、供水等有较大影响。为了合理地利用水源，研究枯水径流具有重要的意义。一般情况下枯水季节往往是最需要用水的时期，这一时期水量的多少是反映地表水资源可利用程度的重要指标。

1 流域概况

清江是恩施州最大的河流，发源于利川市汪营镇龙洞沟，清江流域总面积16 714km2，河长428km，其中州内流域面积11 036km2，占恩施州国土面积的46.1%，河长280km。

清江流域多年平均降水量为163.84亿m3，折合降水深1 484.6mm。多年平均水资源量为98.02亿m3，折合深度888.2mm。降雨径流在时空上分布不均，全年降雨主要集中在4月～10月，降水量占全年降水量的70%～80%，空间上从上游向下游、从周围向河谷带呈逐渐递减的趋势。

2 流域水文站网布设情况

分析流域干流上有利川（二）、恩施两个水文站，配套雨量站有齐跃山、汪营、马前、利川、滴水岩、新板桥、团堡、马者、见天坝、西流水、恩施等共11个。

利川（二）站位于利川城区西门大桥，东经108°54′，北纬30°18′，流域面积513km2。观测项目有：水位、流量、水质、降水、蒸发。流域内有雨量站4个，分别为齐跃山、汪营、马前、利川站。

恩施站位于恩施市小渡船，东经109°29′，北纬30°18′，控制面积2 928km2，为清江上游控制站，测验项目有：水位、流量、泥沙、水温、降水、水质。流域内有雨量站11个，分别为齐跃山、汪营、马前、利川、滴水岩、新板桥、团堡、马者、见天坝、西流水、恩施站。恩施站以上主要水利工程有车坝（位于支流车坝河上）、大龙潭两座中型水库。

本次分析采用利川（二）、恩施两站1960年至2008年月年径流系列资料及11个配套雨量站的雨量系列资料。

3 枯水出现的时间特性分析

3.1年最小流量出现时间分布

根据利川（二）、恩施两站年最小流量系列资料统计分析，年最小流量在全年各月均有出现，但出现次数最多的均在1月～3月，占总次数的54%（图1）。年最小流量受自然条件和人为影响较大，不能反应天然情况，但总体趋势没有发生变化。

图1

3.2 枯水年内分布情况

对两站多年月平均流量及月平均降雨量进行统计分析，降雨与径流的年内分布基本一致，两站的月最小流量出现时间也一致，均出现在1月份，且在12月至次年2月间出现了一个明显的枯水季节。

从降雨及流量年内分配图中可以看出，11月至次年3月为清江流域的枯水期，次年1月为最枯月份。见图2、图3。

图2

图3

4 枯水周期变化规律

差积曲线法是常用的系列周期分析方法。当差积曲线坡度向下时，表示为枯水期，向上时表示为丰水期，水平时则接近平均值的平水年，若长时间持续下降，就表示长时间来水偏少，坡度越大表示程度越剧烈。

采用差积曲线法对利川（二）、恩施站枯水期平均流量、最小月平均流量两系列进行分析，并将两站同一系列差积曲线点在一张图上，可以看出，其变化趋势极为相似，说明该流域内枯水径流在同一时间段内服从同一变化规律。见图4，图5。

图4

图5

5 枯水变化趋势分析

Mann-Kendall统计方法是用于对降雨、径流量等要素随年序变化进行趋势性检验的非参数统计方法。其实质是对数据序列的秩序而不是实际数值来判断两个变量的相关程度，避免了水文研究中特大和特小值对结果的影响，可以比较客观地确定某一时间序列是否具有随年序列的变化趋势。Mann-Kendal方法的检验统计量公式是

其中：sign()为符号函数.当xi-xj小于、等于或大于零时sign（xi-xj）分别为-1、0或1；M-K统计量公式z在s大于、等于、小于0时分别为：

当n大于10时，z收敛于标准正态分布。原假设为该序列无趋势，采用双边趋势检验，在给定显著性水平α下，在正态分布表中查得临界值 zα/2，当zα/2，则拒绝原假设，即认为趋势显著，|z|值在大于等于1.28、1.64、2.32时分别表示通过了90%、95%、99%置信度显著性检验。当z为正值表示增加趋势，负值表示减少趋势。

用非参数Mann-Kendall趋势分析检验法对利川（二）、恩施两站的枯水期、最小月平均及年最小系列进行分析。其结果如下表所示：

站名 系列 M-K统计量z是否存在趋势（置信度） 趋势类型利川（二） 枯水期-0.56 否最小月平均 0.48 否恩施 枯水期 0.35 否最小月平均 1.49 是 上升

6 结论

1）枯期径流的时间分布：最小月平均流量大部分均出现在1月份，其次分别为2月、3月、11月，多年平均最小月平均流量均出现在1月。年最小流量出现的时间则在枯期与汛期均有出现，但在枯期的1、2、3月出现次数明显多于其他月份；

2）枯水期平均流量、最小月平均流量系列均有较为明显的丰、平、枯水期变化规律。枯水期平均流量、最小月平均流量系列的变化规律，上下游站间有较好的对应关系；

3）利川、恩施两站枯水期系列在统计意义上都没有发生突变的趋势，最小月平均系列中，恩施站有上升的趋势，利川（二）站则没有趋势变化。

[1]冯国章，王双银.河流枯水流域特征研究[J].自然资源学报，1995，10(2)：127-135.

[2]殷福才，王在高，梁虹.枯水研究进展[J].水科学进展，2004，15(2)：249-254.

[3]黄国如，陈永勤.枯水径流若干干问题研究进展[J].水电能源科学，2005，23(4)：61-64.