鄱阳湖流域降水量变化对水沙演变影响研究

李 英，涂安国，胡根华，张华明

(江西省水土保持科学研究所，江西南昌330029)

鄱阳湖流域地处亚热带湿润季风气候区，区内降水丰富但时空分布不均，其特有的气候特征、地理环境和人类活动等因素的叠加，导致该区水土流失严重。水体含沙主要是雨水冲刷流域内土壤的结果，与流域地表水文过程有着密切的关系。目前，许多学者对鄱阳湖流域地表水文过程演变特征及演变的原因进行了探讨，郭鹏等［1］对鄱阳湖湖口、外洲、梅港三站水沙变化进行了系统的研究，孙鹏等［2］研究了鄱阳湖流域水沙时空演变特征及其机理，樊哲文等［3］研究了鄱阳湖流域土地利用变化的土壤侵蚀效应，叶许春等［4］研究了气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流变化的影响。然而，以往的研究往往局限于鄱阳湖流域的某个水文要素或流域的局部水文变化，很少对整个流域的水沙演变过程进行系统的研究与分析，尤其是降水对流域水沙演变影响的研究。降水是引起水土流失的动力，而雨强对降水和径流产沙形成过程有着重要的影响［5］。因此，研究鄱阳湖流域降水与产流产沙的关系，对于该流域综合治理和科学进行水资源配置具有重要的意义。

1 鄱阳湖流域降水演变过程分析

1．1 降水演变过程

图1(a)是鄱阳湖流域1961—2006年降水量年际变化曲线和5年滑动平均趋势线。鄱阳湖流域近半个世纪以来的年平均降水量为1 633 mm。从降水量年际变化曲线来看，年际降水量表现出不同程度的波动，极值比(最大值与最小值之比)达1.92，年际降水量变异系数为0．14，说明该流域降水年际变化较大。1962—1968年、1984—1991年和2003—2006年是3 个较长的连续枯水期，且1962—1968年降水量的平均值、最大值均比2003—2006年的相应值小。从5年滑动平均趋势线来看，流域降水量总体上有增长的态势但增长不显著。需要指出的是，2001—2006年期间，流域年平均降水量比1961—2000年的平均值减少了6．08%。

图1 鄱阳湖流域降水演变过程

从图1(b)年内各月降水分布来看，鄱阳湖流域降水主要集中在每年的3—8月，期间降水量占全年降水量的73．74%。鄱阳湖流域各月降水变化趋势检验结果显示，1月和7月降水量有显著增长趋势，5月降水量有显著减少趋势，降水的年内分布更加集中。

从图1(c)可知，鄱阳湖流域近50年来平均每年的降水天数为160 d，年际变化较大，最多年份为1970年，最少年份为2003年，两者相差61 d。从降水趋势来看，该流域降水天数呈下降趋势，尤其是1997—2006年期间更为显著，表明流域降水强度增加后降水时间分布不均匀更加明显。

采用Mann－Kendall 法对鄱阳湖流域的年降水量、降水天数进行突变检测，其结果表明:近50年来鄱阳湖流域的年降水量总体上呈波动上升趋势，但未通过95%的显著性检验;流域降水量在1970—1980年间逢偶数年出现突变点，同时1983年之后出现突变点，降水量呈下降趋势;流域降水量于1990年发生突变后迅速增加，1991—2002年年均降水量比1961—1990年年均降水量高出170．27 mm。

采用Mann－Kendall 法统计流域1961—2006年降水天数可知，流域年降水天数呈波动减少趋势，但未通过95%的显著性检验。分析曲线显示，20 世纪60年代中后期和80年代中期以前流域年降水天数呈上升趋势，80年代中期以后均呈波动下降趋势，2003年以后流域年降水天数均呈明显下降趋势。

1．2 鄱阳湖流域降水—径流演变过程

1．2．1 鄱阳湖入湖径流量演变过程

鄱阳湖流域赣、抚、信、饶、修“五河”多年平均入湖年径流量为1 099．17 亿m3，入湖年径流量的极值比为4．4，变异系数为0．27，年际变化幅度较大。入湖径流量年内分配极不均匀，月入湖径流量极值比达6．7。入湖径流量主要集中在4—7月，占全年径流量的61．4%，其中6月入湖径流量最大，占全年径流量的19．3%。7月雨季基本结束而转入干旱季节，入湖径流量急剧减少，9月至次年2月各月入湖径流量占年径流量的比例都小于5．0%。最小月入湖径流量出现在12月，只占2．9%，径流量仅为41．2 亿m3。

据分析，1961—2006年鄱阳湖流域入湖年径流量总体呈上升趋势，但1998年之后入湖径流量呈较为明显的减少趋势，尤其是进入21 世纪减少趋势更为明显，2001—2006年较1995—2000年年均减少241．43 亿m3。

1．2．2 鄱阳湖流域降水—径流关系

径流系数可以很好地表征流域内降水—径流的关系及水循环程度，可以较好地检测流域内水循环随时间的变化，能在一定程度上说明人类活动对径流的影响。1961—2006年，鄱阳湖流域年均径流系数为0．585，极值比为1．33。从图2(a)看出，近50年来流域径流系数呈显著增大趋势，通过了95%以上的显著性水平检验，有较为明显的突变性和阶段性，突变主要出现在20 世纪90年代初。

鄱阳湖流域降水和径流关系十分密切，降水强度和降水量均与径流量有着很好的正相关关系，相关系数分别为0．828 和0．922，均达到99%的显著性水平。分析结果表明，鄱阳湖流域入湖径流量不仅与降水量有关，而且与降水强度有密切关系〔图2(b)〕。对年平均降水量和径流量进行拟合的结果是二者基本为幂函数关系，其表达式为

式中:y 为年平均径流量，亿m3;x 为年降水量，mm。

图2 鄱阳湖流域降水—径流关系

2 鄱阳湖流域泥沙演变过程分析

鄱阳湖的泥沙来源于鄱阳湖流域的“五河”、湖区集水区和长江倒灌，且以“五河”来沙为主。统计1961—2006年泥沙资料可知，鄱阳湖流域的“五河”年平均入湖泥沙量为1 428．22 万t，占年入湖泥沙总量的85．4%，极值比达8．93，年变异系数为0．44，说明流域入湖泥沙总量年际变化幅度很大。入湖泥沙量年内分布主要集中在3—7月，可占年入湖泥沙量的85%以上。

1985年之前“五河”入湖泥沙量呈增加趋势，但至20 世纪80年代末开始呈减少趋势，尤其是在1998年突变之后减少更为明显，比多年平均值减少了53．06%。采用Mann－Kendall 法的统计检验显示，1961—2006年鄱阳湖流域年入湖泥沙量总体呈显著减少趋势，且具有95%以上的显著性。

随着鄱阳湖流域降水量的增加和入湖泥沙量的减少，鄱阳湖水体中的泥沙含量也呈减少趋势，流域在20 世纪60年代初到80年代中期水体泥沙含量一直较高，但在1985年突变之后下降趋势十分明显(图3)。

3 入湖泥沙对降水过程的响应

降水变化是引起径流量变化的直接原因，而径流量与输沙量有着较为密切的关系。表1 中的相关分析结果显示:1961—2006年鄱阳湖入湖泥沙总量和径流量、降水量、降水强度均具有很好的正相关关系，显著性水平达99%以上;水体泥沙含量和径流系数具有很好的负相关关系，相关系数为－0．531。说明流域降水量和降水强度均对流域产沙和输沙有促进作用，而水体含沙量是降水和径流综合作用的结果。

为了进一步探究降水和泥沙的关系，对鄱阳湖流域降水量和输沙量进行了曲线拟合，其结果见图4。图4 中月降水量与月输沙量基本符合幂函数关系，其表达式为

式中:y 为月平均输沙量，万t;x 为月降水量;mm。

图3 鄱阳湖入湖泥沙演变过程

表1 泥沙与降水相关系数

图4 鄱阳湖流域降水量—输沙量关系曲线

月降水量与月输沙量基本符合幂函数关系，说明降水量变化对鄱阳湖流域的泥沙量具有很大的影响。流域水沙变化主要受自然因素中气候变化和人类活动两方面的作用，自然因素主要是气候和下垫面因子的影响，其中以气候因子的影响最为明显。降水是土壤侵蚀的直接动力，是气候因子中影响泥沙产生的最主要因子。鄱阳湖流域泥沙的年输移量对降水的响应明显低于对月降水的响应，这说明该流域产沙是降水量和降水强度综合作用的结果。因为月降水量不仅反映了降水量，而且也反映了降水强度的分布。已有的研究表明［6－8］，内陆水体泥沙变化主要由降水变化与人类活动两大因素造成，但其长期变化(即多年变化)主要由人为因素引起。

4 结果与讨论

(1)鄱阳湖流域近50年来年均降水量为1 633 mm，年际降水量表现出不同程度的波动，极值比达1．92，年际降水量变异系数为0．14，说明鄱阳湖流域降水年际变化较大。从年内各月降水分布看，鄱阳湖流域降水主要集中在每年的3—8月，期间降水量占全年降水量的73．74%。1961—2006年流域降水总体呈缓慢上升趋势，降水日数呈下降趋势，表明降水强度增加，降水时间分布不均匀更加明显，洪涝干旱等气象灾害风险增加。

(2)鄱阳湖流域径流和降水关系十分密切，降水强度、降水量与径流量均具有很好的正相关关系，相关系数分别为0．828和0．922，均达到99%的显著性水平，其年降水量和年径流量基本符合幂函数关系。分析1961—2006年逐日流量资料结果表明:鄱阳湖流域入湖年径流量总体呈现上升趋势，但1998年之后入湖径流量呈较为明显的减少趋势，尤其是进入21 世纪减少趋势更为明显，2001—2006年较1995—2000年年均减少了241．43 亿m3。

(3)根据1961—2006年泥沙资料统计，鄱阳湖流域水体含沙量为0．046～0．186 mg/m3，“五河”年平均入湖泥沙量为1 428．22万t，占年总入湖泥沙量的85．4%，极值比达8．93，年变异系数为0．44，说明流域入湖泥沙总量年际间变化幅度很大。入湖泥沙量年内分布主要集中在3—7月，占年入湖泥沙量的85%以上。鄱阳湖水体泥沙含量和入湖泥沙总量均呈减少趋势。应当注意的是，鄱阳湖流域入湖泥沙的减少并不意味着流域侵蚀产沙减少或强度减弱，而是说明流域在受自然因素影响的同时，越来越多地受到人为活动的影响，尤其是森林覆盖率和水保工程措施对流域入湖泥沙有着极为重要的影响［4］。

(4)鄱阳湖入湖泥沙总量和径流量、降水量、降水强度均具有很好的正相关关系，显著性水平达99%以上，水体泥沙含量和径流系数具有很好的负相关关系，相关系数为－0．531，说明流域降水量和降水强度对流域产沙量和输沙量均有促进作用，而水体含沙量是降水和径流综合作用的结果。流域月降水量与月输沙量的关系基本符合幂函数关系，但年输沙量对降水的响应明显低于对月降水的响应，这说明鄱阳湖流域产沙是降水量和降水强度综合作用的结果。

［1］琚彤军，刘普灵，徐学选，等．不同次降雨条件对黄土区主要地类水沙动态过程的影响及其机理研究［J］．泥沙研究，2007(4):65－71．

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［3］孙鹏，张强，陈晓宏，等．鄱阳湖流域水沙时空演变特征及其机理［J］．地理学报，2010，65(7):828－840．

［4］樊哲文，黄灵光，钱海燕，等．鄱阳湖流域土地利用变化的土壤侵蚀效应［J］．资源科学，2009，31(10):1787－1792．

［5］叶许春，张奇，刘健，等．气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流变化的影响研究［J］．冰川冻土，2009，31(6):835－847．

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［7］许炯心，孙季．长江上游重点产沙区产沙量对人类活动的响应［J］．地理科学，2007，27(2):211－218．

［8］龚向明，李昆，万淑燕．人类活动与赣江流域泥沙变化规律研究［J］．江西水利科技，2006，32(1):24－27．