乐安河流域水文气象要素变化特征分析

郭庆冰，刘文飞，李 凤，李慧明

(1.南昌工程学院，江西 南昌 330099；2.江西省水文局，江西 南昌 330003)

乐安河流域水文气象要素变化特征分析

郭庆冰1，刘文飞1，李 凤1，李慧明2

(1.南昌工程学院，江西 南昌 330099；2.江西省水文局，江西 南昌 330003)

水文；气象；趋势分析；乐安河流域

根据乐安河流域1954—2013年水文、气象资料，采用非参数统计方法Mann-Kendall和Spearman秩相关检验对其降水、气温、暴雨、干旱和径流变化进行趋势分析。结果表明：乐安河流域降水总体呈弱减少趋势，其中春、秋、冬季降水量呈减少趋势，夏季降水量呈增加趋势；平均气温呈极显著增加趋势；全年干旱时间呈上升趋势，除了20世纪60年代其他时期整体上表现为秋冬旱出现频率高于夏旱；流域径流变化与年降水量总体变化趋势基本吻合。以上结果说明，该流域季节性干旱和洪涝灾害有进一步加剧的风险，需要采取措施应对全球气候变化对区域水资源的影响。

鄱阳湖是我国五大淡水湖之一，近年来其枯水期水位连创新低，低水位持续时间延长、旱涝灾害频发等引起学术界的广泛关注[1-6]。研究表明，洪涝、干旱等极端气候事件频发，与气候变化对流域水资源时空分布的影响有着密切的关系[7-11]，科学评估气候变化动态对制订科学的流域管理计划有重要意义。乐安河是汇入鄱阳湖的主要河流之一，其水量变化将直接影响鄱阳湖的水量平衡[12-14]，但关于水文气象要素对水资源影响的研究成果鲜有报道。在鄱阳湖流域研究的大背景下，在长序列的水文、气象数据的基础上，采用非参数统计方法Mann-kendall和Spearman秩相关检验分析了乐安河流域降水、气温、暴雨、干旱和径流等年(季、月)变化趋势，希望能为保护鄱阳湖水资源和维护江西省乃至长江中下游生态安全提供参考资料。

1 研究区概况

乐安河属饶河支流，位于28°55′41″～29°1′21″N、116°29′35″～117°48′24″E，海拔12～57 m，发源于江西省婺源县芙蓉岭，流经婺源、德兴、乐平、万年、波阳等县，与昌江之水合流称饶河，西注鄱阳湖，全长279 km，流域总面积9 616 km2[15]。该流域位于中亚热带湿润季风区，四季分明，气候温和，雨量充沛，日照充足，无霜期长，年降水量1 786.7 mm，年平均无霜期246～304 d，年平均日照时数1 760～2 105 h，雨季(4—6月)降水量约占全年降水量的46%，年蒸发量为1 342.7 mm，年平均气温17.5℃，多年平均径流深约1 115 mm。流域地带性植被为亚热带常绿阔叶林，土地利用类型以林地为主，占流域总面积的70.025%，其次是耕地(23.006%)、草地(3.247%)、城乡工矿居民用地(2.054%)、水域(1.673%)和未利用地(0.004%)。

2 资料和方法

2.1 数据来源

本研究所用的水文数据来自江西省水文局，利用虎山水文站1954—2013年逐日流量计算得到年(月)平均流量数据。气象数据(1954—2013年)来自江西省气象局和中国气象科学数据共享服务网，以波阳、德兴、景德镇3站数据为主。由于流域地势平坦，空间变异相对较小，因此流域温度和降水量采用各站点加权平均值计算得到[16-17]。

2.2 研究方法

暴雨数据采用日降水量(中国气象局规定24 h降水量超过50 mm为暴雨)统计出每年暴雨次数及暴雨强度，并分别计算出5、10、20、50、100年一遇暴雨量；根据《气象干旱等级》规定，连续无降雨时间超过夏季16～25 d、秋冬季31～50 d即为干旱天气，据此标准统计历史上出现的干旱持续时间。

趋势检验是根据时间的变化，对流域水文气象序列趋势性变化进行分析，研究检验某一时期内某地区水文、气象数据可能存在的趋势变化情况，如果发现了显著的趋势变化，则可进一步分析影响因素。本研究采用Mann-Kendall法和Spearman秩相关检验[18-20]分析乐安河流域1954—2013年气象和水文数据的年(季、月)变化趋势。应用 SPSS 17.0等软件，进行相关性分析和回归分析。

3 结果与分析

3.1 降水变化趋势分析

3.1.1 降水年际变化特征

图1为乐安河流域降水量年际变化。由图1知，该流域降水量年际变化大，如1954年降水量高达2 595.8 mm，但1978年仅为1 186.6 mm，相差1 409.2 mm；比较典型的阶段，1954—1960年降水量呈显著减少趋势，1964—1974年降水量围绕多年平均值变化不大，20世纪90年代降水量较多，21世纪初又出现减少趋势。根据水文频率曲线，频率≤5%对应年份降水量极为丰富，包括1954年(2 595.8 mm)、1993年(2 420.1 mm)、1998年(2 449.0 mm)、1999年(2 426.1 mm)、2010年(2 444.9 mm)；频率≤95%对应年份降水量贫乏，包括1963年(1 231.0 mm)、1978年(1 186.6 mm)。分析可知，20世纪90年代降水量丰富，共出现3次降水量极为丰富的年份，其中1998年乐安河流域年降水量达到了仅次于1954年的历史第二高值；而20世纪60年代、70年代各出现一次降水量极为匮乏的年份。

图1 乐安河流域降水量年际变化

3.1.2 降水季(月)变化特征

乐安河流域月平均降水量见图2。1954—2013年乐安河流域年平均降水量为1 786.9 mm，其中4—6月份降水量为826.3 mm，占全年降水量的46%；9—12月份降水较少，为258.6 mm，仅占全年降水量的14%。根据1954年以来月降水量数据，月正向、负向降水变化趋势Mann-kendall检验结果见表1。结果表明：该流域春、秋、冬季降水量呈减少趋势(春、秋、冬季相关系数为-0.155、-0.010、-0.072)，夏季则呈增加趋势(夏季相关系数为0.050)，但均未达到统计上的显著水平；2、4、5、9月份均呈下降趋势，其中5月份呈显著负趋势(P<0.05)，其他月份呈上升趋势。

图2 乐安河流域月平均降水量

表1 乐安河流域月降水变化趋势Mann-kendall检验结果

3.1.3 暴雨、干旱年际变化特征分析

根据对暴雨数据(24 h降水量)的统计，乐安河流域6月份暴雨次数最多、强度最大，6、7月份连续暴雨次数最多、时间最长。乐安河流域5年一遇暴雨量为98.4 mm，10年一遇112 mm、20年一遇125.0 mm、50年一遇139 mm、100年一遇150 mm；5、10、20年一遇暴雨量在20世纪90年代出现次数最多、80年代出现次数最少；50年一遇暴雨量在20世纪60、80年代各出现1次，90年代出现4次，21世纪初出现多达6次；100年一遇暴雨历史上总共出现过7次，而近10年就集中了4次，这与全球气候变暖加剧、洪涝灾害频发密切相关。此外，暴雨发生次数年际分布不均匀(表2)，其中20世纪60年代出现次数最少(59次)，90年代出现次数最多(111次)，总体上呈增加的趋势，尤其是1990年之后暴雨强度和暴雨频率都显著增加。

对1954—2013年干旱分布进行分析发现，乐安河流域秋冬旱出现频率整体高于夏旱，在20世纪60年代出现突变情况，夏旱时间高达221 d，而秋冬旱仅有35 d(表2)。流域干旱情况有所加重，尤其是2003、2004年和2007年干旱时间分别达到56、81、57 d，与此对应的是近20年来暴雨出现频率明显加大，这说明近年来极端气候出现频率增加。

表2 乐安河流域夏旱、秋冬旱、暴雨分布统计

3.2 气温变化趋势分析

对乐安河流域气温变化趋势进行分析，结果见图3、4。乐安河流域年平均气温为17.5 ℃，其中7月份温度最高(29 ℃)，1月份温度最低(5.2 ℃)。1954—2013年该流域气温总体呈极显著上升趋势(P<0.01)，上升速率为0.25 ℃/10 a。

图3 乐安河流域月平均气温

图4 乐安河流域年平均气温变化及5年滑动平均

3.3 径流变化趋势分析

受人类活动及气候变化的影响，乐安河流域径流量发生了明显变化，采取Mann-kendall法和滑动平均法对1954—2013年数据进行趋势分析，采用径流深来定义径流的变化情况。由Mann-kendall检验知，1954—1963年径流量呈减少趋势，1963年径流深为最小(489.4 mm)，1978—1995年径流量呈显著上升趋势，1998年发生特大洪水，该流域年径流深曾高达2 297.7 mm，2000年以后径流深持续减小，尤其是2003、2004、2007年连续枯水年，年径流深明显减小(详见图5)。同时，径流量变化趋势大体上与降水量趋势吻合，表明径流量与降水量密切相关。

图5 乐安河流域径流深年际变化

4 结论与讨论

(1)1954—2013年乐安河流域降水总体呈弱减少趋势，其中春、秋、冬季降水量呈减少趋势，夏季降水量呈增加趋势。流域降水量年际变化大，降水主要集中在4—6月，且暴雨强度和暴雨频率都显著增加，这与任玉玉等[21]提出的江西省近50年极端降水事件强度、频率呈上升趋势，尤其暴雨和极端强降水强度和时间增加明显的结论相似。

(2)1954—2013年乐安河流域年平均气温总体呈极显著上升趋势，全年干旱时间也呈上升趋势。除了20世纪60年代，整体上表现为秋冬旱出现频率高于夏旱。尤其是近10年来干旱情况日益加剧，如2003、2004和2007年都出现历史上的极端干旱天气，降水量较多年平均值偏少40%以上[22-23]。此外，近10年乐安河流域夏季存在明显的旱涝并存、交替现象，针对流域出现的这种不稳定的水文情势，应该积极采取措施，提高防御干旱、洪涝灾害的能力。

(3) 乐安河流域径流变化与年降水量总体变化趋势基本吻合，其中1978—1995年径流量均呈显著上升趋势，这可能与该期降雨量明显增加和土地利用发生较大改变有关。

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(责任编辑 李杨杨)

江西省水利厅科技项目(KT201316)；江西省自然科学基金项目(20142BAB214006)；南昌工程学院2014年大学生创新创业项目(省级)

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1000-0941(2015)08-0060-04

郭庆冰(1991—)，男，江西萍乡市人，硕士研究生，主要从事水土保持方面的研究；通信作者李凤(1963—)，女，江西进贤县人，教授，学士，主要从事水土保持教学与研究工作。

2015-05-01