西、北、东江水资源特性分析

孔 兰，蒋任飞，杨 磊

(1.中水珠江规划勘测设计有限公司， 广州 510610；2.水利部珠江水利委员会水生态工程中心， 广州 510610；3.河海大学水文水资源学院，南京 210098)

珠江流域多年平均年径流量3 381 亿m3，是我国南方最大的河流，为一个复合流域，由西江、北江、东江及珠江三角洲诸河四个水系组成。西江是珠江的主干流，从源头自西向东流经云南、贵州、广西、广东，在广东三水市思贤滘与北江相汇后流入珠江三角洲，东江在广东省东莞市石龙镇附近汇入珠江三角洲，最后经虎门、蕉门、洪奇门、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门及崖门8个出海口门入注南海。珠江流域水系见图1，西、北、东江流域特征见表1。近年来，随着全球气候变化、河流梯级开发等人类活动的影响，西、北、东江径流出现了新的特点[1,2]。因此，深入研究西、北、东江的水资源特性，对于加强水资源保护、维护河流系统健康、更好地进行流域管理等，具有重要的意义[3-5]。

流域名称河流长度/km河道平均坡降/%流域面积/km2备注西江20750．058353120河长指源头至思贤滘的西滘口的长度北江4680．02646710河长指源头至思贤滘的北滘口的长度东江5200．03927040河长指源头至东莞市石龙的长度

1 主要研究方法

(1)Mann-Kendall法。Mann-Kendall法(以下简称M-K法)以气候序列平稳为前提，并且这序列是随机独立的，其概率分布等同。M-K法的优点在于不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适合于水文气象等非正态分布的数据。具体计算方法详见文献[6]、[7]。

(2)年内分配不均匀系数。采用年内分配不均匀系数Cu分析径流量的年内变化，Cu值越大，则年内各月径流量差异越大，径流量年内分配越不均匀，从而反映对径流量调控难度较大[8,9]。

(3)年内分配完全调节系数。年内分配完全调节系数Cr与年内分配不均匀系数Cu相似，值越大，则年内各月径流量年内分配越集中，即各月径流量差异越大[10]。

(4)集中程度。可用集中度Cn和集中期D表达径流量在年内各时段的集中程度以及最大径流量出现的时段。集中度就是将各月的径流量分月按一定角度以向量方式累加，其各分量之和的合成量占年总量的百分数，反映径流量年内集中程度，集中期是指径流量向量合成后的方位，反映全年径流量集中的重心所出现的月份，集中度和集中期的具体计算步骤见文献[11]-[13]。

2 水资源的年际变化

收集了西江高要站、北江石角站、东江博罗站3个控制性水文站1959-2010年共计52 a的水文实测资料进行计算分析，由图2、图3可以看出，西、北、东江径流量有明显的丰枯变化，长系列呈下降趋势。经计算，西、北、东江各水文站1959-2010年径流量系列变差系数分别为0.19、0.26、0.27，变差系数较小，有利于水资源的开发利用。

图3 各水文站1959-2010年径流量累积距平曲线Fig.3 Cumulative anomaly curves of runoff from 1959 to 2010 of hydrological stations

由图4可以看出，西、北、东江径流量不同年代年平均径流量有明显的差异，西江高要站20世纪70、90年平均径流量较大，20世纪60年代年平均径流量次之，20世纪80年代及21世纪00年代年平均径流量较小；北江石角站20世纪70、90年平均径流量较大，20世纪80年代及21世纪00年代年平均径流量次之，20世纪60年代年平均径流量最小；东江博罗站20世纪70、80年平均径流量较大，20世纪90年代及21世纪00年代年平均径流量次之，20世纪60年代年平均径流量最小。

利用M-K法对西、北、东江控制性水文站径流量序列进行计算分析(图5)，结果表明：西江高要站径流量序列在1968-1987年和1997-2003年具有上升趋势，其他时段具有下降趋势，但是变化趋势都没有通过95%的置信度检验，上升或下降趋势不显著。北江石角站径流量序列在1996-2008年具有上升趋势，在1963-1974年和1986-1994年具有下降趋势，上升或下降趋势不显著。东江博罗站径流量序列在1976-1988年具有上升趋势，在1959-1975年和1989-1996年具有下降趋势，上升或下降趋势不显著。

图5 各水文站径流量序列的M-K法检测结果Fig.5 M-K test of runoff series of hydrological stations

3 水资源的年内变化

珠江流域径流由降水形成，随降水量变化而变化。降水年内分配不均匀，4-9月降水量约占全年降水量的75%～80%。径流时空变化特性与降水时空变化基本对应，年径流模数变化趋势为：从上游向中下游递增；径流年内分配也不均匀，每年4-9月为汛期，10月-翌年3月为枯水期，汛期径流量接近全年80%；枯水期径流量约占20%，最枯月平均流量常出现在每年的12月至次年2月，其中尤以2月份最枯。见图6。

图6 各水文站多年平均径流年内分配图Fig.6 Annual distribution of annual runoff of hydrological stations

径流量年内分配不均匀系数Cu、Cr年内分配完全调节系数值越大，则年内各月径流量差异越大，径流量年内分配越不均匀，从而反映对径流量调控难度较大；径流量年内分配不均匀系数Cu、Cr年内分配完全调节系数值越大，则年内各月径流量差异越大，径流量年内分配越不均匀，从而反映对径流量调控难度较大；集中程度集中度Cn和集中期D表达径流量在年内各时段的集中程度以及最大径流量出现的时段，集中度越大，反映径流量年内集中程度越大，集中期反映全年径流量集中的重心所出现的月份；最大月平均径流量、最小月平均径流量与年平均径流量之比，分别称为极大比Cmax和极小比Cmin，最大月平均径流量与最小月平均径流量之比为极值比Cm。为了识别西、北、东江径流量的年内变化规律，分析了西江高要站、北江石角站、东江博罗站3个控制性水文站径流量年内分配不均匀系数、年内分配完全调节系数、集中程度和变化幅度。

由表2、图7可以看出西、北、东江径流量的年内变化在不同时间段存在差异：

(1)20世纪60年代以来，西江高要站、北江石角站径流量年内分配不均匀系数、年内分配完全调节系数、集中程度、极大比、极值比较大，并且长系列变化趋势不明显；东江博罗站径流量年内分配不均匀系数、年内分配完全调节系数、集中程度、极大比、极值比较小，并且长系列具有明显的下降趋势，径流量年内分配具有明显均匀化趋势；东江博罗站比西江高要站、北江石角站径流量年内分配更均匀，有利于水资源的开发利用。

表2 各水文站不同时间段径流量年内变化指标值对比表Tab.2 Comparison table of annual variation of runoff at different hydrological stations in different time periods

图7 各水文站径流量年内变化指标值变化Fig.7 Variation of annual runoff index value at different hydrological station

(2)20世纪60年代以来，西江高要站、北江石角站径流量极小比较小，并且长系列变化趋势不明显；东江博罗站径流量极小比较大，并且长系列具有明显的上升趋势，说明东江年最小流量占年平均径流量比值有较明显增加趋势。

(3)西江高要站集中期主要在7月和8月，北江石角站集中期主要在5、6月，东江博罗站集中期主要在6、7月，西、北、东江径流量集中期长系列变化趋势不明显。随着经济社会的快速发展，水利工程建设、水土流失治理、取用水等人类活动的影响逐步加剧，一定程度上对径流起到了削峰填谷作用，使下游枯季径流增加，汛期径流减少，东江流域此调节作用将更加明显，对下游河段水资源的影响有所增加，长远来看，这种水资源变化特征对下游增加供水、减少水旱灾害等方面是有利的。

4 结 语

(1)西、北、东江径流量的年际变化特征为：西、北、东江径流量长系列呈下降趋势，并具有明显的丰枯变化，不同年代年平均径流量有明显的差异；西、北、东江径流量系列在不同时段具有上升趋势或下降趋势，但是变化趋势都没有通过95%的置信度检验，上升或下降趋势不显著。

(2)西、北、东江径流量的年内变化特征为：西、北、东江径流量的年内变化在不同时间段存在差异性，20世纪60年代以来，西江、北江径流量年内分配不均匀性较东江径流量年内分配不均匀性大；东江径流量年内分配具有明显均匀化趋势，东江年最小流量占年平均径流量比值有较明显增加趋势，有利于水资源的开发利用；西、北、东江集中期也具有差异性，西、北、东江径流量集中期长系列变化趋势不明显。

(3)水利工程建设等人类活动的影响逐步加剧，一定程度上对径流起到了削峰填谷作用，东江流域此调节作用将更加明显，长远来看，这种水资源变化特征对下游增加供水、减少水旱灾害等方面是有利的。

□

[1] 陈晓宏,王兆礼.东江流域土地利用变化对水资源的影响[J].北京师范大学学报(自然科学版)， 2010,(3):311-316.

[2] 李 艳,陈晓宏,王兆礼.人类活动对北江流域径流系列变化的影响初探[J].自然资源学报,2006,21(6):910-915.

[3] 汪丽娜,陈晓宏,李粤安,等.西江流域径流演变规律研究[J].水文, 2009,29(4):22-25.

[4] 孔 兰,陈俊贤,陈晓宏.南方多沙河流水沙演变特征及水库的影响分析[J].水文,2012,32(4):49-53.

[5] 孔 兰.新丰江水库水资源综合利用存在问题初探[J].中国农村水利水电,2012,(10):58-60.

[6] Zhang Qiang, Xu Chong-yu, Stefan B, et al. Sediment and runoff changes in the Yangtze River basin during past 50 years [J]. Journal of Hydrology, 2006,331:511-523.

[7] Mann HB. Nonparametric tests against trend[J]. Econometrica, 1945,13:245-259.

[8] 李 艳,陈晓宏,张鹏飞.北江流域径流序列年内分配特征及其趋势分析[J].中山大学学报:自然科学版, 2007,(5):113-116.

[9] 王金星,张建云,李 岩,等.近50年来中国六大流域径流年内分配变化趋势[J].水科学进展,2008,(5):656-660.

[10] 汤奇成,程天文,李秀云.中国河川月径流的集中度和集中期的初步研究[J].地理学报,1982,37(4):383-393.

[11] Zhang Q, Xu CY, Chen YQ, et al. Spatial assessment of hydrologic alteration across the Pearl River Delta, China, and possible underlying causes [J]. Hydrology Process, 2009(23):1 565-1 574.

[12] 孔 兰,陈俊贤.多沙河流水沙年内分配特征研究[J].水力发电. 2012,38(6):12-15.

[13] 刘贤赵,李嘉竹,宿 庆,等.基于集中度和集中期的径流年内分配研究[J].地理科学, 2007,(6):791-795.

[14] 王兆礼,陈晓宏,杨 涛.东江流域径流序列年内分配特征研究[J].人民黄河, 2011,33(2):37-39.