近20年鉴江干流径流量变化分析

张义宇

（广东省水文局茂名水文分局，广东 茂名 525000）

鉴江流域是广东第三大水系，多年平均年径流量为52.1×108m3。近年来，广东省水利厅开展粤西水资源配置工程，特别是高岭拦河坝的建设为茂名、湛江的水资源调度起了积极作用。鉴江自90 年代起由于水资源开发利用程度较高造成河床下切，2000 年后河床基本稳定，但目前对鉴江干流径流趋势的分析缺乏专门研究，加强该方面研究对鉴江流域的生态和环境治理具有重要的理论和现实意义。本研究对2000～2019 年的径流量、年降雨量的变化特点及演变趋势进行分析，可为鉴江生态保护和资源开发提供科学依据。

鉴江流域集雨面积6 914km2，地处北回归线以南，为亚热带季风气候区，常年受海洋性和大陆性气候影响，雨量充沛，平均降水量1 820.0mm，年降水量多在1 600.0mm 以上，但年内分布不均、地区差异大。降水多集中在汛期4～10 月，约占年降水量的88%，11 月至次年3 月降水量占年降水量的12% ；降水量受地形影响变化明显，平均变幅在1 400.0mm～2 800.0mm，降水量年际变化也较大，丰水年与枯水年降水量比值可达2～4 倍。

罗江是鉴江最大的一级支流，发源于茂名市信宜旺将，先入广西北流勾髻顶西南，后经高州荷花、石板，化州播扬、宝圩、那务至合江与平定水汇合后，经江湖、林尘、中垌等地在化州市区汇入鉴江，全长143km，纵贯化州境内110 km。全流域集雨面积2 618km2，茂名市境内集雨面积1 943km2，罗江床平均坡降0.64‰（见图1）。

化州站为鉴江干流控制站，控制集雨面积占鉴江流域89.0%；高州站为鉴江干流中上游控制站，控制集雨面积占鉴江流域42.0%。根据鉴江流域水文站的分布情况，选用化州、高州站2000～2019年径流量和降雨量资料，该资料经水文整编刊印，准确可靠。

图1 鉴江流域水系

2.1 Mann-Kendall 方法

Mann-Kendall 趋势检验法（以下简称“M-K法”），是一种非参数统计检验方法，其特点是不用遵从样本的规律分布，不受少数异常值的干扰，人为性少，较适用于类型变量、顺序变量分析。M-K法趋势检验统计量如下[1]：

式（1）、（2）中：xj为时间序列的第j 个数据值；n 为数据样本的长度；Sgn 为符号函数。

当S 为正态分布，平均值为0，且 n ≥8 时方差为：

式（3）、（4）中：ti为第i 组数据点的数目；Z为标准化统计量。

Z ＜0 时，序列存在下降趋势；Z ＞0 时，序列存在上升趋势；Z 绝对值≥1.28、1.64、2.32 时，分别表明序列通过置信度为90%、95%、99%的显著性检验。

当M-K 法进一步用于序列突变检验时，统计量和前面的Z 存在差异，Z 服从标准正态分布M-K法突变检验的原理对于时间序列X（含有n 个样本），构造一个秩序列：

式（5）、（6）中：E(sk)=k(k+1)/4；Vac(sk)=k (k-1)(2k+5)/72。

UFk 为标准正态分布，给定一个显著性水平a=0.05，那么临界值U0.05= ±1.96，将UFk和UBk两个统计量序列曲线和±1.96 两条直线均绘在一张图。当UFk和UBk值大于0，表明序列呈上升趋势，小于0 表明呈下降趋势。当它们超过临界直线时，表明上升或下降趋势显著，超过临界线的范围为出现突变的时间区域。UFk 和UBk 线出现交点，交点在临界直线之间，突变开始的时刻即交点对应的时刻。

2.2 双累积曲线

双累积曲线是检验两个参数关系变化的常用方法，在直角坐标系中绘制同序列的两个变量连续累积值关系线，被检验的变量为纵坐标，参考变量为横坐标。它可用于水文气象要素一致性的检验、缺值的插补或资料校正，以及水文气象要素的趋势性变化及其强度的分析[2]。

3.1 M-K 分析变化趋势

按公式（4）计算，得到鉴江流域径流量和降雨量的M-K 检验结果（见表1），各站点年径流量趋势不显著，没有明显优势。化州站年径流量和年降雨量没有显著变化趋势。高州站年径流量上升趋势不明显，年降雨量平稳。

表1 M-K分析结果

3.1.1 各站M-K 显著性检验

化州、高州M-K 显著性检验（见图2）得出，在径流量无显著增加情况下，化州站2013 年测得超20 年一遇流量，为化州站建站以来实测第二大流量。高州站2013 年测得建站以来第四大流量。

3.1.2 各站U 值突变检验

为进一步分析变化趋势，由公式（6）、（7）分析并绘制U 值突变检验（见图3），可知各站径流量UF 值与UB 均在±1.96 内。化州站2000～2005 年呈下降趋势，2006～2013 年呈平稳趋势，2014～2019 年呈下降趋势。高州站径流量2000～2005 年呈下降趋势，2006～2019 年呈平稳上升趋势，但趋势不明显。

化州站降雨量2003～2007 年呈下降趋势，2008～2015 呈上升趋势，2016～2019 年呈平稳趋势，2002、2008 年UF 值与UB 值有交点站为突变点，降雨量均超2 500mm。高州站2001～2007 年呈下降趋势，2008～2019 年呈上升趋势，在2008、2012、2013 年UF 值与UB 值有交点站为突变点，降雨量均超2 100mm。

图2 各站年径流量、年降雨量显著性

图3 各站年径流量、年降雨量U值突变检验

图4 年径流量和年雨量双累积曲线

3.2 双累积曲线

为分析鉴江干流各站径流量、降雨量的变化，结合高州、化州站集雨区域的面雨量，绘制了年径流量和年降雨量双累积曲线（见图4），可得出：

（1）化州、高州站的双累积曲线特点较为相似，基本呈直线关系，说明各站径流量、降雨量的变化基本同步，变化不明显。高州站为鉴江中上游，曲线呈45°；化州站为鉴江下游，曲线往右偏，为汇流流量总和。

（2）运用统计软件SPSS 对各站2000～2019 年径流量、降雨量进行Pearson 相关分析（见表2），各站都表现出显著正相关关系。化州、高州站相关分析P 值为0.908、0.942，说明径流量和降雨量年际关系相关性密切。

表2 鉴江流域主要控制站历年径流量与降雨量关系

据M-K 分析结果，各站年径流量趋势不显著无明显优势。2012～2013 年径流量、年降雨量达到高峰，其他年份趋于平稳；而U 值突变检验结果任务，各站径流量UF 值与UB 均在±1.96 内。各站变化趋势呈稳定状态，大部分在多年平均径流量、年降雨量范围。2008、2012、2013 年存在突变点，为降雨造成径流量增大[3]。鉴江干流各站年径流量和降雨量长期变化趋势稳定。回归分析结果显示，各站符合幂函数关系，Pearson 相关性显著。

通过鉴江水资源分析以及水资源评价指标体系构建，开展鉴江地表水资源、地下水资源、水资源总量和水资源可利用量评价研究，对加快推进粤西水资源配置工程具有重要意义。