鉴江干流水沙变化探讨

张义宇

（广东省水文局茂名水文分局，广东 茂名 525000）

鉴江流域土地年侵蚀模数平均每平方公里200～500 吨，而河流输沙量是考核河道降低侵蚀过程水土保持量的重要指标，因此研究河流输沙量变化为水土保持、河道泥沙来源提供了重要信息，是水文行业重要的研究内容。鉴江是广东省粤西沿海中最大河流，自90 年代起水资源开发利用程度较高，造成了河床下切。对此根据鉴江干流主要控制水文站实测径流量和输沙量资料，分析研究鉴江流域水沙变化情况，从而更为合理地利用鉴江水资源，具有现实意义。

1 流域概况

鉴江流域集雨面积6 914 km2，多年平均降水量1 800.0 mm，年降水量大多在1 600.0 mm 以上，但各地区、地形存在较大差异，造成降水量分布不均匀。降水主要集中在4～10 月，占年降水量的80%以上，降水量平均变幅为1 400.0～2 800.0 mm（鉴江流域水系见图1）。

图1 鉴江流域水系

罗江是鉴江最大的一级支流，全流域集雨面积2 618 km2，茂名市境内集雨面积1 943 km2，其发源于茂名市信宜旺将，至合江与平定水汇合后，在化州市区汇入鉴江，全长143 km，河床平均坡降为0.64‰。

2 资料及分析方法

2.1 资料情况

高州站（国家重要水文站）为鉴江干流中上游控制站，控制集雨面积占鉴江流域面积42.0% ；化州站（国家重要水文站）为鉴江干流控制站，控制集雨面积占鉴江流域面积89.0%；合江站（国家基本水文站）为鉴江支流罗江中游控制站，控制集雨面积占鉴江流域面积27.6%。根据鉴江流域水文站的分布和水文整编刊印资料数据，选用化州、高州、合江站的径流量、输沙量资料（见图2），研究鉴江流域2000～2019 年20 年的水沙关系变化特征。

图2 径流量和输沙量历年变化情况

2.2 研究方法

2.2.1 Mann-Kendall 法

通过 Mann-Kendall 非参数秩次检验法（简称“M-K 法”）、Mann-Kendall 突变检验，按照时间序列排列年输沙量、年径流量，计算UBK、UFK 统计值的变化过程，对数据的变化进行判断。

2.2.2 双累积曲线法

通过双累积曲线法检验两个参数间累积的关系，对曲线累积情况的一致性进行讨论。在直角坐标系中绘制变量的连续累积值的关系线，以被检验的变量为直角坐标系的纵坐标，参考变量为直角坐标系的横坐标。

3 结果分析

3.1 M-K 法

运用M-K 法对化州、高州、合江站近20 年年径流量、年输沙量进行趋势分析，结果见表1。当统计量Z ＜0 时表示趋势减少，Z ＞0 时表示趋势增加，而Z 的绝对值在大于或等于1.28、1.64、2.32时则表示通过了信度90%、95%、99%显著性检验。可见，化州、合江站年径流量统计量值总体平稳，变化趋势不显著，而高州站Z=1.40,呈缓慢上升趋势。高州、合江站年输沙量统计量值总体平稳，变化趋势不显著，而化州站Z=1.36,呈缓慢上升趋势。

表1 鉴江控制站水文径流量和输沙量M-K 分析结果

为进一步分析鉴江干流水文站变化趋势，对年输沙量进行M-K突变检验分析，并绘制U 值突变检验图(见图3)。由图3 可知，化州站2001、2010、2012年输沙量UF 值与UB值有交点，说明该时间段有较小程度的突变现象，之后年份UF 线呈缓慢上升趋势，其余年份在显著范围±1.96 内；高州站2000 年输沙量UF 值与UB 值有交点站，存在较小程度的突变现象，年输沙量较小，为9.35 万立方米，其余年份在显著范围±1.96 内。合江站2007、2018 年有交点站，该时间段年输沙量关系不稳定存在较大变化，其余时段趋势持平稳状态。总体而言，自2010 年实施《广东省鉴江流域水资源分配方案》以来，输沙量呈减少或平稳的趋势，各站年输沙量呈现出“减-增-减-平稳”波动。输沙量中泥沙受洪水冲刷、泥沙开发、拦河坝开关闸等因素影响，反应较为突出，年际间沙量变化明显。

图3 各站年输沙量系列统计值变化

对年径流量进行M-K 突变检验分析（见图4）。由图4 可知，高州、化州、合江站各年份在显著范围±1.96 内；化州站2008、2013 年，高州站2008、2012、2015 年，合江站2008、2011 年，年径流量UF 值与UB 值有交点站，说明该时间段有较小程度的突变现象。总体而言，自2010年实施《广东省鉴江流域水资源分配方案》后，因2010 年至2019 年高岭拦河坝起到水资源调控作用，径流量呈减少或平稳趋势，各站年径流量呈现出“减-增-平稳”波动[2]。

图4 各站年径流量系列统计值变化

3.2 水沙双累积曲线

为分析化州、高州、合江站径流量、输沙量的不同变化，绘制了径流量和输沙量双累积曲线[3]（见图5）。发现化州、高州、合江站的水沙双累积曲线呈向上弯曲，各站径流量、输沙量的变化情况基本相似，来水含沙量变化不明显。高州、合江站的双累积曲线特点较为相似，整体呈上凸状态、往左偏，输沙量的减少幅度小于径流量的减少幅度，相对含沙量增加；化州站总体呈45°变化，径流量和输沙量总体变化一致。

图5 径流量和输沙量双累积曲线

运用SPSS 统计软件对化州、高州、合江站2000～2019 年累积输沙量、累积径流量进行Pearson 相关分析（见表2），相关系数P =0.8～1.0，为极强相关。表2 表明,各站都表现出显著正相关关系，化州、高州、合江站P 值分别为0.981、0.977、0.974，说明径流量和输沙量年际关系相关性密切。

表2 鉴江干流主要控制站历年径流量与输沙量关系

化州、高州、合江站年输沙量年际变幅Cv 值、输沙量保证率见表3。从表3 可看出，从上游往下游各站输沙量变化系数呈逐渐减少趋势，其主要原因是下游集雨面积大，不易受干扰。

表3 鉴江干流主要控制站近20 年输沙量特征

4 结论

根据M-K 分析结果，高州、化州、合江站输沙量呈减少或平稳的趋势，各站年输沙量呈“减-增-减-平稳”波动；径流量呈减少或平稳的趋势，各站年径流量呈“减-增-平稳”波动；各站年际变化不均匀，化州、高州、合江站2008 年年径流量为近20 年最大，而高州、合江站2008 年年输沙量为近20 年最大；各站2000 年年径流量、输沙量为近20 年最小。

自2010 年实施《广东省鉴江流域水资源分配方案》后，输沙量、径流量较为稳定。根据径流量和输沙量双累积曲线分析，鉴江各站年径流量和年输沙量长期变化趋势稳定，呈上凸型，回归分析结果认为，各站符合幂函数关系，Pearson 相关显著[4]。