西江流域水资源演变情势分析

关键词：水资源；演变情势；人类活动；西江流域

中图分类号：TV21 文献标识码：A 文章编号：1001-9235（2024）11-0079-08

水是支撑人类生存和发展的基础性、战略性资源，对生态与环境的稳定发挥着重要作用，是支撑社会经济持续健康发展的关键因素［1］。近年来，众多学者对西江流域水资源状况进行了一系列分析评价。谢淑琴等［2］根据流域内主要水文站的实测资料从径流量的地区分布、年内分配等方面分析了西江流域的径流特性；方荣杰等［3］以西江流域干流4个水文站径流数据为基础分析了西江干流年径流变化情况；李继清等［4］基于西江流域干支流7个控制性水文站日径流资料从多个时间尺度分析了径流的时空演变特征。伴随着全球气候变化的不断加剧，人类对自然的改造与利用能力亦在日益增强，流域河川降水、径流水文过程发生了显著的变化［5-9］。胡彩虹等［10］利用降水径流双累积曲线关系分析了沁河流域实测径流对环境变化的响应；张鑫［11］采用累积量斜率变化率比较法分析了驱动因素对大清河流域径流的影响；张利平等［12］利用径流变化定量分离方法对滦河流域径流变化与气候波动、人类活动和土地利用变化的关系进行了评估；赵纪芳［13］通过构建滦河流域分布式水循环模型定量分析了土地利用变化、植被覆盖度变化以及水资源开发利用对滦河流域水资源量的影响。目前对西江流域水资源的研究多集中在对流域内重要水文站的实测径流特性进行分析，综合分析流域及各水资源分区的降水、蒸发、水资源量的研究较少且评价数据基准不统一，同时对降水与人类活动对西江流域水资源情势的影响研究较少。

本文以珠江片第三次水资源调查评价为基础，选定1956—2016年系列作为基准系列，对西江流域年降水量、年蒸发量、水资源量及其变化趋势进行分析评价，并分析降水与人类活动对水资源情势的影响，以期理清西江流域水资源演变情势，为西江流域水资源规划的编写、水资源的开发利用、重大水利工程的建设提供依据。

1西江流域基本情况

西江为珠江的主干流，发源于云南省曲靖市沾益区境内的马雄山，自上游至下游分别为南盘江、红水河、黔江、浔江及西江等段，整体流向自西向东，依次流经云南、贵州、广西、广东四省（自治区），支流涉及湖南省，干流全长2075 km，流域总面积35. 31万km²，境内34. 05万km²，包括南北盘江、红柳江、郁江、西江4个水资源二级区。西江干流已建大型水利枢纽水利工程包括龙滩、岩滩、大藤峡、长洲等，干支流水库总库容超900亿m³。高要水文站是西江中下游重点控制水文站，位于广东省肇庆市端州区、西江与北江交汇处思贤滘上游44 km处，建于1931年7月，控制流域面积35. 15万km²。

2数据和方法

2. 1数据

数据主要来源于珠江片第三次水资源调查评价1956—2016年系列（蒸发为1980—2016 年），西江流域范围内共选用雨量站672个，平均站点密度507 km²/站；选用蒸发站158个，平均站点密度2155km²/站；选用水文站118个，平均站点密度2885km²/站。高要水文站选取1956—2016年天然及实测径流系列进行分析，其中天然径流由实测径流采用分项调查法，按照水量平衡方程还原计算得到。

2. 2方法

2. 2. 1滑动平均法

滑动平均法是趋势拟合技术基础方法，通过某一时间序列下的平滑值来反映某要素变化趋势，可以使数据更加平稳，减小噪声和波动的影响［14］。滑动平均序列表示为：

3水资源情势分析成果

3. 1年降水量

西江流域（表1）1956—2016年系列多年平均年降水量为1 382. 2 mm，相应年降水总量为4 706亿m³。水资源二级区中，多年平均年降水量最大的是西江二级区，为1 648. 5 mm；其次是红柳江，多年平均年降水量1 463. 3 mm；最小为南北盘江，多年平均年降水量1 112. 9 mm。

1956—2016 年系列西江流域多年平均年降水量为1 382. 20 mm，第二次水资源调查评价（1956—2000年系列）西江流域多年平均年降水量为1 383. 37mm，相对差为-0. 1%，成果接近。各水资源二级区中与第二次水资源调查评价成果变化相对较大的为南北盘江区减少2. 14%。

对比1956—1979、1980—2000、2001—2016 年不同系列多年平均年降水量与同步基准系列多年平均年降水量（表2），西江流域1956—1979年系列多年平均年降水量比同步基准系列多年平均值大0. 67%；1980—2000年系列多年平均年降水量比同步基准系列多年平均值小0. 57%；2001—2016年系列多年平均年降水量比同步基准系列多年平均值小0. 23%；相对差均在1. 0% 范围内，整体变化不大。

西江多年平均年降水量等值线大体呈东北—西南走向，按照降水量级，多年平均年降水量大于1 600. 0 mm的地区（多雨带）主要位于流域中部柳江、红水河及中下游贺江一带；流域内其余范围均多处于湿润地带，多年平均年降水量为800. 0～1600. 0 mm。

绘制西江流域1956—2016年降水序列线并作5a滑动平均过程线，见图1。从图中看出，西江流域降水量年际间变化存在一定的振动规律，具有明显的丰枯周期，包括3个枯水段和3个丰水段。回归系数b=0. 308 4gt;0，5 a滑动平均倾向率大于0，说明年降水量过程呈波动上升变化趋势，用Mann-Kendall法检验，0

3. 2年蒸发量

西江流域1980—2016年多年平均水面蒸发水量为917. 3mm，与珠江区同系列多年平均水面蒸发量的比值为0. 95，1980—2000、2001—2016 年系列多年平均水面蒸发量分别为921. 0、912. 0mm。在本次评价中，西江流域1980—2016年系列多年平均水面蒸发量与1980—2000年系列多年平均水面蒸发量相近；2001—2016年系列多年平均水面蒸发能力在量值上比1980—2000年多年平均年蒸发能力小1. 0%左右，整体变化不大。

西江流域水面蒸发地区分布不均，多年平均水面蒸发量等值线分布大体呈东西走向，自南向北递减，南部普遍高于北部，平原一般高于山丘；流域内水面蒸发量高值区主要是在南盘江流域云南开远市、建水县、蒙自市等地，多年平均水面蒸发量达1 400. 0 mm以上；低值区主要是在广西北部柳州市、河池市的九万大山和元宝山区域，水面蒸发量仅为600. 0 mm。

3. 3水资源量

西江流域1956—2016年系列多年平均年地表水资源量2 298. 4 亿m³，折合径流深675. 1 mm（表3）。多年平均年地表水资源量最大的二级分区是红柳江区，为906. 7亿m³，占39. 4%；最小的是南北盘江区，为370. 7亿m³，占16. 1%。西江流域的地下水资源量为561. 7亿m³，山丘区地下水资源量为560. 6亿m³，平原区地下水资源量为1. 6亿m³，平原与山丘区地下水资源量重复量为0. 3亿m³。西江流域1956—2016年多年平均水资源总量为2299. 4亿m³，其中，地表水资源量为2298. 4亿m³，地下水资源量为561. 7亿m³，地表地下不重复计算量为1. 0亿m³。

1956—2016年系列西江流域多年平均地表水资源量为2298. 4亿m³，第二次水资源调查评价西江流域多年平均地表水资源量为2 306. 8亿m³，绝对差为8. 4亿m³，相对差为0. 36%，地表水资源量整体变化不大，地表水资源量多年平均值较稳定。从水资源二级区看，与第二次水资源调查评价结果相差较大的分区为南北盘江区，减少了4. 95%。

对比1956—1979、1980—2000、2001—2016年不同系列多年平均地表水资源量与1956—2016年多年平均地表水资源量（表4）发现，1956—1979年系列比1956—2016年系列小0. 48%；1980—2000年系列比1956—2016年系列大1. 34%；2001—2016年系列比1956—2016年系列小1. 03%；相对差均在2. 0%范围内，整体变化不大。

西江流域多年平均年径流深大于1000mm的地区主要包括柳江、桂江中上游、西江蒙江上游，多年平均年径流深多为1000～1600mm，局部地区1600～2000 mm；多年平均年径流深小于300m的地区主要包括南盘江蒙自、开远、建水一带及右江上游百色以上部分地区；其余地区多年平均年径流深处于300～1000mm。

绘制西江流域1956—2016年地表水资源量序列线并作5 a 滑动平均线，见图2。回归系数b=1. 674 1gt;0，5 a滑动平均倾向率大于0，说明年地表水资源量过程呈波动上升变化趋势，用Mann-Kendall法检验，0lt;Z=0. 492lt;1. 96，说明年地表水资源量过程增长不显著。

3. 4年降水量与年径流量的变化

流域降水量与径流量相关关系较为密切［18-21］，为进一步分析西江流域降水、径流变化趋势，选择西江主要控制站高要站1956—2016年天然径流和降水系列，绘制高要站径流、西江流域降水序列线和滑动平均线，见图3。由图可知，高要站年径流量与西江流域年降水量变化情况基本一致，5 a滑动平均线清楚表明两者变化具有基本相同的周期性，均包括3个枯水段和3个丰水段：1970年代至1980年代初期、1990年代中后期、2010年代中期属于丰水年段；1960年代、1980年代后期至1990年代初期、2010年代初属于枯水年段。

4降水与人类活动对水资源情势影响分析

4. 1分析思路

双累积曲线方法是目前分析水文气象要素一致性和演变趋势最直观、最广泛的方法［22］。通过建立西江流域降水与高要站天然径流双累积曲线（图4）可以发现，西江流域1956—2016年降水量与天然径流量双累积曲线大体上自1970年开始发生转折，查阅相关资料可知西江流域自1970年代初开始较大规模的水利工程建设，因此认为西江流域在1970年以前整体受人类活动影响较小，可以作为分析1970年以后人类活动对流域径流影响的基准期。

将1956—1970年作为基准期，建立基准期的西江流域降水-高要站天然径流双累积曲线关系，天然年均径流623. 3mm，计算年均径流613. 3 mm，相关指数R2达到0. 9988，径流深绝对误差-10. 0 mm，相对误差-1. 6%，说明两者相关关系较好，相关关系见图5。利用基准期该相关关系，进一步分析1970年以后变化期降水和人类活动对西江流域径流变化的影响。高要站1956—1970年天然径流量为WB；1970年后不同系列实测径流量为W_M，天然径流量为W_N；利用不同系列的降水量根据基准期的降水-径流相关关系推算的径流量为W_C。

4. 2影响分析

利用不同年代高要站天然、实测径流量以及西江流域降水量资料，对比分析降水和人类活动对流域径流情势变化的影响情况，分析结果见表5。

由表5看出，受不同年代降水丰枯程度的影响，降水对径流影响量变化幅度较大，对径流影响量为-95. 8亿～21. 2亿m³；人类活动的直接影响使径流减小，并且直接影响程度逐渐增大，影响量在从年代1的减小85. 1亿m³增大到年代4的减小153. 7亿m³；人类活动的间接影响使径流增大，影响量为86. 4亿～297. 2亿m³。考虑拟合存在的误差，推算径流量可能较天然径流量偏小1. 6%，考虑误差后4个年代降水变化对径流影响量为-62. 3亿～56. 6亿m³，人类活动直接影响变化量不变，人类活动间接影响变化量减小但仍未正值，各个因素对径流的影响贡献率发生一定变化但整体规律变化不大。

1971—1980、1991—2000、2001—2016年3个年代人类活动综合影响贡献率均大于降水影响贡献率；1981—1990年径流量减少144. 5 亿m³，降水影响大于人类活动影响，经调查分析广西1989年发生特大旱灾，西江流域1981—1990年年均降水量为各年代最低，该年代径流减少主要是因为降水量减少。4个年代中1971—1980、1991—2000两个年代人类活动的综合影响使径流增大，其余2个年代使径流减小。1971—2016年，受降水影响径流减少22. 6亿m³，受人类活动直接影响径流减少123. 9亿m³，受人类活动间接影响径流增大146. 3亿m³，受人类活动综合影响径流增大22. 4亿m³，径流量整体减少0. 2亿m³。降水影响和人类活动影响贡献率数值过大是由于影响量一正一负求和后绝对值偏小，造成比例值过大，符合实际情况。

5结论

本文以珠江片第三次水资源调查评价数据成果为基础，采用滑动平均法、Mann-Kendall 趋势检验法、定量分离等方法，对西江流域年降水量、年蒸发量、水资源量及其变化趋势进行了评价，分析了降水与人类活动对水资源情势的影响。

a）西江流域1956—2016年系列多年平均年降水量为1382. 2 mm，呈不显著波动上升趋势；流域1980—2016年多年平均水面蒸发水量为917. 3 mm，整体变化不大；流域1956—2016年系列多年平均年径流量为2298. 4亿m³，呈不显著波动上升趋势。

b）高要站年径流量与西江流域年降水量具有基本相同的周期性，均包括3 个枯水段和3 个丰水段。

c）1971—2016年4个年代降水对径流影响量为-95. 8亿～21. 2 亿m³；人类活动的直接影响使径流减小且影响程度逐渐增大；人类活动的间接影响使径流增大。