莫明浩, 楊筱筱, 肖勝生, 涂安國

(1.江西省水土保持科學研究院, 南昌 330029;2.江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室, 南昌 330029; 3.江西省水文局, 南昌 330002)

鄱陽湖五河流域入湖徑流泥沙變化特征及影響因素分析

莫明浩1,2, 楊筱筱3, 肖勝生1,2, 涂安國1,2

(1.江西省水土保持科學研究院, 南昌 330029;2.江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室, 南昌 330029; 3.江西省水文局, 南昌 330002)

為探討鄱陽湖五河流域入湖徑流泥沙變化特征，以便為流域水土保持生態(tài)建設和湖泊水資源的合理利用提供科學依據(jù)，根據(jù)鄱陽湖五河流域5個入湖水文控制站1959—2012年徑流量和1980—2012年輸沙量數(shù)據(jù)資料，采用過程線法、滑動平均值法、相關系數(shù)檢驗法和年不均勻系數(shù)法進行了分析。結果表明：五河入湖徑流量整體無明顯上升或下降趨勢；五河年平均輸沙量均有整體顯著下降趨勢；贛江流域的年均輸沙量從80年代初開始有顯著減少趨勢，而其他的撫河、信江、饒河、修河四個流域的年平均輸沙量均是從21世紀初有顯著減少趨勢；水利、水保及林業(yè)工程是鄱陽湖五河流域入湖徑流泥沙變化的主要影響因素。

徑流; 泥沙; 變化; 影響因素; 鄱陽湖

鄱陽湖位于長江中下游南岸，為我國第一大淡水湖，是長江干流重要的調(diào)蓄性湖泊，在長江流域中發(fā)揮著巨大的調(diào)蓄洪水和保護生物多樣性等特殊生態(tài)功能。鄱陽湖流域面積為16.22萬km2，其中97%位于江西省境內(nèi)，承納贛江、撫河、信江、饒河、修河五大河流水系。災害性洪水和泥沙淤積等徑流泥沙問題是鄱陽湖始終面臨的重大問題，對江西省及長江干流水情會產(chǎn)生重大影響[1-2]。近幾十年來，五河流域入鄱陽湖的徑流量和泥沙量發(fā)生了一定的變化，水庫等水利工程與水土保持工程對其有著深刻的影響。對于鄱陽湖水沙變化，已開展過不少研究，重點主要集中在對入湖徑流量變化趨勢[3-6]或其某一子流域徑流泥沙量變化[7-8]的分析，而對整個鄱陽湖流域入湖徑流量和泥沙量的變化、五河流域水沙變化的差異以及影響入湖徑流泥沙原因的系統(tǒng)研究較少。本文全面分析鄱陽湖五河流域入湖徑流泥沙變化特征及影響因素，以期掌握在水土保持工程和水利工程影響下流域徑流泥沙的演變規(guī)律，不僅有利于流域水土保持生態(tài)建設，同時也有利于對湖泊水資源的合理利用。

1 數(shù)據(jù)來源和分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

鄱陽湖流域徑流泥沙等數(shù)據(jù)均來源于江西省水文部門，本文選取鄱陽湖五河流域入湖口水文站的長系列徑流泥沙數(shù)據(jù)和降雨量數(shù)據(jù)，各水文站基本情況詳見表1。

1.2 徑流泥沙特征分析方法

本文分別從趨勢、年內(nèi)分配兩方面研究五河流域入湖徑流泥沙特征。

1.2.1 趨勢分析方法 采用過程線法、滑動平均值法、相關系數(shù)檢驗法對五河入湖口水文站的年平均流量和年平均輸沙量系列進行趨勢分析。

(1) 過程線法。即將水文序列點繪在方格紙上，通過目估判斷序列的趨勢是否明顯。該方法計算方便，判斷直觀，但只能判別較為明顯的趨勢。

(2) 滑動平均值法。由于水文序列的隨機波動，直接從過程線中判斷趨勢往往比較困難。因此，可對序列x1,x2,…，xn的幾個前期值和后期值取平均，消除波動的影響，使原序列光滑化，然后從新序列中通過目估判斷序列是否有明顯的趨勢。

表1 鄱陽湖五河流域入湖口水文站一覽表

(3) 相關系數(shù)檢驗法。如果序列中存在線性趨勢，可采用線性相關方程進行描述，其數(shù)學模型為

Xt=a+bt+ηt(t=1,2,…n)

(1)

序列Xt與時間t的相關系數(shù)為

(2)

1.2.2 年內(nèi)分配變化分析方法 由于氣候的季節(jié)性波動，氣象要素如降水和氣溫等都有明顯的季節(jié)性變化，從而在相當大程度上決定了水文要素年內(nèi)分配的不均勻性。本文采用年不均勻系數(shù)來反映水文要素的年內(nèi)分配情況。

(3)

式中：Ri為各月的水文要素值。從公式(3)中可以看出，Ci值越大，年內(nèi)各月水文要素相差懸殊，年內(nèi)分配越不均勻。

2 徑流量特征分析

2.1 徑流極值分析

從表2可以看出，5個控制站多年平均徑流量由大到小依次為外洲(贛江)、梅港(信江)、李家渡(撫河)、渡峰坑(饒河昌江)、萬家埠(修河)。各站徑流量年際變化較大，極值比為4～6，其中李家渡站變化較大，為6.19，萬家埠站變化較小，為4.06。各站徑流量最大值出現(xiàn)在1973年和1998年，這兩年均為全球澇年[9]；最小值除萬家埠站出現(xiàn)在1968年外，其余各站均出現(xiàn)在1963年。近50 a來，1963年為鄱陽湖特旱年、1963年2月6日湖口站當日平均水位為5.90 m(吳淞基面)，為歷年最低水位[10]。

表2 鄱陽湖流域五河年徑流量極值統(tǒng)計

2.2 徑流趨勢分析

根據(jù)五河入湖口水文站1959—2012年徑流資料，利用過程線法、滑動平均值法、相關系數(shù)法對其系列進行統(tǒng)計分析，研究鄱陽湖五河流域徑流年際變化趨勢。

圖1 五河年平均流量過程線及滑動平均值過程線

2.3 徑流年內(nèi)分配特征分析

根據(jù)鄱陽湖流域五河入湖口各水文站1959—2012年徑流系列，采用多年平均月流量過程線和年內(nèi)分配不均勻系數(shù)進行年內(nèi)分配情況及趨勢變化分析。

從 圖2 和表3中可以看出，五河流域多年平均月流量過程線呈現(xiàn)出單峰型，年徑流量主要集中在4—9月份，約占全年徑流量的75%左右，特別是在主汛期4—6月份，其徑流量占全年徑流量約50%，與文獻[4]得出的結果一致。

圖2 五河流域多年平均月流量年內(nèi)分配

由五河入湖口水文站的徑流年不均勻系數(shù)過程線圖(圖3)可以看出各水文站徑流序列的年不均勻系數(shù)波動較大，但這種波動趨勢自80年代末期有所減小，且年不均勻系數(shù)序列都有減小的趨勢。其中，贛江流域、修河流域及信江流域減小的趨勢比較顯著；撫河流域和饒河流域年不均勻系數(shù)減小的趨勢較小。這說明鄱陽湖流域自80年代末期開始徑流年內(nèi)分配越來越均勻，且相對穩(wěn)定。

3 輸沙量特征分析

3.1 輸沙量極值分析

對五河年輸沙量年際變化(年均輸沙量和極值)進行統(tǒng)計分析見表4。鄱陽湖五河中贛江年輸沙量最大，修河輸沙量最小。20世紀80年代以來，各站平均輸沙量年際變化較大，其中饒河昌江渡峰坑站年際變化最大，極值比達到41.55，萬家埠站年輸沙量極值比最小。極值出現(xiàn)年份與鄱陽湖流域徑流量的年際變化和不同年代的變化基本一致，可見徑流量對泥沙量的變化具有重要影響。

表3 五河流域多年平均流量年內(nèi)分配比例 %

表4 鄱陽湖流域五河年輸沙量極值統(tǒng)計

3.2 輸沙量趨勢分析

根據(jù)五河入湖口水文站1980—2012年輸沙量資料，利用過程線法、滑動平均值法、相關系數(shù)檢驗法對其系列進行統(tǒng)計分析，研究鄱陽湖流域輸沙量年際變化趨勢。

3.3 輸沙量年內(nèi)分配特征分析

根據(jù)鄱陽湖流域五河入湖口各水文站1980—2012年輸沙量系列進行年內(nèi)分析，采用多年平均月輸沙量過程線和年內(nèi)分配不均勻系數(shù)進行年內(nèi)分配情況及趨勢變化分析。

從表5中可以看出，五河流域多年平均月輸沙量呈現(xiàn)雙峰型，主要集中在4—9月，占全年輸沙量的90%左右；特別是主汛期4—6月份的輸沙量占全年輸沙量的60%左右，這與徑流年內(nèi)分配情況一致。由五河入湖口水文站的年平均輸沙量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)過程線圖(圖5)可以看出各水文站的年平均輸沙量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)都有一定的波動性，從80年代初至90年代初期，5個水文站點年平均輸沙量的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)有減小趨勢，這說明其輸沙量的年內(nèi)分配越來越趨于均勻；從20世紀90年代初至21世紀初期，年內(nèi)分配不均勻系數(shù)波動較小，說明其輸沙量年內(nèi)分配相對比較穩(wěn)定；從2005年至現(xiàn)在，除了贛江流域外洲水文站年均輸沙量的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)變小以外，其他4個站點都有上升的趨勢。

4 徑流泥沙變化的影響因素分析

影響流域徑流和泥沙的因素主要是自然和人為兩個方面。自然因素包括地質(zhì)地貌、土壤、植被以及氣候等；人為因素主要包括水利工程蓄水攔沙，水土保持，工程建設增沙及河道采沙等。在這些影響因素中，地質(zhì)地貌、土壤和植被因子相對穩(wěn)定，對近幾十年來產(chǎn)流產(chǎn)沙量的變化影響較??；氣候(主要是降水)和人類活動通常具有不同時間尺度的周期性，對流域侵蝕產(chǎn)沙有重要影響[11]，是徑流泥沙變化的重要影響因素。

通過計算分析并繪制年降水量過程線圖(圖6)，經(jīng)分析可知，五河流域1956—2012年降水量沒有顯著變化趨勢，由此可知人類活動是影響鄱陽湖流域徑流泥沙變化的主要驅(qū)動因素。

從以上分析可知，近50a來，五河入湖徑流量整體無明顯上升或下降趨勢，徑流年內(nèi)分配自80年代末開始越來越趨于均勻。五河平均輸沙量均有整體顯著下降趨勢，輸沙量年內(nèi)分配從80年代至90年代末趨于均勻，但之后又變得不均勻。五河輸沙量整體變化趨勢與文獻[7]分析的贛江入湖泥沙量的變化趨勢一致；同時，鄱陽湖入湖泥沙量的變化與文獻[2]分析得出的洞庭湖泥沙量的變化趨勢一致，均呈現(xiàn)減少趨勢。鄱陽湖五河流域年徑流量和年輸沙量的變化可以從以下幾方面來分析。

圖3 五河徑流量年不均勻系數(shù)過程線

圖4 五河年平均輸沙量過程線及滑動平均值過程線

20世紀80年代前幾年，大規(guī)模的森林砍伐造成植被破壞，森林覆蓋率急劇降低，如1983年江西省森林覆蓋率僅為33%。從80年代初江西實施了“山江湖”工程、退耕還林工程、長防林工程、中德造林工程等一系列工程以及各種人造林工程，90年代年均人工造林面積26.3萬hm2，森林覆蓋率提高到60%，列全國第二位。森林覆蓋率的提高，起到了很好的涵養(yǎng)水源的作用。從80年代初開始，國家在江西省也陸續(xù)開展了“國家水土流失重點治理工程”和“國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)水土保持項目”等“小流域綜合治理”的水土保持工程，將各種水土保持措施結合起來，治管并重，形成了一個綜合的防護體系，并取得了良好生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益。這些水土保持措施通過不同的方式對流域的產(chǎn)流產(chǎn)沙過程進行干擾，使得流域內(nèi)需水量增加，地表徑流減少，輸沙量也隨之減少。

水利設施的加固和修建，尤其是水庫的建設，也是入湖徑流泥沙變化的影響因素之一。根據(jù)江西省第一次水利普查結果，江西省已建水庫10 785座，總庫容302.82億m3；在建水庫34座，總庫容17.99億m3。1985年前，鄱陽湖流域修建大中型水庫共148座，總庫容為84.23億m3；其中贛江流域86座，總庫容為52.41億m3；撫河流域17座，總庫容為16.30億m3；信江流域30座，總庫容為10.16億m3；饒河流域10座，總庫容為3.49億m3；修河流域5座，總庫容為l.87億m3。1986—2005年，鄱陽湖流域又修建水庫31座，總庫容為33.63億m3[12]。水庫的修建，對入湖的徑流泥沙均具有調(diào)節(jié)作用。

造林工程和水保工程，使得坡面產(chǎn)沙量大為減少，加上水利工程的攔截作用，導致輸沙量呈下降趨勢。經(jīng)過水利水保工程措施、生物林草措施及耕作措施等調(diào)節(jié)，尤其是水庫的調(diào)節(jié)作用，使得徑流的分配越來越均勻。

而隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，特別是進入21世紀后，生產(chǎn)建設活動加劇，大規(guī)模的開發(fā)建設項目造成大量水土流失，已成為新時期水土保持面臨的主要問題，這也使得這一時期河流輸沙量分配不均勻。鄱陽湖五河流域與洞庭湖四水流域徑流泥沙變化的影響因素類似，文獻[2]指出“四水流域連年興建的水利工程和水土保持措施，已逐步在發(fā)揮著較大的生態(tài)效益”，這與文本分析所得的觀點一致。

圖5 五河輸沙量年不均勻系數(shù)過程線

圖6 五河流域年降水量過程線

5 結 論

(1) 近50多年來，鄱陽湖流域“五河”入湖徑流量整體無明顯上升或下降趨勢。

(2) 近30多年來，“五河”年平均輸沙量均有整體顯著下降趨勢；贛江流域的年均輸沙量從80年代初開始有顯著減少趨勢，而其他的撫河、信江、饒河、修河四個流域的年平均輸沙量均是從21世紀初有顯著減少趨勢。

(3) 降水量對鄱陽湖“五河”流域徑流泥沙變化無顯著影響，人類活動是主要驅(qū)動因素，水利、水保及林業(yè)工程是徑流泥沙變化的主要影響因素。

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AnalysisonRunoffandSedimentChangeCharacteristicsandInfluenceFactorsofPoyangLakeFiveRiversBasin

MO Minghao1,2, YANG Xiaoxiao3, XIAO Shengsheng1,2, TU Anguo1,2

(1.JiangxiInstituteofSoilandWaterConservation,Nanchang330029,China; 2.JiangxiProvincialKeyLaboratoryofSoilErosionandPrevention,Nanchang330029,China; 3.HydrologicalBureauofJiangxi,Nanchang330002,China)

To explore characteristics of runoff and sediment into Poyang Lake from five rivers basin, to provide a scientific basis for basin soil and water conservation ecological construction and rational utilization of lake water resources, according to runoff data of five water control stations from 1959 to 2012 and sediment data from 1980 to 2012, the process line method, the sliding average value method, correlation coefficient test and in non-uniform coefficient method are used to analyze these data. The results show that the runoff into the lake has no obvious rising or falling trend as a whole. Average sediment presents the significant decreasing trend. The annual average sediment of Ganjiang River basin has an obvious decreasing trend from the beginning of 1980s, while these of Fuhe River, Xinjiang River, Raohe River and Xiuhe River presented the reduction trend in the ealy 21st century. Water conservancy projects, soil and water conservation projects and forestry project are the main influence factors on the changes of runoff and sediment in Poyang Lake.

runoff; sediment; change; influence factor; Poyang Lake

2016-08-24

：2016-09-12

國家自然科學基金項目(41501300);江西省水利科技項目(KT201418,KT201420,KT201521);江西省自然科學基金(20161BAB216148);水利部公益性項目(201401051)

莫明浩(1981—),男,江西撫州人,高級工程師,博士,主要從事水土保持和流域生態(tài)環(huán)境研究。E-mail:mominghao@126.com

P333.4

：A

：1005-3409(2017)05-0197-07