鑒江干流水沙變化探討

張義宇

（廣東省水文局茂名水文分局，廣東 茂名 525000）

鑒江流域土地年侵蝕模數(shù)平均每平方公里200～500 噸，而河流輸沙量是考核河道降低侵蝕過程水土保持量的重要指標，因此研究河流輸沙量變化為水土保持、河道泥沙來源提供了重要信息，是水文行業(yè)重要的研究內(nèi)容。鑒江是廣東省粵西沿海中最大河流，自90 年代起水資源開發(fā)利用程度較高，造成了河床下切。對此根據(jù)鑒江干流主要控制水文站實測徑流量和輸沙量資料，分析研究鑒江流域水沙變化情況，從而更為合理地利用鑒江水資源，具有現(xiàn)實意義。

1 流域概況

鑒江流域集雨面積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，但各地區(qū)、地形存在較大差異，造成降水量分布不均勻。降水主要集中在4～10 月，占年降水量的80%以上，降水量平均變幅為1 400.0～2 800.0 mm（鑒江流域水系見圖1）。

圖1 鑒江流域水系

羅江是鑒江最大的一級支流，全流域集雨面積2 618 km2，茂名市境內(nèi)集雨面積1 943 km2，其發(fā)源于茂名市信宜旺將，至合江與平定水匯合后，在化州市區(qū)匯入鑒江，全長143 km，河床平均坡降為0.64‰。

2 資料及分析方法

2.1 資料情況

高州站（國家重要水文站）為鑒江干流中上游控制站，控制集雨面積占鑒江流域面積42.0% ；化州站（國家重要水文站）為鑒江干流控制站，控制集雨面積占鑒江流域面積89.0%；合江站（國家基本水文站）為鑒江支流羅江中游控制站，控制集雨面積占鑒江流域面積27.6%。根據(jù)鑒江流域水文站的分布和水文整編刊印資料數(shù)據(jù)，選用化州、高州、合江站的徑流量、輸沙量資料（見圖2），研究鑒江流域2000～2019 年20 年的水沙關(guān)系變化特征。

圖2 徑流量和輸沙量歷年變化情況

2.2 研究方法

2.2.1 Mann-Kendall 法

通過 Mann-Kendall 非參數(shù)秩次檢驗法（簡稱“M-K 法”）、Mann-Kendall 突變檢驗，按照時間序列排列年輸沙量、年徑流量，計算UBK、UFK 統(tǒng)計值的變化過程，對數(shù)據(jù)的變化進行判斷。

2.2.2 雙累積曲線法

通過雙累積曲線法檢驗兩個參數(shù)間累積的關(guān)系，對曲線累積情況的一致性進行討論。在直角坐標系中繪制變量的連續(xù)累積值的關(guān)系線，以被檢驗的變量為直角坐標系的縱坐標，參考變量為直角坐標系的橫坐標。

3 結(jié)果分析

3.1 M-K 法

運用M-K 法對化州、高州、合江站近20 年年徑流量、年輸沙量進行趨勢分析，結(jié)果見表1。當統(tǒng)計量Z ＜0 時表示趨勢減少，Z ＞0 時表示趨勢增加，而Z 的絕對值在大于或等于1.28、1.64、2.32時則表示通過了信度90%、95%、99%顯著性檢驗。可見，化州、合江站年徑流量統(tǒng)計量值總體平穩(wěn)，變化趨勢不顯著，而高州站Z=1.40,呈緩慢上升趨勢。高州、合江站年輸沙量統(tǒng)計量值總體平穩(wěn)，變化趨勢不顯著，而化州站Z=1.36,呈緩慢上升趨勢。

表1 鑒江控制站水文徑流量和輸沙量M-K 分析結(jié)果

為進一步分析鑒江干流水文站變化趨勢，對年輸沙量進行M-K突變檢驗分析，并繪制U 值突變檢驗圖(見圖3)。由圖3 可知，化州站2001、2010、2012年輸沙量UF 值與UB值有交點，說明該時間段有較小程度的突變現(xiàn)象，之后年份UF 線呈緩慢上升趨勢，其余年份在顯著范圍±1.96 內(nèi)；高州站2000 年輸沙量UF 值與UB 值有交點站，存在較小程度的突變現(xiàn)象，年輸沙量較小，為9.35 萬立方米，其余年份在顯著范圍±1.96 內(nèi)。合江站2007、2018 年有交點站，該時間段年輸沙量關(guān)系不穩(wěn)定存在較大變化，其余時段趨勢持平穩(wěn)狀態(tài)。總體而言，自2010 年實施《廣東省鑒江流域水資源分配方案》以來，輸沙量呈減少或平穩(wěn)的趨勢，各站年輸沙量呈現(xiàn)出“減-增-減-平穩(wěn)”波動。輸沙量中泥沙受洪水沖刷、泥沙開發(fā)、攔河壩開關(guān)閘等因素影響，反應(yīng)較為突出，年際間沙量變化明顯。

圖3 各站年輸沙量系列統(tǒng)計值變化

對年徑流量進行M-K 突變檢驗分析（見圖4）。由圖4 可知，高州、化州、合江站各年份在顯著范圍±1.96 內(nèi)；化州站2008、2013 年，高州站2008、2012、2015 年，合江站2008、2011 年，年徑流量UF 值與UB 值有交點站，說明該時間段有較小程度的突變現(xiàn)象。總體而言，自2010年實施《廣東省鑒江流域水資源分配方案》后，因2010 年至2019 年高嶺攔河壩起到水資源調(diào)控作用，徑流量呈減少或平穩(wěn)趨勢，各站年徑流量呈現(xiàn)出“減-增-平穩(wěn)”波動[2]。

圖4 各站年徑流量系列統(tǒng)計值變化

3.2 水沙雙累積曲線

為分析化州、高州、合江站徑流量、輸沙量的不同變化，繪制了徑流量和輸沙量雙累積曲線[3]（見圖5）。發(fā)現(xiàn)化州、高州、合江站的水沙雙累積曲線呈向上彎曲，各站徑流量、輸沙量的變化情況基本相似，來水含沙量變化不明顯。高州、合江站的雙累積曲線特點較為相似，整體呈上凸狀態(tài)、往左偏，輸沙量的減少幅度小于徑流量的減少幅度，相對含沙量增加；化州站總體呈45°變化，徑流量和輸沙量總體變化一致。

圖5 徑流量和輸沙量雙累積曲線

運用SPSS 統(tǒng)計軟件對化州、高州、合江站2000～2019 年累積輸沙量、累積徑流量進行Pearson 相關(guān)分析（見表2），相關(guān)系數(shù)P =0.8～1.0，為極強相關(guān)。表2 表明,各站都表現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系，化州、高州、合江站P 值分別為0.981、0.977、0.974，說明徑流量和輸沙量年際關(guān)系相關(guān)性密切。

表2 鑒江干流主要控制站歷年徑流量與輸沙量關(guān)系

化州、高州、合江站年輸沙量年際變幅Cv 值、輸沙量保證率見表3。從表3 可看出，從上游往下游各站輸沙量變化系數(shù)呈逐漸減少趨勢，其主要原因是下游集雨面積大，不易受干擾。

表3 鑒江干流主要控制站近20 年輸沙量特征

4 結(jié)論

根據(jù)M-K 分析結(jié)果，高州、化州、合江站輸沙量呈減少或平穩(wěn)的趨勢，各站年輸沙量呈“減-增-減-平穩(wěn)”波動；徑流量呈減少或平穩(wěn)的趨勢，各站年徑流量呈“減-增-平穩(wěn)”波動；各站年際變化不均勻，化州、高州、合江站2008 年年徑流量為近20 年最大，而高州、合江站2008 年年輸沙量為近20 年最大；各站2000 年年徑流量、輸沙量為近20 年最小。

自2010 年實施《廣東省鑒江流域水資源分配方案》后，輸沙量、徑流量較為穩(wěn)定。根據(jù)徑流量和輸沙量雙累積曲線分析，鑒江各站年徑流量和年輸沙量長期變化趨勢穩(wěn)定，呈上凸型，回歸分析結(jié)果認為，各站符合冪函數(shù)關(guān)系，Pearson 相關(guān)顯著[4]。