樂安河流域水文氣象要素變化特征分析

郭慶冰，劉文飛，李 鳳，李慧明

(1.南昌工程學院，江西 南昌 330099；2.江西省水文局，江西 南昌 330003)

樂安河流域水文氣象要素變化特征分析

郭慶冰1，劉文飛1，李 鳳1，李慧明2

(1.南昌工程學院，江西 南昌 330099；2.江西省水文局，江西 南昌 330003)

水文；氣象；趨勢分析；樂安河流域

根據樂安河流域1954—2013年水文、氣象資料，采用非參數統計方法Mann-Kendall和Spearman秩相關檢驗對其降水、氣溫、暴雨、干旱和徑流變化進行趨勢分析。結果表明：樂安河流域降水總體呈弱減少趨勢，其中春、秋、冬季降水量呈減少趨勢，夏季降水量呈增加趨勢；平均氣溫呈極顯著增加趨勢；全年干旱時間呈上升趨勢，除了20世紀60年代其他時期整體上表現為秋冬旱出現頻率高于夏旱；流域徑流變化與年降水量總體變化趨勢基本吻合。以上結果說明，該流域季節性干旱和洪澇災害有進一步加劇的風險，需要采取措施應對全球氣候變化對區域水資源的影響。

鄱陽湖是我國五大淡水湖之一，近年來其枯水期水位連創新低，低水位持續時間延長、旱澇災害頻發等引起學術界的廣泛關注[1-6]。研究表明，洪澇、干旱等極端氣候事件頻發，與氣候變化對流域水資源時空分布的影響有著密切的關系[7-11]，科學評估氣候變化動態對制訂科學的流域管理計劃有重要意義。樂安河是匯入鄱陽湖的主要河流之一，其水量變化將直接影響鄱陽湖的水量平衡[12-14]，但關于水文氣象要素對水資源影響的研究成果鮮有報道。在鄱陽湖流域研究的大背景下，在長序列的水文、氣象數據的基礎上，采用非參數統計方法Mann-kendall和Spearman秩相關檢驗分析了樂安河流域降水、氣溫、暴雨、干旱和徑流等年(季、月)變化趨勢，希望能為保護鄱陽湖水資源和維護江西省乃至長江中下游生態安全提供參考資料。

1 研究區概況

樂安河屬饒河支流，位于28°55′41″～29°1′21″N、116°29′35″～117°48′24″E，海拔12～57 m，發源于江西省婺源縣芙蓉嶺，流經婺源、德興、樂平、萬年、波陽等縣，與昌江之水合流稱饒河，西注鄱陽湖，全長279 km，流域總面積9 616 km2[15]。該流域位于中亞熱帶濕潤季風區，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，日照充足，無霜期長，年降水量1 786.7 mm，年平均無霜期246～304 d，年平均日照時數1 760～2 105 h，雨季(4—6月)降水量約占全年降水量的46%，年蒸發量為1 342.7 mm，年平均氣溫17.5℃，多年平均徑流深約1 115 mm。流域地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，土地利用類型以林地為主，占流域總面積的70.025%，其次是耕地(23.006%)、草地(3.247%)、城鄉工礦居民用地(2.054%)、水域(1.673%)和未利用地(0.004%)。

2 資料和方法

2.1 數據來源

本研究所用的水文數據來自江西省水文局，利用虎山水文站1954—2013年逐日流量計算得到年(月)平均流量數據。氣象數據(1954—2013年)來自江西省氣象局和中國氣象科學數據共享服務網，以波陽、德興、景德鎮3站數據為主。由于流域地勢平坦，空間變異相對較小，因此流域溫度和降水量采用各站點加權平均值計算得到[16-17]。

2.2 研究方法

暴雨數據采用日降水量(中國氣象局規定24 h降水量超過50 mm為暴雨)統計出每年暴雨次數及暴雨強度，并分別計算出5、10、20、50、100年一遇暴雨量；根據《氣象干旱等級》規定，連續無降雨時間超過夏季16～25 d、秋冬季31～50 d即為干旱天氣，據此標準統計歷史上出現的干旱持續時間。

趨勢檢驗是根據時間的變化，對流域水文氣象序列趨勢性變化進行分析，研究檢驗某一時期內某地區水文、氣象數據可能存在的趨勢變化情況，如果發現了顯著的趨勢變化，則可進一步分析影響因素。本研究采用Mann-Kendall法和Spearman秩相關檢驗[18-20]分析樂安河流域1954—2013年氣象和水文數據的年(季、月)變化趨勢。應用 SPSS 17.0等軟件，進行相關性分析和回歸分析。

3 結果與分析

3.1 降水變化趨勢分析

3.1.1 降水年際變化特征

圖1為樂安河流域降水量年際變化。由圖1知，該流域降水量年際變化大，如1954年降水量高達2 595.8 mm，但1978年僅為1 186.6 mm，相差1 409.2 mm；比較典型的階段，1954—1960年降水量呈顯著減少趨勢，1964—1974年降水量圍繞多年平均值變化不大，20世紀90年代降水量較多，21世紀初又出現減少趨勢。根據水文頻率曲線，頻率≤5%對應年份降水量極為豐富，包括1954年(2 595.8 mm)、1993年(2 420.1 mm)、1998年(2 449.0 mm)、1999年(2 426.1 mm)、2010年(2 444.9 mm)；頻率≤95%對應年份降水量貧乏，包括1963年(1 231.0 mm)、1978年(1 186.6 mm)。分析可知，20世紀90年代降水量豐富，共出現3次降水量極為豐富的年份，其中1998年樂安河流域年降水量達到了僅次于1954年的歷史第二高值；而20世紀60年代、70年代各出現一次降水量極為匱乏的年份。

圖1 樂安河流域降水量年際變化

3.1.2 降水季(月)變化特征

樂安河流域月平均降水量見圖2。1954—2013年樂安河流域年平均降水量為1 786.9 mm，其中4—6月份降水量為826.3 mm，占全年降水量的46%；9—12月份降水較少，為258.6 mm，僅占全年降水量的14%。根據1954年以來月降水量數據，月正向、負向降水變化趨勢Mann-kendall檢驗結果見表1。結果表明：該流域春、秋、冬季降水量呈減少趨勢(春、秋、冬季相關系數為-0.155、-0.010、-0.072)，夏季則呈增加趨勢(夏季相關系數為0.050)，但均未達到統計上的顯著水平；2、4、5、9月份均呈下降趨勢，其中5月份呈顯著負趨勢(P<0.05)，其他月份呈上升趨勢。

圖2 樂安河流域月平均降水量

表1 樂安河流域月降水變化趨勢Mann-kendall檢驗結果

3.1.3 暴雨、干旱年際變化特征分析

根據對暴雨數據(24 h降水量)的統計，樂安河流域6月份暴雨次數最多、強度最大，6、7月份連續暴雨次數最多、時間最長。樂安河流域5年一遇暴雨量為98.4 mm，10年一遇112 mm、20年一遇125.0 mm、50年一遇139 mm、100年一遇150 mm；5、10、20年一遇暴雨量在20世紀90年代出現次數最多、80年代出現次數最少；50年一遇暴雨量在20世紀60、80年代各出現1次，90年代出現4次，21世紀初出現多達6次；100年一遇暴雨歷史上總共出現過7次，而近10年就集中了4次，這與全球氣候變暖加劇、洪澇災害頻發密切相關。此外，暴雨發生次數年際分布不均勻(表2)，其中20世紀60年代出現次數最少(59次)，90年代出現次數最多(111次)，總體上呈增加的趨勢，尤其是1990年之后暴雨強度和暴雨頻率都顯著增加。

對1954—2013年干旱分布進行分析發現，樂安河流域秋冬旱出現頻率整體高于夏旱，在20世紀60年代出現突變情況，夏旱時間高達221 d，而秋冬旱僅有35 d(表2)。流域干旱情況有所加重，尤其是2003、2004年和2007年干旱時間分別達到56、81、57 d，與此對應的是近20年來暴雨出現頻率明顯加大，這說明近年來極端氣候出現頻率增加。

表2 樂安河流域夏旱、秋冬旱、暴雨分布統計

3.2 氣溫變化趨勢分析

對樂安河流域氣溫變化趨勢進行分析，結果見圖3、4。樂安河流域年平均氣溫為17.5 ℃，其中7月份溫度最高(29 ℃)，1月份溫度最低(5.2 ℃)。1954—2013年該流域氣溫總體呈極顯著上升趨勢(P<0.01)，上升速率為0.25 ℃/10 a。

圖3 樂安河流域月平均氣溫

圖4 樂安河流域年平均氣溫變化及5年滑動平均

3.3 徑流變化趨勢分析

受人類活動及氣候變化的影響，樂安河流域徑流量發生了明顯變化，采取Mann-kendall法和滑動平均法對1954—2013年數據進行趨勢分析，采用徑流深來定義徑流的變化情況。由Mann-kendall檢驗知，1954—1963年徑流量呈減少趨勢，1963年徑流深為最小(489.4 mm)，1978—1995年徑流量呈顯著上升趨勢，1998年發生特大洪水，該流域年徑流深曾高達2 297.7 mm，2000年以后徑流深持續減小，尤其是2003、2004、2007年連續枯水年，年徑流深明顯減小(詳見圖5)。同時，徑流量變化趨勢大體上與降水量趨勢吻合，表明徑流量與降水量密切相關。

圖5 樂安河流域徑流深年際變化

4 結論與討論

(1)1954—2013年樂安河流域降水總體呈弱減少趨勢，其中春、秋、冬季降水量呈減少趨勢，夏季降水量呈增加趨勢。流域降水量年際變化大，降水主要集中在4—6月，且暴雨強度和暴雨頻率都顯著增加，這與任玉玉等[21]提出的江西省近50年極端降水事件強度、頻率呈上升趨勢，尤其暴雨和極端強降水強度和時間增加明顯的結論相似。

(2)1954—2013年樂安河流域年平均氣溫總體呈極顯著上升趨勢，全年干旱時間也呈上升趨勢。除了20世紀60年代，整體上表現為秋冬旱出現頻率高于夏旱。尤其是近10年來干旱情況日益加劇，如2003、2004和2007年都出現歷史上的極端干旱天氣，降水量較多年平均值偏少40%以上[22-23]。此外，近10年樂安河流域夏季存在明顯的旱澇并存、交替現象，針對流域出現的這種不穩定的水文情勢，應該積極采取措施，提高防御干旱、洪澇災害的能力。

(3) 樂安河流域徑流變化與年降水量總體變化趨勢基本吻合，其中1978—1995年徑流量均呈顯著上升趨勢，這可能與該期降雨量明顯增加和土地利用發生較大改變有關。

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(責任編輯 李楊楊)

江西省水利廳科技項目(KT201316)；江西省自然科學基金項目(20142BAB214006)；南昌工程學院2014年大學生創新創業項目(省級)

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1000-0941(2015)08-0060-04

郭慶冰(1991—)，男，江西萍鄉市人，碩士研究生，主要從事水土保持方面的研究；通信作者李鳳(1963—)，女，江西進賢縣人，教授，學士，主要從事水土保持教學與研究工作。

2015-05-01