基于Mann-Kendall法對洞庭湖區三口入湖水量趨勢性分析

錢 湛，王維俊，黎昔春，宋 平

(1.湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410007；2.湖南省洞庭湖研究中心，湖南 長沙 410007)

洞庭湖匯集湘、資、沅、澧四水及湖周中小河流，承接經松滋、太平、藕池三口分流。松滋口，太平口，藕池口統稱為荊南三口。荊南三口控制站有新江口、沙道觀、彌陀寺、管家鋪、康家崗。其中新江口水文站位于松滋西支，于1955年1月設立；沙道觀水文站位于松滋東支于1951年2月設立；彌陀寺水文站位于虎渡河，于1952年6月設立；管家鋪水文站位于藕池東支，于1952年6月設立；康家崗水文站位于藕池西支，于1952年6月設立。

荊南三口分流長江上游來水入湖是洞庭湖來水量的一個重要組成部分。長江上游來量、來水過程和荊南三口分流能力是影響荊南三口分流量的主要因素[1]。而荊南三口分流能力又受江湖關系自然演變、下荊江系統裁彎、三峽和葛洲壩運用等強人類活動影響[2]。在自然演變和強人類活動影響下，荊南三口分流能力顯著降低、三口分流量呈減少態勢，導致湖區季節性、工程型水資源供需矛盾凸顯；水生態功能呈退化態勢，濕地萎縮，生物多樣性降低；水質下降，水污染防治壓力加劇[3]。

為保障湖區水資源及水生態環境安全，本文所有數據均采用長江委水文局所保存的相關資料，進行洞庭湖區三口入湖水量趨勢性分析，研究成果最終為實現洞庭湖區水文條件急劇變化情況下的科學治水，以及類似區域河流及湖泊水生態安全科學調控提供科學參考。

1 三口年入湖水量分析

1.1 三口年入湖水量變化

為便于分析研究三口分流量變化的趨勢及成因，以重大水利工程建設為節點，將1959-2013年劃分為5個時間段[4]。第一階段：下荊江裁彎以前(1959-1966年)；第二階段：下荊江裁彎期(1967-1972年)；第三階段：裁彎后至葛洲壩截流之前(1973-1980年)；第四階段：葛洲壩運用影響期到三峽水庫蓄水前(1981-2002年)；第五階段：三峽工程運用后(2003-2013年)。

1959-2013年荊南三口實測多年平均入湖水量798 億m3，占同期總入湖水量的28%。其中松滋河西支和東支、虎渡河、藕池河東支和西支實測多年平均徑流量分別為293.9 億m3、94.1 億m3、145.6 億m3、248.9 億m3和15.5 億m3，見圖1及表1。

圖1 枝城徑流量、三口徑流量、三口分流量逐年變化情況Fig. 1 Change of the runoff of Zhicheng and three outfalls and the flux of three outfalls

(1)1959-2013年荊南三口分流入湖水量減少趨勢顯著，三峽水庫蓄水后與下荊江裁彎前兩階段相比，枝城站年徑流量減少了564 億m3，減少幅度為12%；三口合計分流量減少了851.2 億m3，減少幅度為64%，年平均減少18.9 億m3。

(2)從分階段三口分流入湖水量變化來看：下荊江裁彎期和下荊江裁彎后兩個階段(共14年)三口入湖水量減少幅度最大，期間三口年平均分流量減少了近501.5 億m3，占總減少量的58.9%，年平均減少35.8 億m3；下荊江裁彎后至三峽水庫蓄水運用前(共22年)，三口分流量仍呈逐年減少趨勢，但變化幅度已逐漸趨緩，期間三口年分流量減少了209 億m3、年平均減少9.5 億m3；三峽水庫運用后，三口分流量減少幅度進步擴大，期間三口分流量減少140.7 億m3、年平均減少12.8 億m3。

(3)從三口五站分流量變化來看：藕池西支管家鋪站年水量減少最多，下荊江裁彎前至2013年，已由584.7 億m3下降至101.8 億m3，松滋西支新江口站水量減少幅度最小，由下荊江裁彎前的330.6 億m3減少到2013年的235.5 億m3。三峽水庫運用后與下荊江裁彎前相比，新江口站、沙道觀站、彌陀寺站、管家鋪站、康家崗站年平均水量分別減少95.1、106.4、125.4、482.9和41.4 億m3，分別占三口五站總減少量的11.1%、12.5%、14.7%、56.7%和4.86%。

1.2 三口年入湖水量變化趨勢性檢驗

采用Mann-Kendall法進行M-K檢驗，長江上游來水Kendall秩次檢驗T檢驗量為-1.97，呈下降趨勢；線性回歸檢驗T檢驗量為-2.31，呈下降趨勢。荊南三口入湖水量Kendall秩次檢驗T檢驗量為-6.68,呈顯著下降趨勢；線性回歸檢驗T檢驗量為-9.34，呈顯著下降趨勢。由此可知，1959-2013年長江上游來水呈減少趨勢，荊南三口分流入湖水量減少趨勢顯著。三口年徑流量M-K檢驗成果見圖2～圖4。

圖2 松滋口年徑流量M-K檢驗圖Fig.2 M-K checkout of annual runoff of Songzi port gate

圖3 太平口年徑流量M-K檢驗圖Fig.3 M-K checkout of annual runoff of Taiping port gate

圖4 藕池口年徑流量M-K檢驗圖Fig.4 M-K checkout of annual runoff of Ouchi port gate

圖5 三口年徑流量M-K檢驗圖Fig.5 M-K checkout of annual runoff of The three outfalls

從圖2～4可知，自1971年以來，松滋口年平均徑流量有減少的趨勢，且自1976年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過臨界水平，表明松滋口年平均徑流量減少的趨勢是十分顯著的；自1972年以來，太平口年平均徑流量有減少的趨勢，且自1977年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過臨界水平，表明太平口年平均徑流量減少的趨勢是十分顯著的；自1969年以來，藕池口年平均徑流量有減少的趨勢，且自1972年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過臨界水平，表明藕池口年平均徑流量減少的趨勢是十分顯著的；1959年至1971年，三口合計年徑流量呈增長趨勢；1971年后，三口合計年徑流量有下降趨勢，且自1975年起這種下降趨勢愈發顯著，大大超過臨界水平，表明三口合計年徑流量減少的趨勢是十分顯著的。

2 三口枯季(10月至次年3月)入湖水量

2.1 三口枯季入湖水量變化

1959-2013年荊南三口枯期實測多年平均入湖水量118 億m3，占同期總入湖水量的15.5%。其中松滋河西支和東支、虎渡河、藕池河東支和西支實測多年平均枯季徑流量分別為50.8、11.7、22.7、31.4和0.98 億m3。

圖6 枝城徑流量、三口徑流量、三口分流量逐年枯季變化情況Fig.6 Change of the runoff of Zhicheng and three outfalls and the flux of three outfalls in the dry season

圖2為長江上游來水(枝城站)、荊南三口分流入湖水量逐年枯期變化過程。從圖上直觀的可以看出，長江上游來水、荊南三口枯期分流入湖水量呈現出減少的態勢。從表2可以看出：

(1)1959-2013年荊南三口枯期分流入湖水量減少趨勢顯著，三峽水庫蓄水后與下荊江裁彎前兩階段相比，枝城站年枯期平均徑流量減少了144 億m3，減少幅度為10.8%；三口合計分流量減少了216.6 億m3，減少幅度為83.9%，年枯期平均減少4.81 億m3。

(2)從分階段三口分流入湖水量變化來看：下荊江裁彎期和下荊江裁彎后兩個階段(共14年)三口枯期入湖水量減少幅度最大，期間三口年平均分流量減少了近128.4 億m3，占總減少量的59.3%，年平均減少9.2 億m3；下荊江裁彎后至三峽水庫蓄水運用前(共22年)，三口分流量仍呈逐年減少趨勢，但變化幅度已逐漸趨緩，期間枯期三口年分流量減少了52 億m3、年平均減少2.4 億m3；三峽水庫運用后，三口分流量減少幅度進步擴大，期間枯期三口分流量減少36.2 億m3、年平均減少3.3 億m3。

(3)從三口五站分流量變化來看：藕池西支管家鋪站年水量減少最多，下荊江裁彎前至2013年，已由106.2 億m3下降至4.8 億m3，松滋西支新江口站水量減少幅度最小，由下荊江裁彎前的74.0 億m3減少到2013年的26.9 億m3。三峽水庫運用后與下荊江裁彎前相比，新江口站、沙道觀站、彌陀寺站、管家鋪站、康家崗站年枯期平均水量分別減少47.1、25.5、38.6、101.4和4.0 億m3，分別占三口五站總減少量的21.7%、11.8%、17.8%、46.8%和1.8%。

表2 荊南三口分時段枯季徑流量統計 億m3

2.2 三口枯季入湖水量變化趨勢性檢驗

采用Mann-Kendall法進行M-K檢驗，長江上游來水Kendall秩次檢驗T檢驗量為-1.31，呈下降趨勢；線性回歸檢驗T檢驗量為-0.96，呈下降趨勢。荊南三口入湖水量Kendall秩次檢驗T檢驗量為-6.90,呈顯著下降趨勢；線性回歸檢驗T檢驗量為-9.24，呈顯著下降趨勢。由此可知，1959-2013年長江上游枯季來水呈減少趨勢，荊南三口分流枯季入湖水量減少趨勢顯著。

圖7 松滋口枯季徑流量M-K檢驗圖Fig.7 M-K checkout of annual runoff of Songzi port gate in the dry season

圖8 太平口枯季徑流量M-K檢驗圖Fig.8 M-K checkout of annual runoff of Taiping port gate in the dry season

圖9 藕池口枯季徑流量M-K檢驗圖Fig.9 M-K checkout of annual runoff of Ouchi port gate in the dry season

圖10 三口合計枯季徑流量M-K檢驗圖Fig.10 M-K checkout of annual runoff of the three outfalls in the dry season

從圖7-圖10可知，自1972年以來，松滋口枯季平均徑流量有減少的趨勢，且自1978年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過臨界水平，表明松滋口枯季平均徑流量減少的趨勢是十分顯著；自1969年以來，太平口枯季平均徑流量有減少的趨勢，且自1974年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過臨界水平，表明太平口枯季平均徑流量減少的趨勢是十分顯著；自1969年以來，藕池口枯季平均徑流量有減少的趨勢，且自1973年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過臨界水平，表明藕池口枯季平均徑流量減少的趨勢是十分顯著；自1970年以來，三口合計枯季平均徑流量有減少的趨勢，且自1975年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過了臨界水平，表明三口合計枯季平均徑流量減少的趨勢是十分顯著的。

3 三口9-10月入湖水量變化趨勢

3.1 三口9-10月入湖水量變化

1959-2013年荊南三口9-10月實測多年平均入湖水量238 億m3，占同期總入湖水量的45%。其中松滋河西支和東支、虎渡河、藕池河東支和西支實測多年9-10月平均徑流量分別為87.0、28.5、43.3、74.8和4.41 億m3。

圖11 枝城、三口、三口合計歷年9-10月徑流變化情況Fig.11 Change of the runoff of Zhicheng, three outfalls,sum of three outfalls in September to October each year

圖11為長江上游來水(枝城站)、荊南三口分流入湖水量逐年9-10月變化過程。從圖上直觀的可以看出，長江上游來水、荊南三口9-10月分流入湖水量呈現出減少的態勢。從表3可以看出：

表3 荊南三口分時段9-10月徑流量統計 億m3

(1)1959-2013年荊南三口9-10月分流入湖水量減少趨勢顯著，三峽水庫蓄水后與下荊江裁彎前兩階段相比，枝城站9-10月平均徑流量減少了381 億m3，減少幅度為30.2%；三口合計分流量減少了308.9 億m3，減少幅度為72.1%，9-10月平均減少6.86 億m3。

(2)從分階段三口分流入湖水量變化來看(表3)：下荊江裁彎期和下荊江裁彎后兩個階段(共14年)三口9-10月入湖水量減少幅度最大，期間三口年平均分流量減少了近157.2 億m3，占總減少量的50.9%，年平均減少11.2 億m3；下荊江裁彎后至三峽水庫蓄水運用前(共22年)，三口分流量仍呈逐年減少趨勢，但變化幅度已逐漸趨緩，期間9-10月三口年分流量減少了97.5 億m3、年平均均減少4.43 億m3；三峽水庫運用后，三口分流量減少幅度進步擴大，期間9-10月三口分流量減少54.2 億m3、年平均減少4.93 億m3。

(3)從三口五站分流量變化來看：藕池西支管家鋪站年水量減少最多，松滋西支新江口站水量減少幅度最小。三峽水庫運用后與下荊江裁彎前相比，新江口站、沙道觀站、彌陀寺站、管家鋪站、康家崗站年9-10月平均水量分別減少42.7、39、43.3、170和13.9 億m3，分別占三口五站總減少量的13.8%、12.6%、14.0%、55.0%和4.5%。

3.2 三口9-10月入湖水量變化趨勢性檢驗

采用Mann-Kendall法進行M-K檢驗，長江上游來水Kendall秩次檢驗T檢驗量為-3.37，呈下降趨勢；線性回歸檢驗T檢驗量為-3.78，呈下降趨勢。荊南三口入湖水量Kendall秩次檢驗T檢驗量為-6.07,呈顯著下降趨勢；線性回歸檢驗T檢驗量為-7.28，呈顯著下降趨勢。由此可知，1959-2013年長江上游9-10月來水呈減少趨勢，荊南三口分流9-10月入湖水量減少趨勢顯著。

圖12 松滋口9-10月徑流量M-K檢驗圖Fig.12 M-K checkout of annual runoff of songzi port gate in September to October each year

圖13 太平口9-10月徑流量M-K檢驗圖Fig.13 M-K checkout of annual runoff of taiping port gate in September to October each year

圖14 藕池口9-10月徑流量M-K檢驗圖Fig.14 M-K checkout of annual runoff of ouchi port gate in September to October each year

圖15 三口合計9-10月徑流量M-K檢驗圖Fig.15 M-K checkout of annual runoff of the three outfalls in September to October each year

從圖12-15可知，自1971年以來，松滋口9-10月平均徑流量有減少的趨勢，且自1977年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過了臨界水平，表明松滋口9-10月平均徑流量減少的趨勢是十分顯著的；自1972年以來，太平口9-10月平均徑流量有減少的趨勢，且自1986年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過了臨界水平，表明太平口9-10月平均徑流量減少的趨勢是十分顯著的；自1970年以來，藕池口9-10月平均徑流量有減少的趨勢，且自1976年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過了臨界水平，表明藕池口9-10月平均徑流量減少的趨勢是十分顯著的；自1971年以來，三口合計9-10月平均徑流量有減少的趨勢，且自1977年起這種減少趨勢愈發顯著大大超過了臨界水平，表明三口合計9-10月平均徑流量減少的趨勢是十分顯著的。

4 結 論

長江上游來量、來水過程和荊南三口分流能力是影響荊南三口分流量的主要因素。而荊南三口分流能力又受江湖關系自然演變、下荊江系統裁彎、三峽和葛洲壩運用等強人類活動影響。在自然演變和強人類活動影響下，荊南三口分流能力顯著降低、三口分流量呈減少態勢。通過基于Mann-Kendall法對洞庭湖區三口入湖水量趨勢性分析，1959-2013年長江上游年來水、枯季來水和9-10月來水呈減少趨勢，而荊南三口分流年入湖水量、枯季入湖水量和9-10月入湖水量減少趨勢顯著，其中藕池西支管家鋪站來水量減少最多。

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[2] 張 季，翟紅娟。洞庭湖湖區水資源保護規劃[J]. 人民長江，2011，42(2):56-58.

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