近60年沅江流域徑流特征研究

佘玉良，賀雙龍

（湖南省水文水資源勘測中心，湖南 長沙 410007）

氣候變化和人類活動影響河流徑流的變化，徑流量的變化規律有確定性的一面，也有隨機性的一面[1]。研究一個流域的河流徑流量隨環境變化的特征，有助于探討該流域地表水資源的變化趨勢，為水資源規劃管理和生態環境保護提供科學依據。

1 沅江流域概況

沅江流域在長江流域洞庭湖水系內，是長江第六大支流，為湖南省境內第二大河流。沅江的發源地在貴州省東南部，在湖南境內流經芷江、會同、洪江、中方、溆浦、辰溪、瀘溪等縣，到沅陵后轉向東北，經桃源、常德注入洞庭湖。沅江河口在常德境內的德山，德山下游為尾閭。沅江流域面積89 488 km2，湖南省內面積51 927 km2。沅江全長1 033 km，在湖南境內有568 km，流域平均坡降0.594‰。

沅江流域地勢為四周高原、山地環繞，東面的雪峰山脈與資水流域分隔，南面的苗嶺山與柳水流域分界，西面的梵凈山與烏江流域相隔，北面的武陵山與澧水流域為鄰。流域南北較長，東西較窄，大致為西南斜向東北的矩形，西南高而東北低。

沅江流域水能資源豐富，河網發育較密，狀如不對稱的羽毛型水系，左岸支流較多，如水、辰水、武水、酉水，右岸主要有渠水、巫水、溆水。流域內崇山峻嶺，山陡坡大，多峽谷險灘、水流湍急；山體大部分為震旦紀巖石構成，河床巖層較堅硬，河床穩定陡峻，河道平均比降為0.154‰，屬典型的山區性河流。流域內植被覆蓋良好，上游沿岸森林茂密。

沅江流域屬亞熱帶季風氣候，濕潤多雨，多年平均降水量1 456 mm，實測年最大點雨量值在下游桃源縣境內的王家灣站，為1969年的2 837.2 mm。降雨年內分配不均，4—9月為多雨時段，4—8月的降雨量占年總量的66%，其中5月為最多，月平均降水量超過200 mm，12月至次年2月降水量只占全年總量的9.0%。沅江流域的年降雨，由東向西漸減，在北緯27°～28°之間，形成一個少雨過渡帶，由過渡帶向東北與西南雨量漸增。分析多年平均降雨情況得知，流域內暴雨比較多見，存在兩個暴雨中心，一個在支流酉水的上游，一個在干流的浦市、沅陵至桃源一帶，降雨強度大，歷時長，常形成暴雨洪水，為區域性暴雨。大面積長歷時的暴雨一般在6—7月，個別年份推遲到了8月，暴雨發生呈先東南后西北的趨勢，歷時一般1～2天，最長的持續4天多。

沅江流域多年平均蒸發量為801.6 mm，貴州凱里為最大蒸發量點，其多年平均蒸發量達982.5 mm。沅江流域產流量豐富，洪水基本上由暴雨形成。沅江流域雨量站點分布見圖1。

圖1 沅江流域雨量站點分布圖

2 采用的資料和分析研究方法

2.1 研究采用的資料

根據沅江流域河流水系特征和站網分布及水利工程等情況，選取干流控制情況好、資料精度較高、觀測歷時較長、資料較為完整的站點作為采用對象，以浦市、桃源2個控制水文站1956—2016年逐月實測流量資料為徑流量分析計算依據，用流域雨量站點的實測資料，通過泰森多邊形分析方法計算出浦市、桃源2個水文站的面降雨量資料。浦市水文站集水面積為54 144 km2，桃源水文站集水面積為85 223 km2，桃源水文站集水面積占沅江流域面積的95.2%，基本上能控制沅江流域的徑流情況。2個站點具有很好的代表性。

2.2 研究方法

采用降雨-徑流雙累積曲線法、年實測徑流變化曲線法、降雨徑流模比系數差積曲線法和模比系數累積平均曲線法對沅江流域的徑流年際變化進行定性分析。為檢驗幾種定性分析方法的可信度，采用滑動T檢驗法和Mann-Kendall檢驗法對流域徑流變化趨勢進行驗證，通過徑流的年際Cv值和年際極值比[2]對徑流變化情況進行定量分析。年內變化采用徑流年內分配曲線、各月占比及集中度[3]等指標進行分析。

3 徑流年際變化特性

3.1 降雨徑流相關性分析

選用浦市、桃源2個站點的資料，采用雙累積曲線法對沅江流域降雨-徑流相關性進行分析，結果見圖2、圖3，可見流域的降雨-徑流雙累積曲線線性良好、無明顯偏折，表明沅江流域降雨-徑流關系一致性良好，未發生變異。

圖2 浦市水文站年降雨-徑流雙累積曲線圖

圖3 桃源水文站年降雨-徑流雙累積曲線圖

3.2 實測徑流年際變化特征

從沅江流域水文控制站年實測徑流變化曲線（圖4）可以看出浦市、桃源2個水文控制站年實測徑流變化情況，所選用的2個站點年實測徑流量隨著集水面積的增加而增加，年實測徑流量變化趨勢一致。

圖4 沅江流域水文控制站年實測徑流變化曲線

浦市、桃源2個水文控制站的實測徑流年際變化特征值成果表（表1）表明，沅江流域控制站實測徑流的年際Cv值和極值比都比較小，表明沅江流域近60年實測徑流年際變化不大，豐、枯水年實測年徑流量相差也不大。

表1 沅江流域實測徑流年際變化特征值成果表

3.3 降雨徑流年際變化趨勢分析

分別用模比系數差積曲線和模比系數累積平均曲線對浦市、桃源2個水文站1956—2016年共61年年降雨、徑流系列資料對流域降雨、徑流年際變化趨勢進行分析，結果見圖5、圖6。可以看出，浦市、桃源2水文站降雨、徑流關系一致性較好，豐、平、枯水期交替出現，說明站點降雨、徑流系列資料具有一定的代表性。

圖5 浦市降雨、徑流模比系數差積曲線

圖6 浦市降雨、徑流模比系數累積平均曲線

圖7、圖8顯示，當降雨、徑流系列達到12年以上時，模比系數累積平均值變得穩定并趨近于1，說明流域降雨、徑流年際變化較穩定，具有一定的代表性。

圖7 桃源降雨、徑流模比系數差積曲線

圖8 桃源降雨、徑流模比系數累積平均曲線

為進一步驗證沅江流域徑流年際變化趨勢，利用5點、10點滑動T檢驗及Mann-Kendall檢驗對浦市、桃源站實測徑流進行了驗證，結果見圖9、圖10，可以得知，5年滑動T檢驗的資料系列基本落在置信水平（±2.306區間）之間，10年滑動T檢驗的資料系列基本落在置信水平（±2.101區間）之間，Mann-Kendall法檢驗的UF、UB曲線基本夾于顯著性水平信度線（±1.96區間）之間，表明流域徑流系列的變化趨勢不明顯。

圖9 浦市實測徑流5年、10年滑動T檢驗及Mann-Kendall法檢驗

圖10 桃源實測徑流5年、10年滑動T檢驗及Mann-Kendall法檢驗

4 徑流年內變化特性

沅江流域的補給水源主要是大氣降水，徑流量的年內變化隨降水量年內變化比較明顯，兩者的變化情況見圖11。從圖11得知，隨著汛期雨水的增多，徑流量也相應變大，降雨徑流主要集中在4—7月份，降雨和徑流量峰值均出現在6月份。

圖11 沅江流域徑流量年內分配曲線

徑流的年內分布情況：沅江流域浦市、桃源水文控制站徑流量各月分配比例見表2，表明徑流的年內分配不均勻，徑流主要集中在4—7月份，占多年平均徑流量的60.01%～60.33%，6月份徑流量最大。2個水文站徑流量的季節分配規律一致，均為：夏季徑流量＞春季徑流量＞秋季徑流量＞冬季徑流量，徑流年內分布集中指數CI（Concentration Index）：浦市CI=11.52，桃源CI=11.60，在區間[11，20]之間，進一步驗證了徑流年內變化有很強的季節性。

表2 沅江流域各月平均徑流量占多年平均徑流量的百分比 %

5 結論

利用數理統計方法對沅江流域近60年徑流年際和年內的變化特征進行分析，得出如下結論：

1）近60年來，沅江流域徑流量盡管受自然因素和人類活動影響，但就整個沅江流域來說變化效果不明顯，徑流年際Cv和極值比都不大。

2）沅江流域徑流量的年內各月分配不均勻，其中6月份徑流量最大；季節分配不均衡，呈現夏季徑流量＞春季徑流量＞秋季徑流量＞冬季徑流量的現象。

本文采用多種方法和多種指標對沅江流域降雨徑流特征進行研究，研究方法具有一定適用性，研究成果揭示了徑流變化規律，可以為水資源調查、流域水資源開發利用、水資源管理和生態環境保護工作提供科學依據。在了解沅江流域降雨徑流特征的基礎上，可進一步分析各支流的降雨徑流特征，從而全面掌握沅江流域的水文特征。