瓯江汛期和非汛期水沙通量变化规律.pdf

第 卷 第 期 年 月海 洋 学 研 究 .张婉莹陆莎莎夏小明等.瓯江汛期和非汛期水沙通量变化规律.海洋学研究():.:.():.:.收稿日期:修回日期:基金项目:浙江省自然科学基金项目()第一作者简介:张婉莹()女广东省东莞市人主要从事河口海岸过程与资源环境效应方面的研究:.通信作者简介:陆莎莎()女副研究员主要从事从事河口海岸过程与环境效应方面的研究:.瓯江汛期和非汛期水沙通量变化规律张婉莹陆莎莎夏小明刘金贵(.自然资源部第二海洋研究所浙江 杭州 .自然资源部海洋空间资源管理技术重点实验室浙江 杭州 .广东海洋大学 海洋与气象学院广东 湛江)摘 要:瓯江为典型的山溪性河流其水沙通量具有洪枯季差异悬殊的特征 该文基于瓯江干流控制水文站 年(年)月均径流量和 年(年)月均输沙量观测资料采用年内分配不均匀系数、非参数统计检验、双累积曲线等方法分析了瓯江汛期(梅汛期 月和台汛期 月)和非汛期(月次年 月)水沙通量的变化规律及其原因 结果表明:)径流量和输沙量的峰谷期一致峰值出现在 月谷值出现在 月其中梅汛期是瓯江的主汛期)年瓯江径流量在梅汛期呈显著减少的趋势在非汛期呈显著增加的趋势在台汛期变化趋势不显著径流量的年际变化主要受降水影响径流量的年内分配趋于均匀化受水库调蓄影响较大)年瓯江输沙量在梅汛期呈显著减少的趋势在台汛期和非汛期变化趋势不显著其中梅汛期输沙量的减少与水库拦截有关输沙量的年内分配不均匀性变化不大可能与降水量的不均匀性变化有关)台汛期、非汛期的输沙量径流量关系分别在 年、年各发生了一次明显突变均与流域内的强降水有关关键词:瓯江汛期非汛期水沙通量不均匀性 趋势中图分类号:.文献标志码:文章编号:():.引言河流入海水沙通量对陆海物质循环具有重要意义可以表征陆海相互作用 近几十年由于气候和人类活动的影响许多河流汛期和非汛期的水沙通量发生了显著变化 水沙通量的变化一方面会对河势的稳定性、河口区河床演变产生影响另一方面会引起流域水资源供需关系的改变影响水资源的开发和利用 因此研究水沙通量在汛期和非汛期的变化具有十分重要的科学意义和应用价值大量研究表明气候变化和人类活动是引起河流水沙通量变化的重要因素 杨远东 等和王渺林 等通过对珠江和长江上游流域径流量年内分配的不均匀性分析认为径流量受气候变化和人类活动等多种因素影响其中水库调节导致的洪枯季变幅减弱是年内分配呈均匀性发展的主要原因 由于不同流域的气候和人类活动方式的不同河流洪枯季的水沙通量呈现出不同的变化趋势 周光涛研究呼兰河春、夏、秋、冬四个季节径流量发现受流域内水库建设和灌溉的影响各季节径流量均呈下降趋势 张颖 等研究了 年来赣江汛期和非汛期的水沙变化发现径流量的变化趋势平稳输沙量呈下降趋势 吴尧 等分析东江洪枯季的水沙变化发现径流量呈现洪季减少、枯季增加的趋势输沙量呈现洪枯季均减少的趋势其中输沙量减少主要与水库拦截有关 上述研究主要针对大型河流或其支流进行对于独流入海的中小型河流的关注较少瓯江是浙江省南部一支独流入海的中型山溪性河流受降水量的季节分配和山区地形的影响水沙通量具有洪枯悬殊的季节性特征 近几十年来瓯江流域的气候变化日益加剧水库建设等人类活动也愈加频繁在此背景下摸清瓯江流域水沙通量汛期和非汛期的变化规律对于流域综合开发与治理有重要意义 本文收集了瓯江干流主要代表水文站近几十年的水沙通量观测资料采用年内分配不均匀系数、非参数统计检验、双累积曲线等方法分析瓯江洪枯季水沙通量年内分配的不均匀性变化、汛期和非汛期的变化趋势及其可能原因为进一步研究瓯江河床演变以及流域水资源开发提供科学依据 研究区概况瓯江为浙江省第二大河流全长 流域面积 瓯江发源于锅帽尖流经龙泉、云和、丽水、青田、永嘉、瓯海、鹿城、龙湾等 个县(市、区)向东注入温州湾为典型的山溪性河流(图)由于河谷地形陡、坡降大降水汇流快瓯江水沙通量具有随洪峰暴涨暴跌的特征 同时受亚热带季风气候和台风的影响瓯江流域降水具有明显的季节性变化特征其水沙通量也因此呈现出显著的季节差异 春末夏初期间(月)受夏季风向北推进的影响流域内阴雨连绵这一时期称为梅汛期夏秋季节(月)台风活动频繁水汽受纵横交错的山脉阻挡发生抬升和汇聚容易在瓯江流域内形成暴雨中心这一时期为台汛期 因此 月是瓯江流域的汛期(包含梅汛期和台汛期两个汛期)其余月份为非汛期近几十年来瓯江流域内兴建了大量水库、水电站等水利工程截至 年流域(鹤城站集水区域)内已建有大中型水库 座(图)小型水库 座 资料与方法.资料来源以圩仁站和鹤城站作为瓯江干流的代表水文站(图)分别收集圩仁站(年)、鹤城站(年)的月均径流量数据圩仁站(年)的月均悬沙通量数据 圩仁站建于 年于 年移设至其上游约 的鹤城站两站的集水面积差异较小控制了约的瓯江流域面积图 研究区域.海 洋 学 研 究 卷 期 收集了瓯江流域及周边 个气象站(图)月均降水量数据(年)数据下载自中国国家气象信息网(:.).研究方法.面降水量计算采用泰森多边形法计算研究区的面降水量根据气象站所在位置将瓯江流域划分为 个单元(图)每个单元包含一个气象站以各气象站降水量代表该单元降水量计算各气象站集雨区面积在研究区总面积的占比以占比为权重与降水量相乘累加所得的值即为该研究区的面降水量.年内分配不均匀性分析对于水沙通量洪枯悬殊的山溪性河流其汛期和非汛期变化在相当大程度上决定了水沙通量年内分配的不均匀性(下文简称“不均匀性”)不均匀性可以用年内分配不均匀系数()表征值越大表示水文要素在年内各月间的差异越悬殊即年内分配越不均匀 公式如下:()()()()式中:为水文要素月观测值 为水文要素年内月观测值的均方差 为水文要素年内月平均值本文利用瓯江月径流量和月输沙量作为水文要素观测值分别计算径流量和输沙量的 值.时间序列趋势分析降水量、径流量和输沙量的时间序列趋势分析采用 趋势检验法()是分析气象、水文学上常用的时间序列趋势方法 值为统计检验值 值为正代表时间序列呈上升趋势反之则呈下降趋势 值表征显著性水平 径流量 降水量表明输沙量的变幅比径流量和降水量大 从变化趋势看径流量的 值呈明显下降趋势多年平均减少率为 年内分配趋于均匀化而降水量和输沙量总体变化趋势平稳降水量多年平均减少率为 输沙量多年平均增加率为 变幅均只有径流量的约二分之一年内分配变化不大.水沙通量的汛期和非汛期变化趋势瓯江全年、梅汛期、台汛期和非汛期的径流量变化趋势见图 年瓯江全年径流量呈减少趋势(图)台汛期径流量呈增加趋势(图)但两者变化趋势均不显著梅汛期径流量呈减少趋势且趋势显著(.)年均变 化 率 为 (图)非汛期径流量呈增加趋势且趋势显著(.)年均变化率为.(.图)年瓯江全年、梅汛期、台汛期和非汛期的输沙量变化趋势(图)显示全年、梅汛期和台汛期输沙量均呈减少趋势非汛期呈增加趋势其中梅汛期的减少趋势显著 输沙量全年年均变化率为.(.图)梅汛期为图 瓯江径流量、输沙量和降水量年内分配不均匀系数 变化.图 年瓯江径流量变化趋势.海 洋 学 研 究 卷 期.(图)台 汛 期 为.(.图)非 汛 期 为.(.图)降水量变化(图)显示 年瓯江流域全年、台汛期和非汛期均呈增加趋势其中非汛期的年均变化率为 (.)增加趋势显著(.)梅汛期降水量呈减少趋势但不显著图 年瓯江输沙量变化趋势.图 年瓯江降水量变化趋势.张婉莹 等:瓯江汛期和非汛期水沙通量变化规律 讨论.瓯江流域降水量径流量输沙量的相关关系降水量是影响河流水沙变化的重要因素降水量、径流量、输沙量三者之间具有一定的相关关系根据径流量与降水量的双累积曲线(图)可知近 年来两者关系在梅汛期、台汛期、非汛期均未发生明显偏转 双累积曲线的斜率在非汛期最小表明非汛期单位降水量产生的径流量最小 一方面非汛期时往往降水量少且降水历时短另一方面这一时期土壤中含水量相对较低使得降水时的下渗量较大因此单位降水量下的径流量低于梅汛期和台汛期 年各时期输沙量与径流量的双累积曲线(图)显示 年间水沙关系在台汛期(年)、非汛期(年)各发生了一次明显突变 台汛期曲线在 年发生明显右偏斜率从.减少到.(图)表明这一时期单位径流量下产生的输沙量大幅减少 这一突变可能与 年 月流域内特大洪水导致的土壤侵蚀有关大洪水致使土壤侵蚀厚度急剧减小导致之后几年间的 地 表 土 壤 抗 侵 蚀 能 力 增 强 年双累积曲线的斜率恢复至.与 年前相近可能是经历约 年的恢复期后土壤侵蚀层基本恢复流域输沙量恢复到了大洪水之前的水平 非汛期曲线在 年发生明显右偏(图)表明 年后流域的单位径流量下产生的输沙量大幅减少 这一突变可能与 年 月流域内强降水导致的土壤侵蚀有关 梅汛期双累积曲线虽然在 年和 年略有偏转但是幅度不大整体未发生明显突变表明水沙关系较为稳定 由于梅汛期的水沙通量较大可能导致强降水和人类活动等因素影响相对变小图 瓯江各时期径流量与降水量双累积曲线.图 瓯江各时期输沙量与径流量双累积曲线.海 洋 学 研 究 卷 期.人类活动对水沙通量的影响自然状态下河流水沙通量的变化受降水量的直接影响但近年来随着瓯江流域人类活动不断增强入海水沙通量受人类活动的影响日趋明显 宋乐等研究发现影响瓯江水沙通量的人类活动主要包括森林砍伐、引水调水工程建设和修建水利设施等其中水库建设的影响最大水库的建设和运行会对河流径流量的年内分配产生较大影响 据瓯江志记载 年底圩仁水文站上游共建成大中型水库 座总库容为.占流域多年平均径流量的 其中 年建成的紧水滩水库为流域内规模最大的电站水库总库容为.占该时段所有水库总库容的 基于此本文以 年为界比较水库建设前后瓯江汛期和非汛期水沙通量的变化比较建库前后径流量与降水量的 值(表)可以发现建库后径流量的减幅(.)明显大于降水量的减幅(.)表明建库后瓯江径流量的年内分配向均匀化发展即水库的调蓄作用使径流量趋于均匀化 从径流量的年均值变化来看建库后汛期和非汛期的径流量均增加(表)与降水量变化趋势基本一致(图)而其中梅汛期的增加率最低可能与梅汛期为水库蓄水的主要时期有关表 水库建设前后降水量与径流量的 值及其变化率.项目建库前建库后变化率降水量.径流量.已有研究表明水库对输沙量的影响主要为拦沙效应导致的输沙量减少 为了探究水库在汛期和非汛期不同的拦沙效应对比了建库前后瓯江径流量和输沙量的变化(表)根据前文研究剔除了 年和 年数据 从表 来看建库后台汛期和非汛期的输沙量均增加而梅汛期的输沙量减小 可见梅汛期输沙量受水库拦沙效应的影响最为显著台汛期和非汛期的影响较小 梅汛期为瓯江水库蓄水的主要时期水库蓄水阻碍了泥沙下泄使得大量泥沙被拦截在库区导致输沙量剧烈减少这与宋乐 等的研究一致表 水库建设前后梅汛期、台汛期和非汛期年均径流量和输沙量变化.时期年均径流量建库前()建库后()变化率年均输沙量建库前()建库后()变化率梅汛期.台汛期.非汛期.结论瓯江为典型的山溪性河流其水沙通量具有洪枯季悬殊特征 基于瓯江干流控制水文站多年水沙观测资料分析了瓯江汛期和非汛期水沙通量的变化规律得到以下几点主要认识)在汛期和非汛期的分配上瓯江径流量、输沙量与降水量峰谷期一致峰值均出现在 月谷值均出现在 月梅汛期是瓯江的主汛期)径流量和输沙量的年内分配不均匀性不同输沙量的变幅明显大于径流量 径流量的不均匀性在 年间呈显著下降趋势输沙量的不均匀性在 年间变化不大)年径流量在梅汛期呈显著减少的趋势在非汛期呈显著增加趋势在台汛期呈增加趋势但趋势不显著 年输沙量在梅汛期呈显著减少趋势在台汛期和非汛期分别呈现减少和增加趋势但均不显著张婉莹 等:瓯江汛期和非汛期水沙通量变化规律)台汛期、非汛期的径流量输沙量关系分别在 年、年各发生了一次明显突变均可能与流域内的强降水有关)紧水滩水库的调蓄和拦沙在一定程度上影响了瓯江水沙通量在汛期和非汛期的分配特征水库建成后径流量表现出更强的均匀化趋势输沙量在梅汛期大幅减少致谢 浙江省水利厅和丽水市水利局提供了本文所用流量和悬沙通量数据在此深表谢意!参考文献():王乐扬李清洲王金星等.变化环境下近 年来中国北方江河实测径流量及其年内分配变化特征.华北水利水电大学学报:自然科学版():.:():.吴尧蒋齐嘉.东江水沙通量的年内分布规律分析.水电能源科学():.():.张颖宋成成肖洋等.近 年来赣江流域水沙年内分配变化分析.水文():.():.贺松林.瓯江河口内外堆积带的形成分析.海洋学报():.():.祝永康孙志林.瓯江河口输沙模式与应用研究.地理研究():.():.李玲薛峰张伯虎.瓯江河口近期冲淤演变分析.浙江水利科技():.():.卢璐王琼王国庆等.金沙江流域近 年气候变化趋势及径流响应关系.华北水利水电大学学报:自然科学版():.:():.杨远东王永红蔡斯龙等.年珠江流域下游径流年际与年内变化特征.水土保持通报():.():.王渺林侯保俭.长江上游流域径流年内分配特征分析.重庆交通大学学报:自然科学版():.:():.周光涛.呼兰河流域河川径流年内分配变化特征分析.水电能源科学():.():.宋乐夏小明刘毅飞等.瓯江河口入海水沙通量的变化规律.泥沙研究():.():.王紫霞.气候变化对瓯江流域水文气象要素的影响.杭州:浙江大学.:海 洋 学 研 究 卷 期 .吴松涛.瓯江志.北京:水利电力出版社:.:.华晓林金锋朱慧.浙江省水利志.北京:中华书局:.:.张培坤.浙江气候及其应用.北京:气象出版社:.:.伍远康刘德辅.浙江省登陆台风暴雨落区研究.水文():.():.洪毅.丽水地区(瓯江流域)暴雨洪涝气候规律的基本特征.浙江气象科技():.().():.孙英蔡体录柴加龙等.闽浙山溪性河口的径流特性及其对河口的冲淤影响.东海海洋():.():.张伯虎吴修广谢东风.近 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