海南岛万泉河加积站水文情势变化分析.pdf

:/.:/第 卷 增 人民珠江 年 月 基金项目:海南省院士创新平台科研专项资助()收稿日期:作者简介:肖静()女硕士工程师主要从事水文情报预报及防汛抗旱研究 :.通信作者:杨向权()男硕士工程师主要从事防汛抗旱及河湖管理研究 :.海南岛万泉河加积站水文情势变化分析肖 静杨向权(.海南省水文水资源勘测局海南 海口.海南省水务厅海南 海口)摘要:基于万泉河加积站 年日均流量资料采用 检验法、滑动 检验分析加积站年均、汛期及非汛期流量趋势、突变情况并基于 个指标用 法分析加积站水文情势变化 结果表明:年均流量、汛期流量呈下降趋势但不显著非汛期平均流量上升趋势显著 加积站年均流量在、年发生突变汛期平均流量突变在、年发生突变非汛期平均流量在 年发生突变结合水利工程建设情况选取 年之前作为天然状态 分析表明河流水文情势整体的改变度为.为中度改变 非汛期平均流量明显增大年最小流量指标、基流指数中高度改变等表明了水利工程削峰补枯调节作用明显而年最大流量指标的减小、出现时间延后及高流量脉冲次数减少、历时增加反映水利工程蓄水、气候变化对河道情势的明显影响关键词:水文情势 法万泉河加积站中图分类号:文献标志码:文章编号:()河流水文过程是河流中的水文特性和变化规律不仅塑造河床结构形态还进行河流系统物质及能量传输具有重要的水文学、生态学意义 长期以来河流水文情势主要由自然降水、河床地质地貌等条件决定 但自 世纪 年代起人类活动对河流水文过程的干涉逐渐增强 尤其人类活动对下垫面的改变、水资源开发修建大型水利工程等导致众多江河水文情势发生较大改变 万泉河流域作为海南岛暴雨中心当地对水资源开发利用频繁梁蓓等基于万泉河加积站 年水文气象资料利用有序聚类方法和 分析流域入海径流量发现下垫面植被结构改变是 年后径流显著减小的重要原因 梁蓓等的分析存在偏颇 年后径流显著减小更多因为气候变化尤其 年降水严重偏少导致径流显著减少李旦等基于万泉河加报站 年日流量资料利用变化范围法(法)、直方图匹配法()分析加报站水文情势得出加报站水文情势发生高度、中度变异原因是热带雨林破坏加剧、植被结构改变该加报站位于万泉河上游支流且上游有中小型水库 座 年开始兴建大型水库红岭水库 综合考量人类活动对万泉河流域整体影响分析万泉河加积站水文情势变化十分必要 研究区域与数据来源加积水文站于 年 月设立在万泉河段上经过 次 的 停 测(、年)、恢 复(、年)和一次的变迁(年 月下迁 )位于琼海市加积镇文坡村集水面积为 属于省级重点报汛站为万泉河流域控制站 基本水尺断面上游 处建有加积大桥(年建成)上游 处于 年 月建有加积水轮泵大坝 万泉河流域(图)位于海南岛东部为海南省第三大河流分有南北两源均发源于琼中县五指山风门岭南北源汇合于琼海市合口咀向东或东北向流经琼中、屯昌、定安、文昌、万宁等市人民珠江 年增刊 县至琼海市博鳌港入南海 万泉河干流全长.集水面积 总落差.干流坡降.每年 月为流域汛期 月至次年 月 为 流 域 非 汛 期 收 集 加 积 水 文 站 年日径流数据资料长度 图 万泉河流域概况收集万泉河流域内水利工程建设情况 自 世纪 年代开始万泉河流域大规模修建水利工程 水利工程建设迅猛目前流域内已建大型水库 座中型水库(堰闸水坝)座小型水库 座 加积水文站上游有大型水库 座、中型水库(堰闸水坝)座、小型水库 座总库容.亿 调洪库容.亿 无防洪库容 牛路岭水库为年调节水库 年开工建设 年底 台机组同时发电总库容.亿 正常库容.亿 死库容.亿 红岭水库为多年调节水库 年初开工建设 年初两台机组同时发电总库容.亿 正常库容.亿 死库容.亿 具体见表 表 万泉河加积站上游水利工程建设情况项目合计水库数/宗占水库数/.大型/宗中型/宗小型/宗调洪库容/亿.死库容/亿.总库容/亿.占总库容/.研究方法利用 检验法、滑动 检验进行序列趋势和突变分析 本文给定显著性水平 .检验置信值.检验置信值.采用水文变化指标()评估整体河流水文情势变化包括 个指标万泉河流域无断流情况仅分析 个指标具体见表 变动范围法()分析受干扰前后 指标来评估水文情势的变化程度以受干扰前 指标的 作为 阈值对第 个指标改变度计算如下:()()其中为第 个 指标的水文改变度为第 个 指标受干扰后仍落于 阈值内的实际观测年数为第 个 指标受干扰后仍落于 阈值内的预期年数为受干扰前第 个 指标落于 阈值内的比例为受干扰后径流资料的总年数 若 值在 区间为无或低度改变在 区间为中度改变在 区间为高度改变 河流水文情势整体改变度采用水文改变度综合指标 进行计算:(/).()人民珠江 年增刊 表 的水文参数及特征组别特征选用指标第一组月均流量 月月流量均值或中值第二组年均极值年均、最大流量年均、最小流量基流指数:最小流量/年均流量第三组年极值出现时间年最大流量出现时间年最小流量出现时间第四组高低流量频次与历时高流量脉冲次数高流量历时低流量脉冲次数低流量历时第五组流量变化率与频次流量平均增加率流量平均减少率流量逆转次数 结果分析.变化趋势采用 法检验加积站 年的年均流量及各月平均流量的变化趋势结果见表 表 加积站年均流量及月均流量变化趋势名称均值/()值显著性 月.显著上升 月.显著上升 月.显著上升 月.显著上升 月.显著上升 月.无显著变化 月.无显著变化 月.无显著变化 月.无显著变化 月.无显著变化 月.无显著变化 月.无显著变化汛期.无显著变化非汛期.显著上升年均.无显著变化 月及非汛期平均流量上升趋势显著超过了 置信区间 月平均流量呈下降趋势其他月份平均流量呈上升趋势但变化趋势不显著总体看年均及汛期流量呈下降趋势非汛期流量呈上升趋势.突变点识别采用 法和滑动 检验对加积站 年的年均流量及汛期、非汛期平均流量的突变进行分析结果见图 加积站年均流量 检验在 年之前及 年以后有多个交叉点滑动 值在、年超过置信区间综合考虑年均流量在、年发生突变 加积站汛期平均流量突变与年均流量突变情况相似 检验在 年之前有多个交叉点滑动 值在、年超过置信区间综合考虑汛期平均流量在、年发生突变 加积站非汛期平均流量 检验在 年有交 叉 点 滑 动 值 在、年超过置信区间综合考虑非汛期平均流量在 年发生突变水利工程建设尤其大型水库牛路岭水库、红岭水库建设对万泉河径流影响巨大结合加积站年均人民珠江 年增刊 流量、汛期及非汛期平均流量突变分析结果采用 年作为人类活动影响前时段 年为人类活动影响后时段进一步使用 法分析径流变化图 加积站年均流量 和滑动 检验突变分析图 加积站汛期平均流量 和滑动 检验突变分析图 加积站非汛期平均流量 和滑动 检验突变分析.水文情势定量评价基于 指标采用 法统计 年以前(年)和 年以后(年)个水文参数并计算参数均值、变差系数、目标、水文改变度、变化等级结果见表 的 个指标中 个受到高度影响 个受到中度影响其余 个受到的影响较小河流水文情势整体的改变度为.为中度改变表 加积站水文情势指标统计组别 指标均值 年前 年后变差系数 年前 年后 目标上限下限水文改变度/变化等级第一组:月均流量 月流量.月流量.月流量.月流量.月流量.月流量.月流量.月流量.月流量.月流量.月流量.月流量.人民珠江 年增刊 续表 加积站水文情势指标统计组别 指标均值 年前 年后变差系数 年前 年后 目标上限下限水文改变度/变化等级第二组:年均极值最小 流量.最小 流量.最小 流量.最小 流量.最小 流量.最大 流量 .最大 流量 .最大 流量 .最大 流量.最大 流量.基流指数.第三组:年极值出现时间最大流量出现时间.最小流量出现时间.第四组:高低流量频次与历时高流量脉冲次数.高流量历时.低流量脉冲次数.低流量历时.第五组:流量变化率与频次流量平均增加率.流量平均减少率.流量逆转次数.注:流量单位为/历时单位为 )月均流量、月流量受到中度影响 年以后的流量均值均大于 年之前的流量均值(图仅展示、月)月的 年以后的流量均值小于 年之前的流量均值 除了、月外其余月份 年之前 均大于 年之后 表明自然状态下平均流量主要受气候因素影响变化大而受人类影响后的流量变化范围小 非汛期、汛期流量改变度分别为.、.分别属于中度改变、低度改变)月平均流量变化 )月平均流量变化图 加积站、月平均流量变化人民珠江 年增刊 )年均极值 年以后年最小流量均值均大于 年之前均值 年以后年最大流量均值均小于 年之前均值 年最小 流量显著增大属高度改变年最小、流量及年最大 流量受到中度影响(图 仅展示年最小 、最小 流量)其余年极值指标受到的影响较小基流指数受到中度影响 年以后均值大于 年之前均值(图)除 年以后年最大 流量 值小于 年之前外其余指标的 年以后 均大于 年之前的 表明 年以后的年均极值更离散、变化大)最小 流量变化 )最小 流量变化)最大 流量变化 )基流指数变化图 加积站最小 、最小 流量最大 流量和基流指数变化 )年极值出现时间 年最小流量出现时间受到中度影响(图)年最大流量出现时间受到低度影响年最大、最小流量平均出现时间均延后 年最小流量出现时间变差系数大于年最大流量出现时间变差系数表明年最小流量出现时间变化更大图 加积站最小流量出现时间变化)高低流量频次与历时 低流量历时受高度影响显著变短高流量、低流量脉冲次数受到中度影响(图 仅展示低流量脉冲次数、低流量历时)高流量脉冲次数均值 年之前较 年以后减少高流量历时均值 年之前较 年以后增加低流量脉冲次数均值 年之前较 年以后增加低流量历时均值 年之前较 年以后减少)低流量脉冲次数变化图 加积站低流量脉冲次数及历时变化人民珠江 年增刊)低流量历时变化续图 加积站低流量脉冲次数及历时变化)流量变化率与频次 流量逆转次数受到高度影响显著增加流量平均增加率受中度影响(图)流量平均增加率均值 年以后较 年之前减小流量平均减少率、逆转次数均值 年以后较 年之前增加 流量平均增加率、减少率变差系数增大表明 年以后两者较 年之前数值波动更大、更离散)流量平均增加率变化)流量逆转次数变化图 加积站流量平均增加率及逆转次数变化 讨论与展望利用 法、滑动 检验分析万泉河加积站年均、月均流量趋势及年均、汛期、非汛期流量突变情况并结合流域内水利工程建设情况选定天然状态并基于 个指标用 方法分析万泉河加积站水文情势变化)趋势变化分析 万泉河加积站年均流量呈下降趋势主要是受人类活动居民生活用水、灌溉引调水、工业用水等影响尤其是跨流域的灌区引调水任务及供水任务加上人类活动导致流域内植被覆盖率下降 流域涵养水源能力降低导致径流量减少而 月平均流量上升趋势显著、月平均流量下降主要原因是水利工程削峰补枯的调蓄影响)突变情况分析 加积站年均流量在、年发生突变加积站汛期平均流量突变与年均流量基本吻合在、年发生突变非汛期平均流量在 年前后发生突变 年前后突变主要是大型水利工程牛路岭水库开工建设造成年均流量发生改变 年后发生突变主要是人类活动加剧水资源利用导致年均流量减少)水文情势变化分析 结合万泉河加积站上游水利工程建设情况综合选取 年之前作为天然状态 分析表明 年以后河流水文情势整体的改变度为.为中度改变 非汛期平均流量明显增大年最小流量指标、基流指数中高度改变表明了水利工程削峰补枯调节作用明显年最小流量出现时间、低流量频次与历时及流量变化率与频次的改变也验证了此观点 而年最大流量指标的减小、出现时间延后及高流量脉冲次数减少、历时增加侧面反映水利工程蓄水、气候变化对河道情势的明显影响总之人类活动和气候变化对河道水文情势产生了明显影响在此影响下人类如何更高效的利用水资源并降低对生态系统的负面影响需要进一步探讨参考文献:黎云云畅建霞雷江群.改进 法在河流水文情势评价中的应用.西北农林科技大学学报(自然科学版)():.王东.辽河干流水文情势变化规律分析.吉林水利():.(下转第 页)人民珠江 年增刊 定最低运行水位 .目前甚至已经低于最小生态水位 .在流域继续旱化、水资源持续减少态势下抚仙湖水位势必还将继续下降为应对流域旱化可能给抚仙湖带来的水资源、水生态、水环境危机提出以下建议)继续深入研究抚仙湖水文干旱对气象干旱的响应以及定量分析干旱对抚仙湖水生态、水环境的影响)加强抚仙湖流域水资源管理和保护 大力推进节水型社会建设加强流域水资源综合调度管理积极探索清水入湖途径)加强流域水资源监测和干旱监测预警 尽快完善抚仙湖水资源监测体系构建科学的现代化监测站网为打好“湖泊革命”攻坚战、实现精准治湖和科学治湖提供基础保障参考文献:邴建平.长江 鄱阳湖江湖关系演变趋势与调控效应研究.武汉:武汉大学.王红瑞洪思扬秦道清.干旱与水资源短缺相关问题探讨.水资源保护():.周根富解文静.海河流域近 年气象干旱和水资源形势研究.自然资源情报():.杨腾腾吴挺峰嵇晓燕等.强人类活动下半干旱地区湖泊水资源损失过程重建:以岱海为例.湖泊科学():.韩冬梅姜姗姗.基于分时预估模型的海河流域干旱演变特征分析.人民珠江():.冯仕远初萍萍姚欣等.基于 的西北地区干旱时空分布特征及成因分析.人民珠江():.陈亚利赵强艾明乐等.年辽河流域气象干旱时空特征分析.水利水电技术(中英文)():.李加龙李慧赟罗潋葱等.抚仙湖历史水位反演与未来 年水位变化预测.湖泊科学():.谷桂华杨侃杨文春等.抚仙湖适宜生态水位研究及水位改变度分析.中国农村水利水电():.任建成张婷婷.基于标准化降水指数的山东省近 年旱涝演变特征.水土保持研究():.商东耀张志红岳元等.基于标准化降水指数的河南省近 年干旱时空特征分析.干旱地区农业研究():.王理萍王树仿王新华等.五种干旱指数在云南省的适用性分析.灌溉排水学报():.气象干旱等级:/.北京:中国标准出版社.魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术.北京:气象出版社.朱文祥.滇中城市暴雨变化特征和洪涝成因分析:以玉溪中心城区为例.人民珠江():.云南省抚仙湖保护条例.(责任编辑:李燕珊)(上接第 页)孔兰陈俊贤蒋任飞.基于情景分析和 法的梯级开发对水文情势的影响.中国农村水利水电():.张飒班璇黄强等.基于变化范围法的汉江中游水文情势变化规律分析.水力发电学报():.顾西辉张强孔冬冬等.基于多水文改变指标评价东江流域河流流态变化及其对生物多样性的影响.生态学报():.梁蓓叶长青.热带岛屿性河流万泉河入海径流量变化及影响因素.中国农村水利水电():.李旦徐文叶长青等.气候变化和人类活动干扰下万泉河流域水文情势变化特征分析.水电能源科学():.肖静张鹭林尤文.万泉河流域极端降水时空分析.人民珠江():.肖静杨向权.基于多种方法的海南岛万泉河流域汛期划分.人民珠江():.周婷于福亮李传哲等.湄公河清盛站水文情势变化分析.水电能源科学():.陈启慧郝振纯夏自强等.葛洲坝对长江径流过程的影响.长江流域资源与环境():.(责任编辑:向 飞)