楊娜 趙亦童 黃伊涵 韓翠 勞曉璨

摘要 根據(jù)襄陽站日徑流資料（1940—2012年），分別采用Mann-Kendell檢驗方法和RVA方法分析該站點的徑流變化特征，認為襄陽站的年徑流量呈現(xiàn)出一定程度的減少趨勢，以夏、秋兩季的減少最為明顯，通過對月水文情勢的變化評估認為徑流年內分布的變化主要來自于丹江口水庫的調豐補枯作用。進一步根據(jù)襄陽站以上流域的氣象觀測數(shù)據(jù)定性分析降水和氣溫的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)建壩后徑流的演變與氣候變化關系密切。在此基礎上建立了徑流與降水及氣溫的線性回歸模型，通過對徑流的模擬進一步驗證了徑流演變與當?shù)貧夂蜃兓芮邢嚓P，但由于人類活動影響的加劇，其相關性在1985年后有所減弱。

關鍵詞 徑流;氣候變化;建庫;影響評估;襄陽站

中圖分類號 P333文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）11-0064-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.020

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract According to the daily runoff data of Xiangyang Station （1940-2012）， MannKendell test method and RVA method were used to analyze the runoff variation characteristics of the site.It was believed that the annual runoff of Xiangyang Station showed a certain degree of decreasing trend with the most obvious reduction in summer and autumn.Through the assessment of the change of monthly hydrological situation， it was believed that the variation of runoff distribution during the year mainly came from the adjustment and replenishment effect of Danjiangkou Reservoir.According to the meteorological observation data of the basin above the Xiangyang Station， the trend of rainfall and temperature was qualitatively analyzed.It was found that the evolution of runoff after dam construction was closely related to climate change.Based on this， a linear regression model of runoff， rainfall and temperature was established.It was further verified by the simulation of runoff that runoff evolution is closely related to local climate change， but its correlation had weakened after 1985 due to the intensification of human activities.

Key words Runoff;Climate change;Reservoir construction;Impact assessment;Xiangyang Station

基金項目 江蘇省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（2017103 00045Z，201410300105）。

作者簡介 楊娜（1983—），女，河南駐馬店人，副教授，博士，從事水文氣象方面研究。

收稿日期 2018-10-16

河流系統(tǒng)是地球的大動脈，是生物循環(huán)的重要通道，具有調節(jié)氣候、改善生態(tài)環(huán)境以及維護生物多樣性等功能[1]。研究表明，天然河道的水文過程與流量過程、水位高低以及年際變化特征等均會對河流生態(tài)產(chǎn)生重要影響[2-3]。襄陽站地處漢江中下游，是漢江下游的四大產(chǎn)卵場之一，受氣候變化和人類活動的加劇影響，漢江襄陽段水環(huán)境問題日益突出[4]。尤其是丹江口水庫的運行調度，在一定程度上改變了襄陽站的水流情勢，使該河段常規(guī)魚類的生存環(huán)境受到不同程度的破壞：漢江水流量減少，水位降低，水資源利用成本增加;環(huán)境容量減少，水體稀釋自凈能力降低，控制污染的難度增加;漢江襄陽段水環(huán)境質量大為下降，魚類的生存環(huán)境受到不同程度的破壞，某些江段中的原“四大家魚”產(chǎn)卵場可能消失，對襄陽市漁業(yè)資源造成巨大影響[5-6]。研究襄陽站徑流演變特征，探討影響其發(fā)生演變的原因，對于漢江下游河流生態(tài)環(huán)境的保護具有現(xiàn)實意義。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)選取 研究采用襄陽站1940—2012年的日徑流資料，其中1960—1973年的徑流資料由于上游丹江口水庫的修建而缺測。氣象數(shù)據(jù)為襄陽站1960—2012年逐日氣溫、降水資料，氣象數(shù)據(jù)來自于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享網(wǎng)。

1.2 研究方法

1.2.1 RVA方法。變動范圍分析（range of variation approach，RVA）法是由Richter等[7]于1998年提出，該方法將建壩前的河流視為天然的河流狀態(tài)，并基于河流建壩前的歷史流量資料估算出符合河流生態(tài)要求的流量變化范圍，在此基礎上量化建壩后河流水文情勢的變化程度。水文情勢的變化程度采用水文改變度指標來進行量化評估，其公式如下：

式中，Di為第i個水文指標的水文改變度;Noi為第i個水文指標受干擾后的觀測年數(shù)中落在RVA目標內的年數(shù);Ne為受干擾后水文指標預期落入RVA目標內的年數(shù)。規(guī)定：Di值為0～33%，屬于未改變或者低度改變;>33%～67%，屬于中度改變;>67%～100%，屬于高度改變。

1.2.2 多元線性回歸模型。為了檢驗建壩后襄陽站徑流變化對氣候變化的響應，基于多元回歸方法分段建立襄陽站徑流對氣候變化的響應模型，模型參考傅國斌等[8]、劉春蓁等[9]的做法，建立徑流深對降雨和氣溫的線性模型：

式中，R、P、T分別為年平均徑流深（mm）、年平均降水量（mm）和年平均氣溫（℃）;m、n、c為回歸系數(shù)。

2 結果與分析

2.1 建壩后襄陽站徑流變化特征

2.1.1 徑流變化特征?；谙尻栒?940—2012年的徑流資料，對襄陽站多年平均徑流量的在建壩前后的變化趨勢進行分析，從圖1可以看出，襄陽站的年平均徑流量在丹江口水庫修建（1974年）前后呈現(xiàn)一定程度的減少趨勢，建壩前后年平均徑流量減少了15%。進一步對其年內變化情況進行分析，結果發(fā)現(xiàn)（表1），除冬季外，各季節(jié)的徑流量均呈現(xiàn)一定程度的減少，其中以夏季徑流的減少程度最大，減少率達34%;其次為秋季，減少率為24%。這與上游丹江口水庫運行后調峰補枯的影響密切相關，夏秋兩季為漢江流域的汛期，在進入汛期后，上游的丹江口水庫根據(jù)水庫的防洪要求會對大洪水進行攔截，因此，夏秋兩季的徑流量較建壩前發(fā)生較大幅度的減少。當進入非汛期時（春冬），為滿足下游的用水需求，丹江口水庫會進行放水。因此，受枯季徑流的補給影響，襄陽站冬季徑流增加了98%，幾乎為建壩前的2倍。

2.1.2 水文情勢變化特征。通過日尺度水流變化特征的分析，可以更全面地了解建壩對河流水文情勢的影響。分別選用襄陽水文站1940—1959、1974—2012年的日均流量作為丹江口水庫建設前后的原始資料，采用變動范圍分析（RVA）法對襄陽站在丹江口水庫運行前后的變化情況進行評價和分析，計算出各指標符合生態(tài)要求的RVA變化范圍。根據(jù)表2的計算結果，對各組水文指標進行分析，發(fā)現(xiàn)丹江口水庫建庫后，枯季（1、2、3、11、12月）徑流的平均流量高于水庫運行前，而4—10月的平均流量低于水庫運行前，其中1、2月變化度較大，分別達78%和69%，屬于高度改變;6和10月的變化度高于33%，屬于中度改變;其余月份均低于33%，屬于輕度改變。說明丹江口調峰補枯的運行調度對襄陽站徑流的年內分配影響較大，尤其是冬季徑流的變化最為明顯，汛期（6—10月）徑流變化其次。通過對水文情勢的分析，進一步說明了建壩對襄陽站徑流變化規(guī)律的影響。

2.2 氣候變化對襄陽站徑流的影響 氣候變化對漢江現(xiàn)有徑流的影響也較為明顯[10]。采用M-K（Mann- Kendell）趨勢檢驗方法對襄陽站1974—2012年氣溫、降水和徑流系列的年內和年際變化趨勢進行檢驗，發(fā)現(xiàn)其冬季降水呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，而氣溫的年際和年內升溫趨勢均較為顯著，說明襄陽站所在流域的氣候發(fā)生了一定程度的變化。通過對比分析建壩后（1974—2012年）的徑流變化趨勢與降水、氣溫的年際年內變化趨勢（圖2）可以看出，徑流的演變趨勢與降水較為一致，而與氣溫相反。其中春季、秋季徑流的減少與降水的減少和氣溫的增加密切相關。夏季徑流減少趨勢最為顯著，但夏季的降水和氣溫均呈現(xiàn)不顯著的增加趨勢，說明建壩后夏季徑流的減少主要受到水庫調蓄的影響。冬季徑流增加趨勢較為顯著，而冬季降水也呈顯著的增加趨勢，說明冬季徑流的增加與冬季降水的增加有關?？梢?，建壩后襄陽站的徑流演變與氣候變化存在著一定的關系。

2.3 徑流對氣候變化的響應模型 通過以上分析可知，徑流的變化是受到氣候變化和人類活動的共同影響。為了確定徑流變化的突變點，對建壩后年徑流進行M-K突變檢驗（圖3），發(fā)現(xiàn)UF和UB這2個統(tǒng)計量在1985年附近有一個交叉點，且在1985年之后，UF統(tǒng)計量呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，說明建壩后襄陽站的徑流發(fā)生了由豐轉枯的突變。

為了檢驗建壩后襄陽站徑流變化對氣候變化的響應，以徑流發(fā)生明顯減少的1985年為界限，基于多元回歸方法分段建立襄陽站徑流對氣候變化的響應模型。由于率定模型對數(shù)據(jù)系列的長度有一定的要求，經(jīng)驗證，襄陽站上游的皇家港站與襄陽站的年徑流相關性較好，相關系數(shù)達0.953，因此，以皇家港站為參證站對襄陽站缺失的1960—1973年的年平均徑流進行插補，使襄陽站的徑流資料得到延長，并與氣象資料同步。通過參數(shù)率定，分別得出1960—1985和1986—2012年的線性回歸模型：

通過模擬可以看出，基于氣象因子的模擬徑流過程基本能夠真實反映徑流的演變趨勢，說明徑流的演變與當?shù)氐臍夂蜃兓休^為密切的關系。而且通過徑流的模擬對比發(fā)現(xiàn)（圖4），在1985年之前，通過降水和氣溫模擬出的徑流過程擬合度高于1985年之后的徑流過程，其中建壩前的相關系數(shù)（CC）為0.91，建壩后的相關系數(shù)只有0.78。這說明在徑流發(fā)生較為明顯的減少之前，徑流與降水和氣溫有較好的相關性;在1985年之后，徑流與降水和氣溫的相關性減弱，表明襄陽站徑流受其他因素（人類活動）的影響程度加劇。

3 結論與討論

通過對襄陽站長系列徑流和氣象要素的演變趨勢分析，以及建立徑流、降水、氣溫的數(shù)學模型，發(fā)現(xiàn)襄陽站的徑流呈現(xiàn)出一定的減少趨勢，在夏、秋兩季最為明顯;襄陽站的水文情勢在丹江口水庫運行之后發(fā)生了明顯的變化，主要表現(xiàn)為枯水期徑流增加、豐水期徑流減少，這是由于水庫的調蓄作用造成的;襄陽站所在流域的氣象要素發(fā)生了一定的變化，其中降水呈現(xiàn)不顯著的減少趨勢，氣溫呈現(xiàn)顯著的增加趨勢，建壩后襄陽站徑流的演變與氣候變化關系密切;襄陽站的徑流與降水和氣溫的演變有密切關系，但由于人類活動影響的加劇，其相關性在1985年之后有所減弱。

人類活動影響的加劇除了大壩的調蓄之外，還有人口的增加導致的需水量增加，及城鎮(zhèn)化和工農(nóng)業(yè)發(fā)展所帶來的影響。漢江下游位于湖北省，1953年進行全國第一次人口普查時，湖北省全省人口僅為2 778.97萬人，截至2010年全國第六次人口普查湖北省人口增至5 723.77萬人，增幅為106%。1978年，湖北省人均GDP僅333.02元，城鎮(zhèn)化覆蓋率僅15.09%，而2014年人均GDP為47 124元，城鎮(zhèn)化比例高達55.67%。流域取水的增加及地面硬化導致的徑流系數(shù)的改變等，都對襄陽站的徑流演變規(guī)律產(chǎn)生影響。

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