劉聚濤 ，李榮日方

（1.江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029；2.水利部鄱陽湖水資源水生態(tài)環(huán)境研究中心，江西 南昌 330029）

0 引言

江西省位于長江中下游南岸，東鄰浙江、福建，南連廣東，西毗湖南，北接湖北、安徽，地跨東徑113°34′～118°29′，北緯 24°29′～30°05′，國土面積 16.69 萬 km2。屬典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，多年平均降水量約1600 mm，多年平均水資源總量1565億m3，居全國第七位，人均水資源量3093.20億m3。鄱陽湖流域面積16.22萬km2，約占長江流域面積的9%，占江西省水系總面積的94%。鄱陽湖水資源豐富，經(jīng)湖口站出湖入江的多年平均水量1460億m3，占長江年徑流量的15.5%，每年流入長江的水量超過黃、淮、海三河水量的總和（1431億m3），是長江水量的調(diào)節(jié)器[1]。江西五河年平均入湖水量約1265億m3，占入江水量的86.8%[2]。江西總體水質(zhì)良好，主要河流及鄱陽湖監(jiān)測斷面水質(zhì)達標率為87%，鄱陽湖是我國五大淡水湖中唯一沒有富營養(yǎng)化的湖泊。

水資源是人類生產(chǎn)、生活的基礎(chǔ)性自然資源，是戰(zhàn)略性經(jīng)濟資源和區(qū)域綜合實力的重要組成部分，也是生態(tài)環(huán)境的控制性因素之一[3]。水資源特征直接影響著流域水資源的開發(fā)利用，也影響著流域社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。本研究通過對江西省水資源狀況分析，采用一次線性回歸和Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對水資源變化趨勢及其顯著性進行檢驗，有利于認清江西省水資源變化趨勢，對江西省水資源保護和促進流域資源社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)1999～2009年江西省水資源公報，本文分別統(tǒng)計江西省降雨量、水資源量、污水排放量、水質(zhì)和湖泊富營養(yǎng)化指數(shù)，結(jié)合2000～2010年江西省統(tǒng)計年鑒，統(tǒng)計農(nóng)用化肥使用量和農(nóng)藥使用量。

1.2 方法

（1）變化趨勢與傾向率[4-5]。通過采用變化趨勢與傾向率的方法對水資源狀況進行趨勢和變化率進行分析。趨勢變化用一次線性回歸方程表示：

式中，t為年份；a1為線性傾向率。

（2）Spearman秩相關(guān)系數(shù)[6-7]。秩相關(guān)系數(shù)是描述兩要素之間相關(guān)程度的一種統(tǒng)計指標，通過計算并與臨界值比較，檢驗統(tǒng)計量變化趨勢的顯著性，采用SPSS進行統(tǒng)計分析。將秩相關(guān)系數(shù)rs的絕對值同Spearman秩相關(guān)系數(shù)的臨界值c進行比較。如果rs是負值，則表明統(tǒng)計量指標變化呈下降趨勢；如果rs為正值，則表明統(tǒng)計量指標變化呈上升趨勢。當｜rs｜〉c則表明變化趨勢有顯著意義，當｜rs｜≤c則表明變化趨勢沒有顯著意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨量和水資源量

江西省降水豐沛，水量充足，但近年來降雨量和水資源量呈波動減少趨勢，見圖1和圖2。1999～2009年，年均降水量為 1554.3 mm，較歷史年均降水量（1638.4 mm）少84.1 mm，約占歷史年均降水的5%。其中，1999年降水量為 1841.2 mm，2002 年最高，為 2017.7 mm，至2009年，降水量降低到1392 mm，平均年減少量為34.8 mm/a。

1999～2009 年，年均水資源量為 1413.4 億 m3，較歷史年均水資源量（1565 億 m3）減少 151.6 億 m3，約占歷史年均水資源量的10%。其中，1999年水資源量為1865.9 億 m3，2002 年最多，為1983.3 億 m3，至2009年，水資源量為1166.9億 m3，平均年減少量為 51.6億m3/a。

圖1 1999年以來江西省降水量對比分析圖

圖2 1999年以來江西省水資源總量對比分析圖

分析降雨量和水資源量與時間的相關(guān)關(guān)系。首先計算時間序列與降水量和水資源量序列的秩次，采用Spearman秩次相關(guān)系數(shù)法分別計算秩次相關(guān)系數(shù)rs。并通過查臨界值表查得 α＝0.05 和 α＝0.01 臨界值 c，若｜r｜〉c0.01，則認為其在 0.01 水平上變化趨勢明顯，若｜r｜〉c0.05，則認為其在0.05水平上變化趨勢明顯。當N＝11時，α＝0.01的臨界值c0.01為0.775，α＝0.05的臨界值c0.05為0.618。根據(jù)SPSS計算結(jié)果（見表1），降雨量和水資源量的 rs分別為-0.5091 和-0.5727，呈逐漸減少趨勢，但減少趨勢不顯著。

2.2 徑流量

隨著降雨量的減少，江西五河年徑流量和鄱陽湖入江徑流量[8-9]呈現(xiàn)相同的變化趨勢。如圖3所示，1999～2009年，平均年均入湖徑流量為1167.33億 m3，歷史年均入湖水量為 1224.53 億 m3，平均減少 57.2 億 m3。近10年中，江西五河進入鄱陽湖徑流量呈逐漸減少趨勢，平均減少量為-47.9億m3/a，其中2002年五河入湖徑流量最大，為 1200.26 億 m3，2008 年最小，為 647.70億 m3，極值比為 1.78。 如圖 4 所示，1999～2009 年，平均年均入湖徑流量為1442億m3，歷史年均入湖水量為1501.29 億 m3，平均減少 59.29 億 m3。 近 10 年中，鄱陽湖入江水量呈逐漸減少趨勢，平均變化率為-64.72億m3/a，其中，1999年五河入湖徑流量最大，為 1958.58億m3，2004 年最小，為 946.38 億 m3，極值比為 2.07。

表1 降雨量和水資源量線性回歸及趨勢檢驗分析

分析五河徑流量和鄱陽湖入江徑流量與時間的相關(guān)關(guān)系，首先計算時間序列與五河徑流量和鄱陽湖入江徑流量序列的秩次，采用Spearman秩次相關(guān)系數(shù)法分別計算秩次相關(guān)系數(shù)rs。并通過查臨界值表查得α＝0.05 和 α＝0.01 臨界值 c，若｜r｜〉c0.01，則認為其在 0.01 水平上變化趨勢明顯，若｜r｜〉c0.05，則認為其在 0.05 水平上變化趨勢明顯。當N＝11時，α＝0.01 的臨界值 c0.01為0.775，α＝0.05 的臨界值 c0.05為 0.618。當 N＝10時，α＝0.01的臨界值 c0.01為 0.794，α＝0.05的臨界值c0.05為0.648。根據(jù)SPSS計算結(jié)果（見表2），五河徑流量和鄱陽湖入江徑流量序列與時間序列的rs分別為-0.436和-0.503，呈逐漸減少趨勢，但減少趨勢不顯著。

圖3 五河徑流量變化分析圖

圖4 鄱陽湖入江徑流量變化分析圖

表2 徑流量線性回歸及趨勢檢驗分析

2.3 水環(huán)境變化特征

隨著江西省工業(yè)化與城市化水平的不斷提高，污水排放量的增加，農(nóng)藥、化肥使用量增加，導(dǎo)致大量污染物進入河道，并通過河流運移進入鄱陽湖，造成流域內(nèi)河流和湖泊水質(zhì)惡化，水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，生態(tài)功能降低。

2.3.1 污染物排放量

近10年來，江西省污水排放量呈逐漸增加趨勢（見圖 5），2000 年為 18.19 億 t，2009 年為 31.16 億 t，污水排放量平均增加量為0.96億t/a。

自1990年以來，全省農(nóng)藥、化肥施用量呈增加趨勢。1990年，農(nóng)用化肥使用量和農(nóng)藥使用量分別為285.6 萬 t和 3.65 萬 t，至 2009 年，增長至 410.1 萬 t和9.76 萬 t，增加量分別為 6.55 萬 t/a 和 0.32 萬 t/a。 2009年全省平均單位面積施N量為476.6kg/hm2，已超過了國際上公認的施N上限225kg/hm2水平的1.12倍?；适┯煤髮嶋H利用率只有30%～40%，其余60%～70%的化肥進入環(huán)境，污染水體和土壤；農(nóng)藥施用后10%～20%附著在植物體上，80%～90%散落在土壤和水里。大量使用化肥和農(nóng)藥后，殘留物經(jīng)暴雨徑流的沖刷，相當一部分會流入河湖水體中，造成對水體的污染，導(dǎo)致水質(zhì)下降[10]。

圖5 江西省污水排放量對比分析圖

圖6 江西省農(nóng)用化肥和農(nóng)藥使用量變化分析圖

2.3.2 水質(zhì)類別

隨著江西省污水排放量增加，河流和鄱陽湖水質(zhì)不斷下降，劣于Ⅲ類水水質(zhì)所占比重呈逐漸增加趨勢。江西省河流和鄱陽湖水質(zhì)評價類別百分比變化趨勢如圖7、圖8所示。2000～2001年，評價河流河段劣于Ⅲ類水水質(zhì)占總河段不足10%，自2002年之后，比重不斷上升，其中2005年和2007年超過了15%。盡管江西省河流劣于Ⅲ類水所占比重不大，但其比重呈上升趨勢（見圖7）。鄱陽湖水質(zhì)在2001年之前屬于Ⅰ-Ⅲ類水，在2002年和2003年劣于Ⅲ類水所占比重也不足1%，但之后，劣于Ⅲ類水所占比重呈急劇上升趨勢，2008年、2009 年超過 30%，分別為 36.1%和 32.2%（見圖 8）。

圖7 江西省河流評價河段水質(zhì)變化趨勢圖

圖8 鄱陽湖水質(zhì)變化趨勢圖

采用Spearman秩次相關(guān)系數(shù)法分別計算江西省水環(huán)境秩次相關(guān)系數(shù)rs。并通過查臨界值表查得α＝0.05和 α＝0.01 臨界值 c，當 N＝10 時，α＝0.01 的臨界值 c0.01為 0.794，α＝0.05 的臨界值 c0.05為 0.648。 根據(jù) SPSS 計算結(jié)果（見表3），江西省河流劣于Ⅲ類百分比和鄱陽湖劣于Ⅲ類百分比序列與時間序列的Spearman系數(shù)rs分別為 0.6848和 0.9818，呈逐漸增加趨勢，并且 分別在α＝0.05 和 α＝0.01 水平上具有顯著性，表明江西省河流和湖泊水質(zhì)下降趨勢明顯。

表3 水環(huán)境變化趨勢顯著性檢驗

2.3.3 富營養(yǎng)化指數(shù)

隨著入湖污染物的增加，鄱陽湖富營養(yǎng)化指數(shù)呈增加趨勢。據(jù)表4可知，2000年以來，鄱陽湖營養(yǎng)狀態(tài)處于中營養(yǎng)水平，其富營養(yǎng)化指數(shù)已經(jīng)接近50（富營養(yǎng)化水平），尤其是 2005～2007 年，分別為 49、49、48，2008～2009年略有下降。2000年開始，藍藻已經(jīng)成為鄱陽湖的優(yōu)勢藻種。據(jù)2007年10月調(diào)查，在鄱陽湖湖口縣至都昌縣的主航道中發(fā)現(xiàn)了大群體藍藻，群體直徑0.2～0.5 mm，已經(jīng)被認為是鄱陽湖水體富營養(yǎng)鹽顯著增加的標志之一[11]。

表4 2000～2009年鄱陽湖富營養(yǎng)化水平評價結(jié)果

采用Spearman秩次相關(guān)系數(shù)法計算秩次相關(guān)系數(shù)rs，并通過查臨界值表查得 α＝0.05 和 α＝0.01 臨界值 c，當 N＝10 時，α＝0.01 的臨界值 c0.01為 0.794，α＝0.05 的臨界值 c0.05為 0.648。 根據(jù) SPSS 計算結(jié)果（見表 3），鄱陽湖富營養(yǎng)化指數(shù)序列與時間序列的Spearman系數(shù)rs為0.7697，呈逐漸增加趨勢，并且在 α＝0.05 水平上具有顯著性，表明湖泊富營養(yǎng)化程度增加趨勢明顯。

3 結(jié)語

自1999年以來，江西省水資源狀況呈逐漸減少趨勢，降雨量、水資源量、五河年經(jīng)流量和鄱陽湖入江徑流量與時間序列的Spearman秩相關(guān)系數(shù)分別為-0.5091、-0.5727、-0.436、-0.503，表明降雨量、水資源量、五河年經(jīng)流量和鄱陽湖入江徑流量具有減少趨勢，但減少趨勢并不顯著。降雨量平均年減少量為34.8 mm/a，水資源量平均年減少量為51.6億m3/a，五河年徑流量年平均減少量為47.9億m3/a，鄱陽湖入江徑流量年平均減少量為64.72億m3/a。

隨著流域污水排放量、農(nóng)用化肥使用量和農(nóng)藥使用量的增加，河流和湖泊水質(zhì)逐漸下降，劣于Ⅲ類水所占百分比逐漸增大，河流和湖泊水質(zhì)劣于Ⅲ類百分比序列與時間序列Spearman秩相關(guān)系數(shù)分別為0.6848和0.9818，表明流域水質(zhì)顯著下降。湖泊富營養(yǎng)化指數(shù)增加，尤其是2005～2007年，接近富營養(yǎng)化水平；湖泊富營養(yǎng)化指數(shù)序列與時間序列Spearman秩相關(guān)系數(shù)為0.7697，表明鄱陽湖富營養(yǎng)化程度顯著增加。

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