張 浪， 賀中華,2,3， 夏傳花， 任榮儀

(1.貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 貴陽(yáng) 550001； 2.貴州師范大學(xué)國(guó)家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心， 貴陽(yáng) 550001； 3.貴州省山地資源與環(huán)境遙感應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 貴陽(yáng) 550001)

干旱，是對(duì)人類(lèi)極具威脅的自然災(zāi)害之一，具有發(fā)生頻率大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、波及范圍廣的特點(diǎn)[1]。干旱發(fā)生時(shí)，水資源發(fā)生短缺，河流水質(zhì)發(fā)生顯著變化，陸生、水生生物的多樣性衰減，生物脆弱性增強(qiáng)，因此對(duì)區(qū)域水量變化規(guī)律具有一定的了解與掌握，有利于及時(shí)緩解干旱帶來(lái)的各項(xiàng)損失[2]。區(qū)域水量虧損對(duì)干旱程度具有一定的響應(yīng)，在區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)為水資源出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況，流域需水量極大，河道出水量減少。雖然地處喀斯特地區(qū)，地下水對(duì)地表徑流存在一定的補(bǔ)給作用，使得干旱發(fā)生時(shí)流域仍有少數(shù)出水量，但從整體上看，干旱發(fā)生時(shí)區(qū)域出水量遠(yuǎn)小于多年平均出水量，這是由于流入的大部分水資源均被流域生產(chǎn)生活所消耗。

河流出水量是指實(shí)際流出黔中水利工程區(qū)的地表河川徑流總量。有研究表明河流在生態(tài)水文季節(jié)的不同時(shí)期有著明顯的不同，旱期由于降雨量減少，河流水位下降，輸砂能力減弱，而汛期則水量暴漲，對(duì)區(qū)域供水能力極大提高[3]。在水文干旱的特征研究方面，近幾年來(lái)相關(guān)的研究層出不窮，利用徑流量、降水等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究的大有人在。如吳杰鋒等[4]結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況利用距平百分率構(gòu)建適合區(qū)域的干旱評(píng)價(jià)指標(biāo)——區(qū)域水文干旱指數(shù)(standardized hydrology index，SHI)以此對(duì)區(qū)域干旱作出更為詳細(xì)的分析和探討：同樣，李玲萍等[5]則采用標(biāo)準(zhǔn)化流量指數(shù)(standar-dized flow index，SDI)結(jié)合游程理論作為干旱特征的研究指標(biāo)，與傳統(tǒng)的單一指標(biāo)法相比，其結(jié)果更為可靠。無(wú)獨(dú)有偶，水文頻率分析也是最近幾年在干旱研究領(lǐng)域內(nèi)逐漸得到廣泛應(yīng)用的方法，多以歷史年徑流序列資料為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)年徑流的計(jì)算，并借由原水文系列進(jìn)行一致性修正以得到區(qū)域水文經(jīng)驗(yàn)頻率擬合曲線[6-7]。Hosking[8]與張靜怡等[9]都曾使用線性矩法(linear moment method, L-M)對(duì)區(qū)域水文干旱進(jìn)行研究，該方法具有良好的無(wú)偏性，即使對(duì)于小容量樣本，該方法的參數(shù)估計(jì)也是無(wú)偏的，證明了P-Ⅲ(Pearson Ⅲ)型分布對(duì)水文頻率具有較好的擬合效果。

以上研究主要是從區(qū)域徑流量變化這一角度對(duì)區(qū)域水文干旱特征進(jìn)行分析研究，而對(duì)徑流量中更細(xì)的角度進(jìn)行探討的相關(guān)研究較少?，F(xiàn)主要以徑流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從區(qū)域河流出水量這一視角，主要探討以下問(wèn)題：①區(qū)域河流出水量特征；②基于出水量探討區(qū)域水文干旱時(shí)空演變特征；③以區(qū)域水文頻率特征進(jìn)一步探討水文干旱特征。通過(guò)從時(shí)間、空間等視角透析區(qū)域水文干旱特征，以期為區(qū)域的水文干旱監(jiān)測(cè)與水利工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域

黔中水利工程區(qū)處于云貴高原東部斜坡第二臺(tái)階上，位于貴州省中部黔中地區(qū)(圖1)，包括貴陽(yáng)、安順兩個(gè)市區(qū)和六盤(pán)水市的六枝特區(qū)、安順市的普定縣、鎮(zhèn)寧縣、關(guān)嶺縣、 西秀區(qū)、平壩縣，黔南州的長(zhǎng)順縣等7個(gè)縣(區(qū))，共9個(gè)縣(市、區(qū))(圖2)。黔中地區(qū)區(qū)域總面積為14 758.18 km2，地形西高東低，海拔為300～2 900 m，西部為巖溶高原、峽谷、峰叢洼地，中部為峰林溶原、丘原，東部為丘陵盆地、峰叢洼地相間分布，地形較為陡峭[10]。同時(shí)，因地處長(zhǎng)江和珠江兩大流域分水嶺地帶，河網(wǎng)密集，水資源十分豐富，區(qū)域內(nèi)主要有烏江一級(jí)支流貓?zhí)?、南明河等，以及北盤(pán)江支流打邦河、王二河等。黔中地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，干濕季分明，夏季溫和多雨，冬季寒冷干燥，雖然多年平均降水量達(dá)1 000 mm以上，但因處云貴高原的喀斯特丘陵地貌，多易溶性巖石，大氣降水在地表不易存留，滯留時(shí)間較短，地表水下滲速度快，不易在地表集聚，區(qū)域持水、保水能力較弱[11]。

圖1 黔中地區(qū)地理位置Fig.1 Geographical location map of central Guizhou

圖2 黔中地區(qū)主要河流分布Fig.2 Distribution map of main rivers in central Guizhou

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于黔中水利工程區(qū)實(shí)測(cè)月徑流資料數(shù)據(jù)，時(shí)間尺度為1960—2016年。

基礎(chǔ)資料主要為2018年全國(guó)水系分布，來(lái)自于貴州省水文水資源局(http://gzswj.guizhou.gov.cn/)、全國(guó)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、黔中水利工程區(qū)等均來(lái)源于91衛(wèi)圖(http://www.91weitu.com/)。利用黔中水利工程區(qū)范圍邊界對(duì)全國(guó)行政區(qū)劃、全國(guó)水系分布進(jìn)行裁切(Clip)以得到研究區(qū)內(nèi)實(shí)用數(shù)據(jù)。貴州省數(shù)字高程數(shù)據(jù)(digital elevation model,DEM)，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院“地理空間數(shù)據(jù)云”平臺(tái)(http://www.gscloud.cn/)。以貴州省DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用ArcGIS中掩膜提取法提取黔中地區(qū)DEM數(shù)據(jù)，作為研究區(qū)位置信息底圖數(shù)據(jù)。利用水文站的實(shí)測(cè)徑流數(shù)據(jù)、集水面積和河流流域面積、河長(zhǎng)等數(shù)據(jù)，通過(guò)水文比擬法、面積比擬法等進(jìn)行河流出水量的計(jì)算，以得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 河流出水量估算

根據(jù)河流與水文控制站的位置關(guān)系，選用不同的水量估算方法。主要分為以下3種情況[12-14]。

(1)河口有水文控制站，其河流出水量為

P=∑W

(1)

式(1)中：P為區(qū)域河流出水量；W為各水文控制站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)流量。

(2)面積比擬法。河流附近有控制站，以流域內(nèi)河流的流域面積和控制站集水面積為依據(jù)，采用面積比擬法縮放控制站的實(shí)測(cè)水量，求得各年份河流的出水量，即

(2)

式(2)中：Pi為流域內(nèi)第i年的出水量；F為河流附近水文控制站的出水量；∑M為流域各條河流入水量之和；∑F為河流附近水文控制站的入水量之和。

(3)水文比擬法。沒(méi)有控制站的河流或地區(qū)，借用鄰近河流控制站(或代表站)的實(shí)測(cè)降水徑流關(guān)系或天然徑流量。

2.2.2 距平百分比法識(shí)別區(qū)域水文干旱

徑流距平百分率Ra是用于表示某時(shí)段內(nèi)徑流量與多年均值之間偏差的一種指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于干旱監(jiān)測(cè)和評(píng)究中，該指標(biāo)具有計(jì)算簡(jiǎn)單便捷，數(shù)據(jù)資料簡(jiǎn)單易獲取的特點(diǎn)，是用于水文干旱特征研究的最佳方法。參考馬海嬌等[15]與韋開(kāi)等[16]對(duì)徑流距平百分率劃分標(biāo)準(zhǔn)，以此定義黔中水利工程區(qū)水文干旱程度(表1)與頻率(表2)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，具體計(jì)算公式為

表1 黔中水利工程區(qū)水文干旱定義標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Definition standard of hydrological drought in Central Guizhou water conservancy project area

表2 區(qū)域水文干旱頻率等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standards for classification of regional hydrological drought frequency

(3)

式(3)中：Ra表示出水量距平百分率；R表示出水量；r表示多年平均出水量。

2.2.3 P-Ⅲ型曲線構(gòu)建水文頻率數(shù)學(xué)模型

(4)

配線方法主要遵從適線法準(zhǔn)則，主要包括目估適線法和優(yōu)化適線法兩種參數(shù)調(diào)整方法。目估適線法能夠根據(jù)需要靈活調(diào)整曲線的偏向和走勢(shì)，但是參數(shù)估計(jì)結(jié)果的主觀性太強(qiáng)；優(yōu)化適線法用目標(biāo)函數(shù)表達(dá)適線目的，運(yùn)用最優(yōu)算法求解最優(yōu)的參數(shù)估計(jì)值[17]。文中主要是以目估適線法為主，輔之以?xún)?yōu)化適線法。

(5)

(6)

(7)

(8)

(2)適線法。適線法又稱(chēng)為“配線法”，其要點(diǎn)是以實(shí)測(cè)流量資料樣本繪制的經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)為依據(jù)，在經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)和頻率曲線線型確定后，在一定的適線準(zhǔn)則之下，通過(guò)調(diào)整參數(shù)求解與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合最優(yōu)的累計(jì)頻率曲線參數(shù)，此時(shí)的參數(shù)就是所求的曲線線型的參數(shù)，利用這些參數(shù)繪出的曲線，即為最佳累計(jì)頻率曲線。此方法最大的特點(diǎn)是“以線代點(diǎn)”，通過(guò)調(diào)整參數(shù)值將理論累計(jì)頻率曲線擬合出最佳累計(jì)頻率曲線。優(yōu)化適線法雖然結(jié)果具有唯一性，但是卻無(wú)法施展適線者個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，目估適線法雖可根據(jù)適線者自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行頻率曲線的擬合，但其適線精度卻又依賴(lài)于適線者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)[21]。由于在離差平方和適線準(zhǔn)則下，水文頻率分析結(jié)果與設(shè)計(jì)成果采用值之間的偏差最小，故文章主要在離差平方和適線準(zhǔn)則下采用目估適線法進(jìn)行區(qū)域水文頻率分析[22]。

3 結(jié)果與分析

3.1 區(qū)域河流出水量特征分析

自1960年開(kāi)始，黔中地區(qū)57年來(lái)各年份的總出水量之間具有較大波動(dòng)(圖3)，河流出水量極大值出現(xiàn)于1983年，極小值出現(xiàn)于1989年，極差為3 122.67 m3/s，河流出水量總體上呈遞減趨勢(shì)。從57年整體年出水量看，1989年的總河流出水量最低，約為1 723.957 m3/s，其次是1975年，約為1 950.204 m3/s。區(qū)域河流出水量排在前三的分別是1983年約4 846.633 m3/s，1979年約4 811.135 m3/s，1986年約4 378.712 m3/s。從河流出水量的年際變化幅度看，增長(zhǎng)幅度最大的是1975—1976年，河流出水量由1975年的1 950.204 m3/s增長(zhǎng)至1976年的3 950.583 m3/s，增長(zhǎng)幅度為2 000.380 m3/s，為年際間增長(zhǎng)最快；增長(zhǎng)幅度最小的是1967—1968年，河流出水量由1967年的4 106.853 m3/s增長(zhǎng)至1968年的4 074.066 m3/s，增長(zhǎng)幅度為32.786 m3/s，為年際間增長(zhǎng)最小。同樣值得注意的是，自1986年起，河流出水量在不斷地減少，于1989年達(dá)到近幾十年來(lái)的歷史極低值。采用線性趨勢(shì)線對(duì)黔中地區(qū)57年的河流出水量做趨勢(shì)預(yù)測(cè)分析，結(jié)果表明：從1960—2016年間，黔中水利工程區(qū)河流出水量逐年呈下降趨勢(shì)，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后，河流水量連年驟減。一方面是由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)生產(chǎn)生活的需水量較以往有所增加，流域內(nèi)水量消耗逐漸增大；另一方面是由于近幾十年來(lái)的極端氣候的變化，導(dǎo)致降水量減少和氣溫增高，進(jìn)而引發(fā)為河流來(lái)水量消減，區(qū)域內(nèi)蒸散發(fā)量遞增，側(cè)面增加了水文干旱發(fā)生的可能性，這與文獻(xiàn)[23]研究結(jié)果一致。

圖3 黔中地區(qū)年出水量時(shí)間分布Fig.3 Time distribution of annual water output in central Guizhou

3.2 區(qū)域水文干旱的演變分析

3.2.1 干旱程度的演變分析

(1)時(shí)間變化特征。由黔中水利樞紐工程區(qū)各站點(diǎn)徑流距平百分比時(shí)間分布情況(圖4)，明顯看到黔中水利工程區(qū)水文干旱時(shí)有發(fā)生，主要以輕旱為主，偶爾伴有重旱發(fā)生。在57年間黔中地區(qū)有10個(gè)年份發(fā)生了較為嚴(yán)重的水文干旱：1962年黃貓村站徑流百分率為-40.39%，1966年七眼橋站徑流百分率為-53.86%，1975年雞場(chǎng)站徑流距平百分率為-54.59%以及1981、1989、2003、2005、2009、2011、2013年七眼橋站徑流距平百分率分別為-72.87%、-65.69%、-63.95%、-59.82%、-65.93%、-83.44%、-78.46%等，這些時(shí)段內(nèi)區(qū)域降水資源匱乏，自有蓄水遠(yuǎn)不足以支撐區(qū)域的生產(chǎn)生活需求，加之區(qū)域蒸散發(fā)量增加進(jìn)而導(dǎo)致河流水位下降，地表徑流量縮減。另外，進(jìn)入21世紀(jì)后，水文干旱發(fā)生的較為頻繁，黔中大部分地區(qū)降水偏少，江河來(lái)水量急劇減少，各大水利工程蓄水嚴(yán)重不足，河流出水量驟減，尤其是2011年，區(qū)域河流出水量距平值為-83.44%，黔中地區(qū)發(fā)生特大水文干旱，對(duì)區(qū)域發(fā)展造成嚴(yán)重影響。

圖4 黔中地區(qū)水文干旱時(shí)間分布Fig.4 The time distribution of hydrological drought in central Guizhou

(2)空間變化特征?？傮w上來(lái)說(shuō)，黔中水利工程區(qū)水文干旱在空間分布上稍有懸殊，區(qū)域整體干旱程度較低，伴有局部地區(qū)旱情嚴(yán)重，尤其是在2000年以后，區(qū)域內(nèi)發(fā)生水文干旱的范圍較大，干旱程度也較為嚴(yán)重(圖5)。在20世紀(jì)60年代，黔中水利工程區(qū)整體上干旱程度偏低，十年間河流出水量距平比在-10%以上，此時(shí)段內(nèi)區(qū)域水資源豐富，河道水量充足，河流出水量偏高。在70年代，區(qū)域東北部(貴陽(yáng)站點(diǎn))出現(xiàn)輕微旱災(zāi)(-40%

圖5 黔中地區(qū)干旱程度空間分布Fig.5 Spatial distribution map of drought degree in central Guizhou

3.2.2 干旱頻率的演變分析

(1)時(shí)間特征分析。根據(jù)黔中地區(qū)水文干旱頻率分布情況，在57年間區(qū)域內(nèi)干旱頻率較高的是輕旱，其次是中旱，干旱情況總體上并不嚴(yán)重，不同干旱程度的頻率趨勢(shì)依次為：輕旱>中旱>重旱>特旱。由圖6可明顯看到，輕旱占比情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類(lèi)型的干旱程度，其干旱頻率趨勢(shì)總體呈上升趨勢(shì)，這表明在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，區(qū)域內(nèi)仍以輕旱為主導(dǎo)；中旱的發(fā)生率僅低于輕旱，雖然頻率趨勢(shì)線的斜率低于輕旱，但總體呈緩慢上升趨勢(shì)；區(qū)域內(nèi)干旱頻率最低為重旱和特旱，二者的頻率趨勢(shì)位于折線圖底端，在57年間發(fā)生次數(shù)最少，干旱頻率最低。另外，1989—1990年之間，黔中地區(qū)干旱頻率較高，輕旱頻率約為87.5%，中旱頻率約為62.5%，重旱頻率約為12.5%，但實(shí)際上該區(qū)域并未發(fā)生水文干旱，這表明雖然在一定時(shí)期無(wú)降雨或者降水量極少可能會(huì)發(fā)生干旱，但在一定時(shí)期無(wú)降雨或降水量極少，并不意味著干旱一定會(huì)發(fā)生，這或許與喀斯特區(qū)域特殊的巖性結(jié)構(gòu)及其巖性持水能力有關(guān)[24]。

圖6 黔中地區(qū)干旱頻率時(shí)間分布Fig.6 Distribution of hydrological drought time in central Guizhou

(2)空間特征分析。黔中地區(qū)57年來(lái)，大大小小共發(fā)生干旱近十場(chǎng)，干旱造成的損失大小不一，各地區(qū)發(fā)生干旱的頻率也有所不同。由圖7可知，在20世紀(jì)60年代，黔中大部分地區(qū)極少(0～20%)發(fā)生干旱，在局部地區(qū)發(fā)生干旱的頻率為20%～40%，干旱很少發(fā)生，這部分地區(qū)主要分布于黔中水利樞紐工程區(qū)的安順市鎮(zhèn)寧縣、關(guān)嶺縣以及普定縣部分區(qū)域和六盤(pán)水市六枝特區(qū)部分區(qū)域，其高程是區(qū)域內(nèi)較低點(diǎn)，地勢(shì)較低，由于地形地勢(shì)等原因，區(qū)域內(nèi)的地表徑流常常由此處流出；在20世紀(jì)70年代，從整體上看，區(qū)域東北部(包括貴陽(yáng)市內(nèi)大部分區(qū)域)發(fā)生干旱的頻率較高，在70年代區(qū)域東北部有少部分地區(qū)經(jīng)常(40%～60%)發(fā)生干旱，整個(gè)東北區(qū)域則較少(20%～40%)發(fā)生干旱，其他大部分地區(qū)干旱發(fā)生的可能性仍舊極低；在20世紀(jì)80年代，除了區(qū)域西北部的六盤(pán)水市鐘山區(qū)和畢節(jié)市納雍縣、赫章縣等地區(qū)(向陽(yáng)站、牛吃水站)以及貴陽(yáng)市內(nèi)(貴陽(yáng)站)少數(shù)地區(qū)極少發(fā)生(0～20%)干旱外，流域內(nèi)其他地區(qū)發(fā)生干旱的頻率為20%～40%，雖有干旱發(fā)生，但發(fā)生頻率較低；在20世紀(jì)90年代，黔中地區(qū)整體上降水豐沛，徑流量大，區(qū)域內(nèi)極少(0～20%)發(fā)生干旱。但是，到了21世紀(jì)，黔中水利工程區(qū)內(nèi)，干旱發(fā)生的頻率較之前普遍有所增加，在區(qū)域的貴陽(yáng)市內(nèi)(貴陽(yáng)站)，水文干旱發(fā)生極為頻繁(80%～100%)，并且，干旱頻率在區(qū)域整體上表現(xiàn)出由東北向西北遞減的趨勢(shì)；從2010—2016年的7年間，區(qū)域發(fā)生水文干旱的頻率整體偏高，在黔中水利工程區(qū)的中部地區(qū)，經(jīng)常發(fā)生(40%～60%)水文干旱，并表現(xiàn)出由中部區(qū)域向四周逐漸遞減的趨勢(shì)。自1960—2016年，從黔中地區(qū)的水文干旱頻率空間分布情況(圖7)，可明顯看出，90年代間，區(qū)域從總體上看水文干旱發(fā)生的頻率極低，這說(shuō)明，在這段時(shí)間內(nèi)，黔中地區(qū)的江河來(lái)水量充足，降水豐沛，降水量能夠滿(mǎn)足流域的消耗量，且降水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地表下滲容量，地表有大量徑流產(chǎn)生，河流中水量整體偏多，水量十分豐富，河流出水量普遍較高。另外，較為明顯的是2000年以后，21世紀(jì)初期，黔中地區(qū)水文干旱異常頻繁，從2000—2016年，全區(qū)域整體上發(fā)生水文干旱的頻率為40%～60%，干旱經(jīng)常性發(fā)生，在這時(shí)間段內(nèi)，貴州省旱情嚴(yán)重，黔中地區(qū)也不能幸免，與往年相比，區(qū)域內(nèi)降水量出現(xiàn)大幅度的減少，雨水不足，降水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于流域內(nèi)的需水量，地表徑流減少，區(qū)域內(nèi)部出現(xiàn)水量的供不應(yīng)求情況，最終導(dǎo)致河流出水量偏低。

圖7 黔中地區(qū)干旱頻率空間分布Fig.7 Spatial distribution map of drought frequency in central Guizhou

3.3 區(qū)域水文頻率分析

水文干旱的發(fā)生屬于自然界中的隨機(jī)事件，無(wú)法預(yù)測(cè)其發(fā)生時(shí)間和規(guī)律，但是通過(guò)水文頻率，但可以以重現(xiàn)期(即在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次)來(lái)分析不同水文頻率下干旱發(fā)生時(shí)的枯水徑流量，通過(guò)水文頻率曲線與實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合，得到河流枯水徑流量最小1個(gè)月、最小3個(gè)月、最小5個(gè)月以及最小7個(gè)月時(shí)的黔中水利樞紐工程區(qū)河流出水量枯竭的徑流頻率曲線分布情況(圖8)。采用P-Ⅲ曲線進(jìn)行擬合時(shí)，所造成的誤差在8%的允許誤差之內(nèi)，P-Ⅲ曲線對(duì)喀斯特流域的枯水徑流擬合較好[25]。為了進(jìn)一步確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，我們分別計(jì)算各時(shí)段的枯水徑流頻率曲線與實(shí)際點(diǎn)據(jù)的擬合度情況，其結(jié)果分別為0.979、0.983、0.986、0.974，由于R2∈[0,1]且非常趨近于1，因此，頻率曲線擬合度較高，曲線與點(diǎn)據(jù)之間的擬合情況很好，擬合結(jié)果能較好地代表實(shí)際河流出水量的枯水頻率情況。水文頻率曲線即是水文變量的數(shù)值與其出現(xiàn)概率的關(guān)系曲線，根據(jù)P-Ⅲ型水文頻率曲線計(jì)算結(jié)果(表3)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇(T=20年，P=95%)時(shí)的設(shè)計(jì)河流出水量分別為50.56、169.36、313.90、543.48 m3/s, 這表明在57年間，黔中水利工程區(qū)平均每20年出現(xiàn)一次(并非20年一定發(fā)生一次)水文干旱時(shí)，河流出水量最小1個(gè)月低于50.56 m3/s，最小3個(gè)月的出水量低于169.36 m3/s，最小5個(gè)月的出水量低于313.90 m3/s，最小7個(gè)月的出水量低于543.48 m3/s。以最小1個(gè)月河流枯水徑流為例，當(dāng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生10年一遇(T=10年，P=90%)的水文干旱時(shí)，根據(jù)水文頻率數(shù)學(xué)模型推求出河流設(shè)計(jì)出水量為52.70 m3/s，而五十年一遇(T=50年，P=98%)水文干旱下的最小一個(gè)月河流出水量低于48.58 m3/s，由于不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的河流出水量不同，因此可根據(jù)水文頻率數(shù)學(xué)模型建立不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的水利工程，為水文干旱的發(fā)生做好預(yù)先準(zhǔn)備。

圖8 各時(shí)段水文頻率擬合曲線Fig.8 Fitting curve diagram of hydrological frequency in each perio

表3 P-Ⅲ型分布理論總體計(jì)算成果(P=95%)Table 3 Overall calculation results of P-Ⅲ distribution theory(P=95%)

4 結(jié)論

基于地表河流出水量，結(jié)合水文頻率分析對(duì)黔中水利樞紐工程區(qū)1960—2016年間水文干旱特征進(jìn)行深入分析，得出以下結(jié)論。

(1)黔中地區(qū)自1960年來(lái)，河流出水量整體呈下降趨勢(shì)，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后，地表河流出水量連年驟減，尤其是2011年，河流出水量距平值為-83.44%，黔中地區(qū)發(fā)生特大水文干旱，對(duì)區(qū)域發(fā)展造成嚴(yán)重影響。

(2)區(qū)域水文干旱主要以輕旱為主，但水文干旱程度仍逐漸加重，干旱頻率整體呈緩慢上升趨勢(shì)，各干旱程度出現(xiàn)頻率依次為輕旱>中旱>重旱>特旱。

(3)根據(jù)黔中地區(qū)57年間河流出水量的水文頻率擬合結(jié)果，當(dāng)區(qū)域河流出水量出現(xiàn)最小1個(gè)月低于50.56 m3/s，最小3個(gè)月的出水量低于169.36 m3/s，最小5個(gè)月的出水量低于313.90 m3/s，最小7個(gè)月的出水量低于543.48 m3/s時(shí)，區(qū)域極大可能出現(xiàn)二十年一遇的水文干旱，這為區(qū)域干旱預(yù)警提供科學(xué)參考。

區(qū)域水文干旱的發(fā)生是多因素綜合作用的結(jié)果，其干旱特征具有復(fù)雜性，文中僅僅從河流出水量這一視角對(duì)區(qū)域水文干旱特征進(jìn)行分析，對(duì)于其他因素并未進(jìn)行考慮，另外，黔中水利工程區(qū)位于典型的喀斯特地區(qū)，研究過(guò)程中僅從地表河流出水量出發(fā)，未將喀斯特地區(qū)特有的“二元結(jié)構(gòu)”納入考慮，因此研究結(jié)果具有一定的有限性。