梁中華

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

人類活動(dòng)和氣候變化對(duì)區(qū)域水沙影響最為顯著，與河湖健康、河流演變具有較為密切的聯(lián)系[1]。近年來(lái)隨著人類活動(dòng)和全球氣候變化，許多河流的水沙關(guān)系受到顯著影響。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者研究成果[2- 6]均表明，氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)流域徑流量和輸沙量影響顯著。氣候變化和人類活動(dòng)使得碧流河流域徑流量和輸沙量產(chǎn)生較為明顯的遞增變化[7]。針對(duì)當(dāng)前碧流河流域徑流量和輸沙量變化特征開展了不同程度的研究[8- 12]，這些研究成果均表明碧流河流域水沙變化特征較為明顯，徑流量變化率低于輸沙量的變化率，但對(duì)于不同時(shí)期碧流河流域水沙變化特征尤其是水沙豐枯變化的研究較少，為此本文結(jié)合碧流河干流繭場(chǎng)水文站1971—2019年徑流量和輸沙量資料，對(duì)其水沙變化特征進(jìn)行分析，研究成果對(duì)于碧流河流域綜合治理規(guī)劃具有重要的參考意義。

1 區(qū)域概況及研究方法

1.1 碧流河流域概況

碧流河是遼寧省大連、營(yíng)口地區(qū)最大河流。流域降水的年內(nèi)分配極不均勻，降水主要集中在7—8月。氣候變化對(duì)該流域的水面蒸發(fā)量分配的影響很明顯，在12月—次年1月蒸發(fā)量達(dá)到最低水平，在5—6月最大，這種年內(nèi)分配和氣候變化存在密切的相關(guān)性。該流域徑流量和輸沙量在年際及年內(nèi)分配變化均較大，最大徑流量及輸沙量多出現(xiàn)在7—8月。

1.2 研究數(shù)據(jù)

本文主要采用碧流河流域繭場(chǎng)水文站1971—2019年徑流量和輸沙量月尺度資料，所有水文資料數(shù)據(jù)均通過可靠性、一致性、代表性檢驗(yàn)。

1.3 研究方法

本文對(duì)于水沙變化趨勢(shì)檢驗(yàn)主要用M-K非線性顯著檢驗(yàn)方法對(duì)徑流量和輸沙量指標(biāo)變化特征進(jìn)行顯著變化特征的分析。該方法將徑流量、輸沙量序列作為樣本序列對(duì)其統(tǒng)計(jì)變量S進(jìn)行計(jì)算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，S—徑流量、輸沙量樣本序列顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)變量；xi、xj—來(lái)自同一個(gè)樣本總體的兩個(gè)樣本數(shù)據(jù)系列；σs—方差標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算值；sign—計(jì)算變量；n—總的樣本序數(shù)；Z—檢驗(yàn)特征變量，當(dāng)Z>0時(shí)表示徑流量、輸沙量呈現(xiàn)遞增變化趨勢(shì)，否則呈現(xiàn)遞減變化趨勢(shì)，當(dāng)|Z|>2.32、1.64<|Z|<2.32、1.28<|Z|<1.64時(shí)則分別表示變化趨勢(shì)的顯著性可分別達(dá)到99%、95%、90%的置信水平。

2 水沙變化特征分析

2.1 不同季節(jié)水沙距平分析

結(jié)合流域繭場(chǎng)水文站1971—2019年月徑流量和月輸沙量數(shù)據(jù)，對(duì)繭場(chǎng)站不同季節(jié)徑流量和輸沙量距平率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。

表1 碧流河繭場(chǎng)站1971—2019年不同時(shí)期各季節(jié)水沙距平率統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位：%

碧流河流域水沙變化受氣候變化和人類活動(dòng)影響加大，從碧流河繭場(chǎng)水文站1971—2019年不同時(shí)期各季節(jié)水沙距平率統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出，不同季節(jié)徑流量和輸沙量距平具有同步變化特征，水沙變化較大，徑流量和輸沙量距平較大的季節(jié)主要集中在夏季，不同時(shí)期夏季徑流量和輸沙量距平最大值分別為146.82%和225.11%，其他季節(jié)水沙距平率均為負(fù)值，表明各時(shí)期除夏季外，其他季節(jié)徑流量和輸沙量均有所減少。不同時(shí)期各季節(jié)水沙距平率變化無(wú)明顯規(guī)律，這主要是因?yàn)楸塘骱恿饔驗(yàn)榈湫偷谋狈郊竟?jié)性河流，其降水主要集中夏季，夏季徑流量占全年徑流總量的70%左右，而徑流和輸沙量總體具有同步性，使得輸沙量也主要集中夏季。

2.2 不同季節(jié)水沙變化趨勢(shì)

在不同時(shí)期各季節(jié)徑流量和輸沙量距平分析的基礎(chǔ)上，采用M-K非線性顯著檢驗(yàn)方法對(duì)不同時(shí)期各季節(jié)的水沙變化特征進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)，結(jié)果見表2。

從檢驗(yàn)結(jié)果可看出，夏季各時(shí)期徑流量和輸沙量增長(zhǎng)趨勢(shì)較為顯著，除2000—2019年外，其余各時(shí)期的非線性顯著檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值均高于1.2，其遞增顯著性水平可達(dá)到90%。春季、秋季及冬季變化趨勢(shì)總體相對(duì)較弱，2000—2009年各季節(jié)水沙都呈現(xiàn)遞減變化，但趨勢(shì)顯著性較低。從1971—2019年全年趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值可看出，檢驗(yàn)值總體呈現(xiàn)遞增變化，均高于1.2，夏季遞增變化趨勢(shì)較為顯著，其他季節(jié)顯著性較弱。

表2 碧流河繭場(chǎng)站1971—2019年不同時(shí)期各季節(jié)水沙變化趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果

2.3 年水沙豐枯分析

采用模比系數(shù)差積方法對(duì)碧流河繭場(chǎng)水文站1971—2019年的水沙豐枯變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。

表3 碧流河繭場(chǎng)站不同時(shí)期年徑流量和年輸沙量模比系數(shù)差積分析結(jié)果

從分析結(jié)果可看出，可劃分2個(gè)階段，在1971—1979年、1980—1989年、1990—1999年3個(gè)時(shí)期內(nèi)，年徑流模比系數(shù)差積為負(fù)值，但總體呈現(xiàn)遞減變化；從2000年開始，其年徑流量模比系數(shù)差積總體呈現(xiàn)遞增變化，因此2000年為繭場(chǎng)水文站年徑流量變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，2000年以前繭場(chǎng)水文站為相對(duì)枯水時(shí)期，從2000年開始進(jìn)入相對(duì)豐水時(shí)期。年輸沙量和年徑流量的模比系數(shù)差積的變化具有同步特征，變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)也在2000年，2000年以前繭場(chǎng)水文站處于枯沙時(shí)期，2000年開始進(jìn)入豐沙時(shí)期。

3 水沙影響主因分析

結(jié)合黃霄[13]水沙影響貢獻(xiàn)率分析方法對(duì)碧流河繭場(chǎng)水文站水沙影響的2個(gè)主要因素：降水變化和人類活動(dòng)影響貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析，結(jié)果見表4—5。

從分析結(jié)果可知，2000年為碧流河繭場(chǎng)水文站水沙豐枯變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)，而該站水沙豐枯轉(zhuǎn)變主要受降水變化以及人類活動(dòng)影響，為此對(duì)該站水沙變化的2個(gè)主因進(jìn)行不同時(shí)期貢獻(xiàn)率的分析。從分析結(jié)果可看出，對(duì)于徑流量和輸沙量而言，降水變化影響的貢獻(xiàn)率分別為65.78%、66.17%，人類活動(dòng)影響的貢獻(xiàn)率分別為34.22%、23.83%。降水變化對(duì)碧流河繭場(chǎng)水文站水沙影響貢獻(xiàn)率高于人類活動(dòng)影響，因此水沙變化的主因?yàn)榻邓兓?，這主要是因?yàn)榻邓恐苯佑绊懥撕拥缽搅餮a(bǔ)給量，而由于徑流和輸沙量變化具有同步特征，徑流量的變化使得河道輸沙量產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因此對(duì)于碧流河繭場(chǎng)水文站水沙變化影響而言，降水變化影響要高于人類活動(dòng)影響。

表4 碧流河繭場(chǎng)水文站徑流量影響貢獻(xiàn)率分析結(jié)果

表5 碧流河繭場(chǎng)水文站輸沙量影響貢獻(xiàn)率分析結(jié)果

4 主要結(jié)論

(1)碧流河流域繭場(chǎng)水文站水沙呈現(xiàn)20年的豐枯變化周期，1971—1999年為枯水枯沙期，2000—2019年為豐水豐沙期，因此2020年開始將會(huì)進(jìn)入一段時(shí)間的枯水枯沙期，建議做好2020年以后碧流河流域水量調(diào)度計(jì)劃，以免影響流域水資源可持續(xù)利用。

(2)碧流河流域繭場(chǎng)水文站降水變化影響對(duì)徑流量和輸沙量的貢獻(xiàn)率分別為65.78%和66.17%，人類活動(dòng)影響的貢獻(xiàn)率分別為34.22%和23.83%，人類活動(dòng)對(duì)碧流河繭場(chǎng)水文站以上流域水沙影響雖然較小，但還是要嚴(yán)控區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)的影響。

(3)本文主要選取降水變化和人類活動(dòng)兩個(gè)主因進(jìn)行水沙影響度的分析，考慮因子相對(duì)較少，在后續(xù)研究中還應(yīng)重點(diǎn)考慮氣溫等氣候變化因子對(duì)流域水沙的影響程度。