蔡文美，陳少穎，孫玉瑩，陸 昊，陳黎明，潘逸卉

（1.南京水利科學(xué)研究院水災(zāi)害防御全國重點實驗室，江蘇南京 210029；2.江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇南京 210017；3.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇南京 210098）

1 概 述

湖泊水位的時空差異性對該地區(qū)的水資源管理和洪澇災(zāi)害防控具有重要的影響［1］。太湖流域的水位存在年際變化，并且在不同的地區(qū)存在顯著的空間差異。相關(guān)學(xué)者對太湖流域的水位變化進行研究，龔李莉等［2］采用M-K 趨勢檢驗、相關(guān)性分析等方法，分析近年來太湖最高日均水位和最低日均水位變化特征；盛昱鳳等［3］以太湖為研究對象，采用M-K突變檢驗和Morlet小波分析等方法，分析太湖多年水位數(shù)據(jù)，闡明太湖水文特征變化及其影響因素；吳浩云等［4］基于太湖流域長系列降水資料，采用正交函數(shù)分解法、Spearman和M-K非參數(shù)統(tǒng)計檢驗法、連續(xù)小波分析方法等，從空間分布、趨勢性、周期性和突變性等方面，系統(tǒng)剖析了近年來太湖全流域及各水利分區(qū)降水的時空演變規(guī)律；許欽等［5］基于太湖流域133個代表性雨量站多年實測日降水資料序列，采用M-K 檢驗、Morlet 小波分析等方法，對太湖流域及其水利分區(qū)降水演變趨勢進行診斷和統(tǒng)計特征分析。

太湖流域地處長江三角洲的南翼，北抵長江，東臨東海，南濱錢塘江，西以天目山、茅山為界［6］，地形特點為周邊高、中間低，西部高、東部低，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，四季分明，雨水豐沛，熱量充裕。冬季受大陸冷氣團侵襲，盛行偏北風，氣候寒冷干燥；夏季受海洋氣團控制，盛行東南風，氣候炎熱濕潤［7］。年均氣溫14.9～16.2 ℃，1956—2000年多年平均降水量1 177 mm［8］。

本文基于太湖流域1954—2020 年以來的實測數(shù)據(jù)，采用M-K突變檢驗分析特征水位的年際變化規(guī)律，通過對比湖區(qū)各站的水位來量化其空間差異性，在此基礎(chǔ)上結(jié)合太湖引排水格局的變化探討時空差異性的原因。通過相關(guān)研究可更加深入地了解太湖流域水位的時空差異性，并為該地區(qū)的水資源管理和洪澇災(zāi)害防控提供參考。所涉及的特征水位包括年平均水位、年最高水位和年最低水位3個參數(shù)。首先采用M-K 突變檢驗法對太湖流域的各特征水位進行顯著性檢驗，再對特征水位進行統(tǒng)計和趨勢分析，最后得出太湖流域逐年水位的空間變化特征。

2 水位變化的時間差異性

2.1 年平均水位

對太湖1954—2020 年的年平均水位進行M-K趨勢檢驗分析（圖1），太湖年平均水位總體呈上升趨勢。其中，1954—1991年期間太湖年平均水位呈波動下降趨勢，1992—2020 年期間又呈上升趨勢，且太湖水位在2009 年后上升趨勢超過顯著水平0.05 的臨界線，呈現(xiàn)顯著上升趨勢。從圖1 可以看出在2006 年有唯一交點，表明2006 年是年平均水位變化過程的突變年，該年年平均水位為3.21 m。

圖1 1954—2020年太湖年平均水位M-K檢驗

2.2 年最高水位

對太湖1954—2020 年年最高水位進行M-K 趨勢檢驗分析（圖2），太湖年最高水位總體呈上升趨勢。其中，1954—1990年期間太湖年最高水位呈波動下降趨勢，1991—2020 年期間又呈上升趨勢，且太湖最高水位一直未超過顯著水平0.05的臨界線，呈現(xiàn)不顯著上升趨勢。從圖2可以看出在1999年、2003年及2005年出現(xiàn)交點，表明1999年、2003年及2005年是年最高水位變化過程的突變年，對應(yīng)年年最高水位為4.95 m、3.49 m及3.54 m。UF（k）UB（k）

圖2 1954—2020年太湖年最高水位M-K檢驗

2.3 年最低水位

對太湖1954—2020 年年最低水位進行M-K 趨勢檢驗分析（圖3），太湖年最低水位總體呈上升趨勢。其中，太湖年最低水位在1954—1990 年呈波動下降趨勢，1991—2020 年呈上升趨勢，并且在2002年后上升趨勢超過顯著水平0.05的臨界線，呈現(xiàn)顯著上升趨勢。從圖3可以看出兩曲線在1954—2020 年只存在1 個2002 年交點，且位于置信區(qū)間內(nèi)，表明2002 年是年最低水位變化過程中的突變年，該年最低水位為2.98 m。

圖3 1954—2020年太湖年最低水位M-K檢驗

3 水位變化的空間差異性

據(jù)統(tǒng)計，2002—2010 年太湖多年平均水位為3.24 m，2015—2020 年太湖年均水位均大于該值；1954—2010 年太湖水位多年均值為3.12 m，2015—2020 年太湖年均水位均大于該值。自“引江濟太”以來太湖水位較之前顯著升高，且整體呈波動上升趨勢。選取大浦口、望亭、西山、小梅口和夾浦等站點為研究對象，對2015年后太湖水位變化進行具體分析。

由2015—2020年各站點年平均水位可知，各水位站與太湖平均水位每年變化趨勢一致。2015 年太湖水位空間分布均勻，空間分布格局變動小，太湖西北部水位低，東部水位趨于一致，西山站水位與小梅口站的差值降低至0.02 m；2016年各測站水位均有所上升，最低水位與最高水位差值為0.12 m，在水位整體抬升的情況下，太湖水位空間分布與2015 年基本一致；2017 年各測站水位均有明顯下降，太湖水位空間分布與2016 年基本一致，空間分布格局未有變動；2018年太湖水位空間分布格局與2017年基本一致，空間分布的不均勻程度較2017年要大；2019 年各測站水位略有所上升，太湖水位空間分布格局與2018年基本一致，但西側(cè)小梅口水位在近兩年有逐漸抬高的趨勢，在小梅口增加了水位較高區(qū)域；2020 年各測站水位均有所上升，水位最高站點變?yōu)榇笃挚谡?，太湖水位空間分布格局發(fā)生改變，大浦口站變?yōu)樗蛔罡哒军c，夾浦站由原來水位最高站點變?yōu)樗惠^低站點，太湖整體呈現(xiàn)北高南低趨勢，水位空間分布狀態(tài)比2019年均勻。在此期間，夾浦站占據(jù)最高水位年份為5 a，大浦口站占據(jù)最低水位年份為5 a。

由2015—2020年各站點逐日水位變化過程可知：

（1）2015 年，日最高水位從高到低的測站依次為小梅口、夾浦、望亭（太）、西山、大浦口，水位分別為4.34 m、4.23 m、4.22 m、4.19 m、4.10 m；日最低水位從低到高的測站依次為大浦口、西山、小梅口、望亭、夾浦，水位分別為2.82 m、2.89 m、2.92 m、2.95 m、2.99 m。

（2）2016 年，日最高水位從高到低的測站依次為夾浦、小梅口、大浦口、望亭（太）、西山，水位分別為4.90 m、4.85 m、4.84 m、4.84 m、4.82 m；日最低水位從低到高的測站依次為望亭（太）、大浦口、西山、小梅口、夾浦，水位分別為2.71 m、2.96 m、3.04 m、3.05 m、3.10 m。

（3）2017 年，日最高水位從高到低的測站依次為望亭（太）、夾浦、小梅口、西山、大浦口，水位分別為3.70 m、3.68 m、3.66 m、3.62 m、3.58 m；日最低水位從低到高的測站依次為大浦口、望亭（太）、小梅口、西山、夾浦，水位分別為2.84 m、2.84 m、2.88 m、2.92 m、2.99 m。

（4）2018 年，日最高水位從高到低的測站依次為夾浦、小梅口、望亭（太）、西山、大浦口，水位分別為3.89 m、3.76 m、3.72 m、3.70 m、3.70 m；日最低水位從低到高的測站依次為大浦口、望亭、西山、小梅口、夾浦，水位分別為2.84 m、2.86 m、2.98 m、3.00 m、3.01 m。

（5）2019 年，日最高水位從高到低的測站依次為夾浦、小梅口、望亭（太）、西山、大浦口，水位分別為3.87 m、3.87 m、3.87 m、3.83 m、3.72 m；日最低水位從低到高的測站依次為大浦口、望亭（太）、西山、小梅口、夾浦，水位分別為2.81 m、2.89 m、2.93 m、3.00 m、3.01 m。

（6）2020 年，日最高水位從高到低的測站依次為大浦口、望亭（太）、小梅口、西山、夾浦，水位分別為4.82 m、4.20 m、4.77 m、4.75 m、4.75 m；日最低水位從低到高的測站依次為西山、小梅口、夾浦、大浦口、望亭（太），水位分別為2.87 m、2.90 m、2.90 m、2.92 m、2.94 m。

6年間，夾浦站日最高水位出現(xiàn)次數(shù)最多，大浦口站日最低水位出現(xiàn)次數(shù)最多。

4 進出湖水量

近年來，擴大杭嘉湖南排工程、新溝河延伸拓浚工程等流域水環(huán)境綜合治理重點水利工程陸續(xù)開工建設(shè)，在原“引江濟太”調(diào)水路線基礎(chǔ)上，增加新孟河和新溝河兩條出入湖調(diào)水路線后，將形成新孟河、望虞河入湖，新溝河、太浦河和走馬塘出湖的“兩進三出”的新引調(diào)水格局［9］。

根據(jù)1986—2020年的長時間序列水文數(shù)據(jù)，武澄錫虞區(qū)入湖水量有明顯的下降趨勢。太湖入湖水量主要來源的片區(qū)從1986—1999年的湖西區(qū)、浙西區(qū)、杭嘉湖區(qū)和武澄錫虞區(qū)4個片區(qū)，逐漸呈現(xiàn)向2000—2020 年的湖西區(qū)、浙西區(qū)2 個片區(qū)變化的趨勢，主要入湖水量的分布格局逐漸向西南方向移動。此外，望虞河自“引江濟太”實施以來，入湖水量較工程實施之前也明顯增加，對環(huán)太湖入湖總水量有一定影響。1986—2020年太浦河、陽澄淀泖區(qū)及望虞河出湖水量占比最大，浙西區(qū)、杭嘉湖區(qū)出湖水量占比平穩(wěn)波動，武澄錫虞區(qū)出湖水量占比有所下降。太浦河出湖水量逐漸成為影響出湖總水量的決定性因素，出湖區(qū)域由各片區(qū)均勻分布逐漸變成太浦河、望虞河以及陽澄淀泖區(qū)為最主要出湖區(qū)域，太湖東側(cè)出湖水量逐漸增大。1986—2020年太湖入湖水量持續(xù)增加，湖西區(qū)和浙西區(qū)增量最大，湖體入湖水量從1986 年的50.8 億m3增加到2020年的139.4億m3，出湖水量由1986年的67.9億m3增加到2020 年的135.8 億m3，湖體凈入湖水量也增至3.6億m3。

結(jié)合太湖引排水格局變化進一步分析，因太湖湖體入湖水量明顯增加，太湖年平均水位在2009年后增加趨勢明顯，年最高水位在2005年發(fā)生突變后增加趨勢越發(fā)明顯，年最低水位在2002年發(fā)生突變后呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢。因太湖的主要入湖片區(qū)為湖西區(qū)與浙西區(qū)，且望虞河工程（位于陽澄淀泖區(qū)）自實施后入湖水量明顯增加，故夾浦站（位于浙西區(qū)）水位占據(jù)最高水位年份時間最長。大浦口站（位于湖西區(qū)）在2020年成為水位最高站點，各水位站之間的水位差逐漸減小，整體由東北至西南呈現(xiàn)高—低—高的格局。

5 結(jié) 論

（1）太湖年平均水位在2006 年發(fā)生突變，突變之后年平均水位呈上升變化；年最高水位呈上升趨勢，分別在1999年、2003年、2005年突變年，但在突變之后上升趨勢不明顯；2002年是年最低水位變化過程中的突變年，突變年之后，年最低水位呈現(xiàn)出上升變化。

（2）2015—2020年，湖區(qū)內(nèi)5個站點的水位變化過程與全湖平均水位變化趨勢基本一致。整體由東北至西南呈現(xiàn)高—低—高的格局未改變，各站之間的水位差逐漸減小，太湖水位的空間分布呈均勻化趨勢。

（3）結(jié)合太湖引排水格局變化，湖體水量增加導(dǎo)致太湖年平均水位、年最高水位及年最低水位均呈現(xiàn)出一定的增加趨勢。太湖主要入湖片區(qū)主要為湖西區(qū)與浙西區(qū)，導(dǎo)致夾浦站占據(jù)最高水位年份時間最長，大浦口站在2020年成為水位最高點。望虞河工程實施后入湖水量增加，太湖整體由東北至西南呈現(xiàn)高—低—高的格局。