摘要：

為了研究天河流域水資源變化情況，采用天河流域十堰境內(nèi)各雨量站點(diǎn)以及賈家坊水文站1956～2020年實(shí)測(cè)降水、徑流資料，結(jié)合流域內(nèi)6個(gè)水生態(tài)監(jiān)測(cè)斷面逐月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析天河流域降水、徑流、水質(zhì)的變化情況，探討流量對(duì)水質(zhì)的影響。結(jié)果表明：天河流域降水有明顯的年際變化，季節(jié)降水量以夏季最多，春、秋兩季次之，冬季最少；除年、春季降水量表現(xiàn)為減少趨勢(shì)外，其他3個(gè)季節(jié)的降水量均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，春季降水量變化率為-5.92 mm/10 a，并且通過了5%顯著性檢驗(yàn)；年、季降水量UF曲線均沒有超過顯著性水平線，認(rèn)為沒有明顯的突變點(diǎn)。天河流域地表水資源量呈減少趨勢(shì)，下降速率約2 086萬m3/10 a，M-K檢測(cè)值為-3.67，呈顯著的下降趨勢(shì)；根據(jù)M-K突變點(diǎn)檢驗(yàn)，天河流域地表水資源量在1991年前后發(fā)生了突變，產(chǎn)生了明顯的下降趨勢(shì)。利用賈家坊水文站的2015～2020年的實(shí)測(cè)月平均流量資料與逐月水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，沒有發(fā)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)濃度與流量變化之間表現(xiàn)出明顯的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：

降水； 徑流； 水質(zhì)； Mann-Kendall； 天河流域； 南水北調(diào)中線工程水源區(qū)

中圖法分類號(hào)：TV213

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.07.003

文章編號(hào)：1006-0081（2024）07-0018-06

0 引 言

南水北調(diào)中線工程水源區(qū)為漢江流域丹江口水庫以上地區(qū)。天河作為漢江流域丹江口水庫以上重要入庫支流，其地表水資源變化對(duì)調(diào)水工程的可靠性存在一定影響，研究其水資源變化是跨流域水資源調(diào)配與管理運(yùn)行的重要依據(jù)，對(duì)研究南水北調(diào)中線工程通水后水源地水資源時(shí)空變化具有重要意義［1-3］。

目前研究水資源變化的方法較多，例如數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、滑動(dòng)平均法、線性傾向估計(jì)、Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法（M-K檢驗(yàn)法）、累積距平法等，已廣泛應(yīng)用于長江流域、黃河流域、海河流域、青藏高原等地區(qū)［4-7］。本文采用線性回歸法和Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法［8-9］對(duì)天河降水、徑流變化趨勢(shì)進(jìn)行判別及顯著性檢驗(yàn)，總結(jié)其變化規(guī)律；并結(jié)合賈家坊水文站流量資料以及水質(zhì)資料，分析兩者之間是否存在特定的影響關(guān)系，便于流域水資源系統(tǒng)的生態(tài)治理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、開發(fā)利用和運(yùn)行管理。

1 研究區(qū)域概況

天河是漢江中上游左岸一級(jí)支流，發(fā)源于秦嶺東南部陜西省山陽縣照川，在照川境內(nèi)稱南水河，自北向南流經(jīng)陜西省山陽縣、商南縣，于鄖西縣土門鎮(zhèn)茅坪村大凹入湖北省境內(nèi)，流經(jīng)鄖西縣土門鎮(zhèn)、香口鄉(xiāng)、城關(guān)鎮(zhèn)、觀音鎮(zhèn)，于觀音鎮(zhèn)天河口村匯入漢江，全長99.0 km，集水面積1 608 km2，在湖北省境內(nèi)河長64.9 km，區(qū)間面積1 183 km2。天河流域內(nèi)水系發(fā)育，支流眾多，5 km以上支流40條。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

研究采用天河流域鄖西縣境內(nèi)的白巖、黃云、三官洞、安家河、馬鞍5個(gè)雨量站的逐日降水系列資料，賈家坊水文站的逐日蒸發(fā)系列資料、逐日降水系列資料以及逐日流量系列資料，2014～2020年的天河流域水生態(tài)監(jiān)測(cè)資料見表1，站點(diǎn)分布狀況見圖1。為了獲得1956～2020年各雨量站降水系列數(shù)據(jù)，采用單變量或雙變量統(tǒng)計(jì)回歸分析方法對(duì)系列不完整或缺測(cè)的測(cè)站降水量資料進(jìn)行插補(bǔ)延展。

本文利用線性回歸法和M-K檢驗(yàn)進(jìn)行區(qū)域水文變化趨勢(shì)的判別及顯著性檢驗(yàn)，以估計(jì)水文變化趨勢(shì)；利用天河流域6個(gè)水生態(tài)監(jiān)測(cè)斷面逐月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)天河流域水質(zhì)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)；利用賈家坊水文站的流量資料與水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，研究?jī)烧咧g的關(guān)系。

3 水資源變化特征

3.1 降水變化

利用白巖、黃云、三官洞、安家河、馬鞍、賈家坊6個(gè)站的逐日降水系列資料插補(bǔ)延展成1956～2020年系列資料，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。1956～2020年天河流域多年平均年降水量平均值為831.3 mm，標(biāo)準(zhǔn)差為155.2 mm，變差系數(shù)為0.19。1956～2020年天河流域年降水量距平及5 a滑動(dòng)平均變化曲線見圖2。由圖可以看出，天河流域年降水量存在明顯的年際變化，年代際變化在20世紀(jì)末（1990～1999年）和21世紀(jì)10年代（2010～2019年）波動(dòng)較大，其余時(shí)段變化不是很明顯。年降水量最大值1 350.4 mm（1964年），最小值563.4 mm（1966年）。

采用平均值法得到天河流域1956～2020年的月、年降水系列資料，再進(jìn)行年、季降水量特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。從降水的季節(jié)分布來看，夏季最多，平均降水量380.6 mm，占全年降水量的45.8%；春、秋兩季次之，秋季平均降水量略多于春季，占到全年降水量的26.1%；冬季平均降水量相比其他季節(jié)明顯減少，只有42.8 mm，僅占全年降水量的5.2%。各季降水量的變差系數(shù)中，春夏兩季較小，說明變化較為平緩；秋季次之；冬季最大，變化最劇烈。

對(duì)1956～2020年天河流域年、季降水量的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，結(jié)果見表3?？梢钥闯?，除年、春季降水量表現(xiàn)為下降趨勢(shì)外，其他3個(gè)季節(jié)的降水量均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)。年降水量的變化率達(dá)到-1.26 mm/10 a，但是沒有通過顯著性檢驗(yàn)。4個(gè)季節(jié)里春季降水量變化最大，變化率達(dá)到-5.92 mm/10 a，并且通過了5%顯著性檢驗(yàn)，對(duì)年降水量的減少趨勢(shì)貢獻(xiàn)最大；冬季變化率為0.82 mm/10 a，通過了10%顯著性檢驗(yàn)；夏、秋兩季降水量變化趨勢(shì)沒有通過顯著性檢驗(yàn)。（Z的絕對(duì)值在不小于1.28，1.64，2.32時(shí)表示分別通過了置信度90%，95%，99%顯著性檢驗(yàn)。）

采用M-K法α=0.05顯著性檢驗(yàn)對(duì)1964～2020年天河流域年、季降水量序列進(jìn)行突變性檢驗(yàn)，分析各個(gè)時(shí)段的突變情況，如圖3所示。

1956～2020年天河流域年、季降水量M-K統(tǒng)計(jì)量UF和UB曲線均在α=0.05顯著性水平線之間，表明其變化不顯著，平緩的變化只是一種自然的振動(dòng)。UF曲線沒有超過顯著性水平線，認(rèn)為沒有明顯的突變點(diǎn)。

3.2 徑流變化

天河流域設(shè)有賈家坊水文站，該站有1956～2020年的逐日流量資料，利用賈家坊水文站以上流域的大中型水庫和農(nóng)業(yè)耗水對(duì)實(shí)測(cè)月系列資料進(jìn)行還原，得到賈家坊水文站1956～2020年的逐月流量資料。統(tǒng)計(jì)歷年極值，賈家坊水文站以上流域最大年徑流量96 180萬m3，發(fā)生在1964年；最小年徑流量13 400萬m3，發(fā)生在1999年，極值比為7.2。從多年月平均流量年內(nèi)變化情況來看（圖4），流量主要集中在7～10月，占到全年的56.3%；3～6月流量占到全年的25.6%，11月至次年2月徑流量占全年的18.1%。

天河流域徑流與降水變化基本一致。從不同年代際徑流量變化來看（圖5），20世紀(jì)80年代是豐水時(shí)期，平均徑流量為41 095萬m3，與多年均值相比偏多23.3%；20世紀(jì)90年代進(jìn)入枯水時(shí)期，90年代徑流量與多年均值相比減少28.6%。

注：徑流量=徑流深×流域面積。

利用賈家坊站1956～2020年天然徑流系列資料計(jì)算累積平均值相對(duì)過程線（1956～2020年）（圖6），平均值的相對(duì)誤差在±5.0%內(nèi)，說明賈家坊天然徑流系列資料的多年平均值趨于穩(wěn)定且具有一定的代表性。

對(duì)天河流域1956～2020年的逐月天然徑流系列資料進(jìn)行年、季特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表4。

1956～2020年天河流域地表水資源量整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，下降速率約為2 086萬m3/10 a，M-K檢測(cè)值為-3.67，呈顯著的下降趨勢(shì)。根據(jù)M-K突變點(diǎn)檢驗(yàn)（圖7），天河流域地表水資源量在1991年前后發(fā)生了突變，產(chǎn)生了明顯的下降趨勢(shì)。

3.3 水環(huán)境變化分析

根據(jù)湖北省水文局《關(guān)于開展生態(tài)水文監(jiān)測(cè)試點(diǎn)工作的通知》（鄂水文發(fā)〔2014〕19號(hào)），天河為第一批生態(tài)水文試點(diǎn)河流。在天河流域共布設(shè)6個(gè)斷面，即土門水庫、天河水庫、五里河、六官坪、賈家坊水文站、觀音鎮(zhèn)，監(jiān)測(cè)斷面位置示意見圖1。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包含GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的基本項(xiàng)目24項(xiàng)、集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目5項(xiàng)以及透明度、濁度、葉綠素a、硅酸鹽、磷酸鹽、總堿度、總硬度、浮游植物、浮游動(dòng)物等，還進(jìn)行魚類、沉水植物、挺水植物、底棲生物等生物調(diào)查。2015～2020年共計(jì)開展生態(tài)調(diào)查17次，積累了豐富的數(shù)據(jù)資料。

從監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，土門水庫、天河水庫、五里河3個(gè)斷面，水質(zhì)穩(wěn)定在Ⅱ～Ⅲ類。五里河斷面穩(wěn)定保持Ⅱ類水質(zhì)；天河水庫斷面主要是總磷影響了水質(zhì)類別結(jié)果；土門水庫斷面主要是受總磷和高錳酸鹽指數(shù)的影響，水質(zhì)多為Ⅲ類。2018年6月，六官坪斷面氨氮出現(xiàn)超標(biāo)情況，其他調(diào)查月份均符合Ⅲ類水質(zhì)要求。賈家坊斷面水質(zhì)相對(duì)較差，2018年11月至2020年11月連續(xù)6次調(diào)查結(jié)果顯示水質(zhì)有明顯好轉(zhuǎn)（圖8）。觀音鎮(zhèn)斷面2次調(diào)查結(jié)果顯示水質(zhì)超標(biāo)，2018～2020年的調(diào)查結(jié)果顯示水質(zhì)均穩(wěn)定在Ⅱ～Ⅲ類。通過分析系列數(shù)據(jù)資料，發(fā)現(xiàn)影響水質(zhì)類別的項(xiàng)目主要為高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷3項(xiàng)指標(biāo)。

對(duì)土門水庫和天河水庫水質(zhì)進(jìn)行富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)，2016～2020年，天河水庫水質(zhì)保持在中營養(yǎng)狀態(tài)；2015～2019年，土門水庫水質(zhì)為中營養(yǎng)-輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

總體來看，天河流域上游水質(zhì)優(yōu)于下游水質(zhì)，對(duì)下游城鎮(zhèn)集中區(qū)域的水環(huán)境治理工作還需進(jìn)一步加強(qiáng)。需要繼續(xù)重視水庫富營養(yǎng)化問題，嚴(yán)格控制氮磷營養(yǎng)鹽的外源輸入。

3.4 綜合分析

賈家坊水文站與賈家坊水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面位于同一位置，故考慮利用賈家坊水文站2015～2020年的實(shí)測(cè)月平均流量資料，結(jié)合賈家坊水文站水質(zhì)斷面2015～2020年的逐月水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，探討兩者之間有無明顯關(guān)系。其中，水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料主要選取影響水質(zhì)類別的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷3項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)。表5給出了賈家坊水文站2015～2020年實(shí)測(cè)季平均流量數(shù)據(jù)以及賈家坊水文站水質(zhì)斷面2015～2020年高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷季平均濃度。

從表5數(shù)據(jù)可知，賈家坊水文站2015～2020年各年季平均流量變化沒有明顯的規(guī)律，2015～2020年高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷的季平均濃度變化也沒有明顯的規(guī)律。為了更直觀地查看實(shí)測(cè)流量與水質(zhì)參數(shù)之間是否存在一致的規(guī)律，繪制2015～2020年每年的季平均流量與水質(zhì)參數(shù)季平均濃度對(duì)照過程，結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)濃度與流量變化之間表現(xiàn)出明顯的關(guān)系。分析原因可能在于兩個(gè)方面：① 水質(zhì)監(jiān)測(cè)是針對(duì)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)位的數(shù)據(jù)，流量是一個(gè)連續(xù)的系列，兩個(gè)數(shù)據(jù)不對(duì)等，不能說明兩者之間的關(guān)系；② 水質(zhì)受人為活動(dòng)影響明顯，不確定性大，可能發(fā)生突變，而流量主要受降水、水利工程等影響，影響水質(zhì)、流量的因素存在差別。

4 結(jié) 論

（1） 天河流域1956～2020年多年平均年降水量平均值為831.3 mm，變差系數(shù)0.19，變化不是很明顯。從降水的季節(jié)分布來看，夏季最多，春、秋兩季次之，冬季明顯減少。各季降水量的變差系數(shù)中，春夏兩季較小，說明變化較為平緩；秋季次之；冬季最大，變化最劇烈。

對(duì)1956～2020年天河流域年、季降水量的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，除年、春季降水量表現(xiàn)為下降外，其他3個(gè)季節(jié)的降水量均表現(xiàn)為增加趨勢(shì)。其中，春季降水量變化率達(dá)到-5.92 mm/10 a，并且通過了5%顯著性檢驗(yàn)；冬季變化率為0.82 mm/10 a，通過了10%顯著性檢驗(yàn)；夏、秋兩季以及年降水量變化趨勢(shì)沒有通過顯著性檢驗(yàn)。

采用Mann-Kendall法α=0.05顯著性檢驗(yàn)對(duì)1964～2020年天河流域年、季降水量序列進(jìn)行突變性檢驗(yàn)，年、季降水量M-K統(tǒng)計(jì)量UF和UB曲線均在α=0.05顯著性水平線之間，表明其變化不顯著，平緩的變化只是一種自然的振動(dòng)。UF曲線沒有超過顯著性水平線，認(rèn)為沒有明顯的突變點(diǎn)。

（2） 對(duì)賈家坊水文站1956～2020年的逐日流量資料進(jìn)行分析，1956～2020年天河流域地表水資源量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，下降速率約2 086萬m3/10 a，M-K檢測(cè)值為-3.67，呈顯著的下降趨勢(shì)。天河流域地表水資源量在1991年前后發(fā)生了突變，產(chǎn)生了明顯的下降趨勢(shì)。

（3） 總體來看，天河流域上游水質(zhì)優(yōu)于下游水質(zhì)，對(duì)下游城鎮(zhèn)集中區(qū)域的水環(huán)境治理工作還需進(jìn)一步加強(qiáng)。

（4） 利用賈家坊水文站的2015～2020年的實(shí)測(cè)月平均流量資料與逐月水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，沒有發(fā)現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)濃度與流量變化之間表現(xiàn)出明顯的關(guān)系。

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（編輯：江 文）

Study on water resources variation of Tianhe Basin during 1956～2020

CUI Ying，JI Qiang，LUO Yini，ZHANG Dong，JI Hui

（Shiyan Municipal Hydrology and Water Resources Investigation Bureau of Hubei Province，Shiyan 442000，China）

Abstract：

In order to study the changes of water resources in Tianhe Basin，the changes of precipitation，runoff and water quality in Tianhe Basin were analyzed by using the measured precipitation and runoff data of each rainfall station in Shiyan and Jiajifang Hydrological Station from 1956 to 2020，combined with the monthly water quality monitoring data of six water ecological monitoring sections in the basin，and the impact of flow on water quality was discussed. The results indicated that the variation of annual precipitation was significant，the precipitation amount in summer had the greatest proportion of the annual total precipitation，following spring，autumn and winter. Additionally，the annual total precipitation and the total precipitation in summer had decreased tendency，while the other seasons showed a stable increasing trend. The change rate of spring precipitation was -5.92 mm/10 a，and passed the 5% significance test；the EF curves of annual and seasonal precipitation did not exceed the significance level，and it was considered that there was no obvious mutation point.The surface water resource was found significantly decreased by using Mann-Kendall trend test，the reduced rate was 20.86 million m3/10 a，and the M-K detection value was -3.67. According to M-K mutation testing，it was found that the mutations occurred around 1991，and showed a clear downward trend. Compared the measured discharge data and water quality monitoring data in Jiajifang Hydrological Station from 2015 to 2020，there was no obvious relationship between them.

Key words：

precipitation； runoff； water quality； Mann-Kendall； Tianhe Basin； water resources in middle route of South-to-North Water Diversion Project