1980-曹娥江中上游径流变化特征及归因分析.docx

? ? 1980-曹娥江中上游径流变化特征及归因分析 ? ? 刘 洋， 韩晓旭， 李丽娟 (1.中国科学院地理科学与资源研究所 陆地水循环及地表过程重点实验室， 北京 100101； 2.中国科学院大学资源与环境学院， 北京 100049; 3.中国城市建设研究院有限公司， 北京 100120) 1 研究背景 水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是实现经济社会可持续发展和维系生态平衡及环境优良的重要基础[1]。IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第五次报告指出，随着21世纪全球气候持续变暖，遭受水资源短缺和河流洪水影响的人口比例将增加[2]。全球气候变暖造成的冰川融化、海平面上升、极端降水增加等，直接影响着区域水循环过程和水资源分布。同时，人类社会对水资源的需求与日俱增，导致水资源的供需矛盾持续加剧。大型水利工程的修建、水土保持措施的实施及土地利用变化等人类活动通过改变区域的产汇流条件对区域水文过程产生影响，不同气候变化情景和多种人类活动综合作用使得流域的产汇流机制更为复杂[3]。河川径流作为水资源的重要组成部分和转化形式，是地表水循环的重要环节，更是社会发展资源需求的直接来源。径流变化规律及其归因识别已成为现代水科学领域的热点问题之一[4]，是实现流域水资源综合管理和可持续发展的重要基础工作。 随着流域管理者和科研工作者对径流变化的持续关注，相关研究全面展开。当前主要研究内容包括径流年际变化规律、径流年内分配特征和径流变化的归因分析3个方面，研究时间尺度涉及月径流变化[5]、水文时期和季节径流变化[6-7]、年径流变化、年代际径流变化[6]、基准期和对比期径流变化[7]。 目前，关于径流变化的研究方法日益丰富，在径流年际变化规律的研究方面，已从年径流的趋势性、持续性、变异性、周期性及丰枯性等多角度展开。(1)趋势性：常采用线性倾向率法、滑动平均法、累积距平法、Mann-Kendall(M-K)趋势检验法、Spearman秩相关系数法研究趋势走向；(2)持续性：常采用R/S分析法判断未来发展；(3)突变性：常采用M-K突变检验法、Pettitt检验法、滑动t检验法、Cramer检验法、Yamamoto检验法、有序聚类法和启发式分割算法寻找突变点；(4)周期性：常采用小波分析方法识别周期；(5)丰枯性：常采用距平百分率、Z指数法、均值标准差法、集对分析法和Markov过程法描述丰枯变化。径流年内分配特征主要表现在不均匀性、集中程度和变化幅度3个方面。(1)不均匀性：利用不均匀系数和完全调节系数表征；(2)集中程度：常采用集中期和集中度进行研究；(3)变化幅度：常采用极值比表示。径流变化的归因分析旨在定量分析气候变化和人类活动对径流变化的贡献率，是最为重要的研究内容。经过大量实践研究，Pearson相关分析法、灰色关联法、双累积曲线法、弹性系数法、累积斜率变化率比较法和水文模型法均取得了较好的研究效果。上述研究方法各具优势，同时也存在局限，在实际工作中常将多种方法结合使用，以提升结论的可信度。 近年来，学者们不断探索径流评价新方法。王青等[8]将衡量经济收入平衡的指标基尼系数和洛伦兹不对称系数作为评价径流年内分配均匀性的指标；王小杰等[9]利用分维数描述了径流序列的复杂性；范琳琳等[10]通过验证表明，HHT(Hilbert-Huang transform)方法基本综合了小波变换和M-K检验对时间序列周期与趋势分析的功能；谢平等[11]通过构建水文变异诊断系统，实现了各种检验方法的联合，可对水文序列的趋势变异和跳跃变异进行综合诊断。 曹娥江是钱塘江的最大支流，位于浙江省东北部，发源于金华市磐安县，河流流向自南向北，依次流经绍兴市的新昌县、嵊州市、上虞区和柯桥区。曹娥江干流全长193 km，流域面积为6 080 km2。上游澄潭江为曹娥江主流，主要支流有长乐江、新昌江和黄泽江，呈典型的扇形水系。曹娥江为常年性河流，上游属山溪性河流，下游属感潮河段。流域位于亚热带季风气候区，四季分明，温和多雨，4月中旬进入汛期，6月中旬至7月上旬为梅雨季，雨量相对集中，8至9月份进入台风期，雨量较大，易形成洪涝灾害。曹娥江拥有厚重的人文历史，是沿途城市重要的工农业水源，具有防洪排涝、水资源保障和交通运输等重要功能。掌握曹娥江的径流变化特征，是推进区域水资源合理配置、防洪排涝部署及流域综合治理的基础。目前，关于曹娥江长时间序列径流特征的研究较少。因此本文基于曹娥江中上游的嵊州站、黄泽站、花山站3个水文站的月平均径流资料，结合多种研究方法，对曹娥江中上游进行径流变化特征研究及归因分析。研究区地理位置及水文站点分布如图1所示。 2 数据来源与研究方法 2.1 数据来源 本研究涉及的径