摘要：本文以巴江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析黃家莊水文站2000-2008年水文時(shí)間序列資料，得出巴江流域徑流系數(shù)的變化特征，從而進(jìn)一步對(duì)影響巴江流域徑流變化的影響因素進(jìn)行分析，結(jié)果表明巴江流域徑流演變規(guī)律表現(xiàn)為明顯的階段性，隨著人類活動(dòng)的日益加劇，其對(duì)徑流的影響也呈日益增大的趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：巴江流域,徑流系數(shù),影響因素
巴江流域位于滇東高原路南縣境內(nèi),面積(以路南縣城處為流域控制斷面)約357.8 km2,介于24°42′~57′N、103°14′~30′E之間,舉世聞名的路南石林即分布于此。
流域位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西南緣,滇東臺(tái)褶帶西南側(cè),夾持于九鄉(xiāng)—石埡口斷裂與師宗—彌勒斷裂之間。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以脆性變形為主,地層傾角和緩(在石林發(fā)育區(qū)一般小于10°),高角度的節(jié)理發(fā)育,為石林的發(fā)育和穩(wěn)定保存提供了有利的條件。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有前震旦系的牛首山組、震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、第三系和第四系,奧陶系和中生界缺失。其中泥盆系、石炭系和二疊系碳酸鹽巖分布廣,尤其是二疊系的茅口組和棲霞組灰?guī)r,因?yàn)橘|(zhì)純、層厚,為石林的發(fā)育奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。流域內(nèi)可溶巖面積大,約占整個(gè)流域面積的75%,因此,巴江流域?qū)嶋H上為一典型的喀斯特流域。
巴江流域內(nèi)湖泊眾多，地下水埋深較淺。由于受構(gòu)造和地形的影響，流域地勢(shì)東緩西陡，地表水系主要集中在西側(cè)。在巖性發(fā)生變化的地方，往往有地下河出口或伏流。伏流主要分布在流域西北部的大紫卜所和月湖西北側(cè)等地。在中部和東部的溶丘洼地發(fā)育區(qū)，沒(méi)有地表河，這主要是受喀斯特發(fā)育的影響，地表水轉(zhuǎn)人地下，以地下徑流的形式注人巴江。
整個(gè)流域內(nèi)缺乏原始森林,現(xiàn)代植物區(qū)系屬北極植物區(qū)、中國(guó)—喜馬拉雅森林植物亞區(qū)、滇中高原亞熱帶北部常綠闊葉林地帶,地帶性植被為滇中、滇東高原半濕潤(rùn)常綠闊葉林、云南松林區(qū),常綠優(yōu)勢(shì)種為滇青岡林和元江栲類,但分布面積最大的是云南松林[1]。在特定母巖和氣候條件下,流域內(nèi)發(fā)育的土壤主要有紅壤、黃棕壤、紫色土、沖積土和水稻土等五大類,其中紅壤廣泛分布在第三紀(jì)的夷平面上。
巴江大致呈北東-南西向貫穿石林縣，流經(jīng)乃古石林、北大村、天生橋、路美邑、鹿阜鎮(zhèn)、板橋，在宜良縣祿豐村南匯入南盤江，并形成著名的瀑布——大疊水。巴江的源頭海拔近2000m。巴江水系形態(tài)不規(guī)則，上游不時(shí)轉(zhuǎn)入地下成為地下河。中下游河谷形態(tài)為不規(guī)則箱狀，發(fā)育二級(jí)階地，階地面上除有碎屑沉積物和鈣華層外，部分地段還有舊石器時(shí)代遺物。
2 數(shù)據(jù)來(lái)源
分析資料為巴江流域黃家莊水文站2000-2008年逐日天然徑流序列及逐日降雨序列。此外,還利用了流域內(nèi)逐日蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)。
3 徑流系數(shù)變化特征
基于水量平衡原理,在一個(gè)閉合區(qū)域,若不考慮相鄰區(qū)域的水量調(diào)入與調(diào)出,其年水量平衡公式為:
S=P-RN-E (1)
式中, S為年土壤含水量的變化量,mm; P為年降雨量,mm; RN為年天然徑流深,mm; E為年實(shí)際蒸散發(fā)量,mm。本文假定一周年土壤含水量變化量S=0,且徑流系數(shù)為[1]:
C=RN/P (2)
由此可見(jiàn),徑流系數(shù)能客觀反映閉合流域降雨、徑流及蒸發(fā)量間的關(guān)系。
基于巴江流域2000-2008年降雨量和天然徑流系列資料, 計(jì)算出了2000年-2008年各年的徑流系數(shù)C分別為0.571、0545、0.57、0.27、0.465、0.478、0.421、0.584、0.612，采用自相關(guān)分析法計(jì)算了黃家莊站徑流系數(shù)序列的自相依性,結(jié)果表明具有微弱的線性相依性,即年徑流系數(shù)前后關(guān)系不緊密。
3.1趨勢(shì)分析
表1為黃家莊站徑流系數(shù)變化趨勢(shì)分析結(jié)果。由式(2)計(jì)算出黃家莊控制站徑流系數(shù)系列,如圖1所示。由表、圖(累積距平曲線)可看出:用累積距平曲線方法分析表明,黃家莊控制站徑流系數(shù)序列呈不顯著的增加趨勢(shì)。
表1巴江流域徑流系數(shù)趨勢(shì)變化分析結(jié)果
站名 集雨面積 徑流系數(shù)序列長(zhǎng)度/a 變化趨勢(shì)
黃家莊站 1.39*107 9 不顯著增加
圖1 巴江流域徑流系數(shù)序列與累積距平曲線
3.2持續(xù)性特征
R/S法從定性的角度認(rèn)識(shí)序列過(guò)去與未來(lái)是否存在相同或相反的變化特征，著重揭示未來(lái)的變化特征。[2，3]，針對(duì)徑流系數(shù)序列的持續(xù)性特征,利用R/S分析法計(jì)算了徑流系數(shù)序列的Hurst指數(shù)(圖2)。由圖可知:黃家莊站徑流系數(shù)的Hurst指數(shù)為0.0032,小于0.5，表明徑流系數(shù)序列的過(guò)去和未來(lái)具有不同的變化趨勢(shì)，圖中徑流系數(shù)序列有微弱的增加趨勢(shì)，表明徑流系數(shù)未來(lái)可能呈微弱減少趨勢(shì)變化（由于2003年的徑流系數(shù)較之其它年份表現(xiàn)出太大的差異，所以對(duì)總的增加趨勢(shì)有一定的影響）。
圖2 巴江流域徑流系數(shù)R/S分析結(jié)果
4 徑流影響因素
4.1 降水因素
研究數(shù)據(jù)表明我國(guó)降水與徑流量在1976-2005年這30年相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.77，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)a=0.001的置信度。另外，春季降水量的多少也與汛期徑流量的豐枯存在較為明顯的關(guān)系，30年的相關(guān)系數(shù)為0.56。[4]
巴江流域夏秋半年為雨季（每年5-10月份）、冬春半年為旱季（11月-次年4月）。降水不均，雨季降水量占全年的降水量的80%-88%；旱季降水量?jī)H為12%-20%。[5]
根據(jù)2001-2008年的巴江流域黃家莊水文站降水量資料統(tǒng)計(jì)（表2），流域多年平均降水量為964.4mm,最枯年份2006年為881.7mm，最豐年份2004年為1053.1mm，比最枯年份多大約200mm。
表2 巴江降水量年際分配統(tǒng)計(jì) （mm）
年份
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
平均
降水量
882.9
1079.3
1002.6
1018
1053.1
898.1
881.7
933.2
930.8
964.4
流域年均降水量比較平穩(wěn),但各階段都有不同的變化趨勢(shì)；而同期流量變化呈明顯的下降趨勢(shì),二者的變化趨勢(shì)明顯不一致,說(shuō)明年均流量相對(duì)于年均降水量的波動(dòng)而言,其響應(yīng)逐漸趨于不敏感,即降雨量的主導(dǎo)因素影響作用逐漸減弱。根據(jù)徑流數(shù)據(jù)和降雨數(shù)據(jù)對(duì)比,年徑流在年代間的變化幅度大于年降雨量的年代變化幅度。而2008年的巴江流域黃家莊水文站的降水量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，流域年內(nèi)降水量最枯月份為3月,降水量為12.5mm；最豐月份為7月，降水量為213.9mm，大約為最枯月份的17倍。
4.2 蒸發(fā)因素
巴江流域氣候?qū)俚釚|高原亞熱帶季風(fēng)氣候，具有“冬無(wú)嚴(yán)寒、夏無(wú)酷暑、四季如春、干濕分明”的特點(diǎn)。這樣的氣候條件也決定了降水量和蒸發(fā)量的變化，從而影響徑流的變化。對(duì)降水量的影響上面已經(jīng)做了說(shuō)明，在這主要說(shuō)說(shuō)蒸發(fā)量對(duì)徑流變化的影響。
圖3
從圖3可以看出，巴江流域的水面平均蒸發(fā)量呈增加趨勢(shì)，從而對(duì)徑流的年際變化有著一定的影響，水面蒸發(fā)量增加，會(huì)使徑流量減少。
4.3 人類活動(dòng)
影響流域年徑流的人類活動(dòng)主要包括2個(gè)方面:一是以水土保持為目的的退耕還林、荒山造林等土地利用活動(dòng),從而改變流域的土地覆被狀況;二是水庫(kù)溝渠等水利工程設(shè)施的修復(fù)和使用。二者均通過(guò)改變下墊面特征影響流域的水量平衡,從而影響徑流在時(shí)間和空間上的分配和變化[6]。
近20年來(lái)，我國(guó)主要河流區(qū)間徑流量的變化存在減少趨勢(shì)，其變化的主要原因?yàn)闅夂蜃兓绊懞桶ㄈ祟惢顒?dòng)在內(nèi)的其他因素(簡(jiǎn)稱人類活動(dòng)影響)的影響，但不同時(shí)段兩大影響因素所造成的影響程度存在較大差異；盡管氣候變化影響和人類活動(dòng)影響的絕對(duì)量存在一定差異（如氣候變化影響量在80年代中后期為3.39億m3，而近5年則是8.05億m3，而人類活動(dòng)影響量在80年代中后期為10.60億m3，近5年達(dá)到23億m3，但兩者所占的比例在80年代中后期與近5年的兩個(gè)時(shí)段內(nèi)基本接近(近5年主要是由于2002年以來(lái)降水量增多，徑流量增大等原因所致)，即人類活動(dòng)影響量所占的比例較氣候變化影響量所占的比例要大，兩者影響幅度的比例基本上是3：1；[7]相對(duì)于其他兩個(gè)時(shí)段而言，90年代氣候變化對(duì)徑流的影響則較為顯著，其與人類活動(dòng)對(duì)于徑流量的影響幅度分別為45%和55%。[8]
由此可知，人類活動(dòng)對(duì)徑流演變影響呈現(xiàn)出不確定性和復(fù)雜性及逐漸增大的趨勢(shì)。
5 結(jié)語(yǔ)
對(duì)巴江流域1980-2008年的水文時(shí)間序列采用R/S的方法進(jìn)行徑流演變分析表明,該時(shí)段徑流量總體呈下降趨勢(shì),且在以后的若干年內(nèi)具有繼續(xù)下降的趨勢(shì)。在進(jìn)行徑流演變動(dòng)因的分析中,本文重點(diǎn)分析了影響徑流變化的自然因素，徑流的變化是自然和人為因素共同作用的結(jié)果，人類活動(dòng)對(duì)徑流演變影響呈現(xiàn)出不確定性和復(fù)雜性及逐漸增大的趨勢(shì)。黃家莊站是巴江具有代表性的水文站,通過(guò)對(duì)其水文時(shí)間序列數(shù)據(jù)的整理可知，徑流年內(nèi)分配不均,集中度較高;年際變化劇烈,豐水歷時(shí)和枯水歷時(shí)較平均，基本上是跟每年的旱季雨季分配同時(shí)期，年徑流量呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)。本文對(duì)黃家莊水文站的徑流系數(shù)變化及徑流規(guī)律研究,對(duì)巴江流域水土保持工程建設(shè)和水資源開(kāi)發(fā)利用具有一定的參考意義，為變化環(huán)境下的流域水資源規(guī)劃與評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。
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