張義宇

（廣東省水文局茂名水文分局，廣東 茂名 525000）

鑒江流域是廣東第三大水系，多年平均年徑流量為52.1×108m3。近年來，廣東省水利廳開展粵西水資源配置工程，特別是高嶺攔河壩的建設(shè)為茂名、湛江的水資源調(diào)度起了積極作用。鑒江自90 年代起由于水資源開發(fā)利用程度較高造成河床下切，2000 年后河床基本穩(wěn)定，但目前對(duì)鑒江干流徑流趨勢(shì)的分析缺乏專門研究，加強(qiáng)該方面研究對(duì)鑒江流域的生態(tài)和環(huán)境治理具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本研究對(duì)2000～2019 年的徑流量、年降雨量的變化特點(diǎn)及演變趨勢(shì)進(jìn)行分析，可為鑒江生態(tài)保護(hù)和資源開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

鑒江流域集雨面積6 914km2，地處北回歸線以南，為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，常年受海洋性和大陸性氣候影響，雨量充沛，平均降水量1 820.0mm，年降水量多在1 600.0mm 以上，但年內(nèi)分布不均、地區(qū)差異大。降水多集中在汛期4～10 月，約占年降水量的88%，11 月至次年3 月降水量占年降水量的12% ；降水量受地形影響變化明顯，平均變幅在1 400.0mm～2 800.0mm，降水量年際變化也較大，豐水年與枯水年降水量比值可達(dá)2～4 倍。

羅江是鑒江最大的一級(jí)支流，發(fā)源于茂名市信宜旺將，先入廣西北流勾髻頂西南，后經(jīng)高州荷花、石板，化州播揚(yáng)、寶圩、那務(wù)至合江與平定水匯合后，經(jīng)江湖、林塵、中垌等地在化州市區(qū)匯入鑒江，全長(zhǎng)143km，縱貫化州境內(nèi)110 km。全流域集雨面積2 618km2，茂名市境內(nèi)集雨面積1 943km2，羅江床平均坡降0.64‰（見圖1）。

化州站為鑒江干流控制站，控制集雨面積占鑒江流域89.0%；高州站為鑒江干流中上游控制站，控制集雨面積占鑒江流域42.0%。根據(jù)鑒江流域水文站的分布情況，選用化州、高州站2000～2019年徑流量和降雨量資料，該資料經(jīng)水文整編刊印，準(zhǔn)確可靠。

圖1 鑒江流域水系

2.1 Mann-Kendall 方法

Mann-Kendall 趨勢(shì)檢驗(yàn)法（以下簡(jiǎn)稱“M-K法”），是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其特點(diǎn)是不用遵從樣本的規(guī)律分布，不受少數(shù)異常值的干擾，人為性少，較適用于類型變量、順序變量分析。M-K法趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量如下[1]：

式（1）、（2）中：xj為時(shí)間序列的第j 個(gè)數(shù)據(jù)值；n 為數(shù)據(jù)樣本的長(zhǎng)度；Sgn 為符號(hào)函數(shù)。

當(dāng)S 為正態(tài)分布，平均值為0，且 n ≥8 時(shí)方差為：

式（3）、（4）中：ti為第i 組數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目；Z為標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)量。

Z ＜0 時(shí)，序列存在下降趨勢(shì)；Z ＞0 時(shí)，序列存在上升趨勢(shì)；Z 絕對(duì)值≥1.28、1.64、2.32 時(shí)，分別表明序列通過置信度為90%、95%、99%的顯著性檢驗(yàn)。

當(dāng)M-K 法進(jìn)一步用于序列突變檢驗(yàn)時(shí)，統(tǒng)計(jì)量和前面的Z 存在差異，Z 服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布M-K法突變檢驗(yàn)的原理對(duì)于時(shí)間序列X（含有n 個(gè)樣本），構(gòu)造一個(gè)秩序列：

式（5）、（6）中：E(sk)=k(k+1)/4；Vac(sk)=k (k-1)(2k+5)/72。

UFk 為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，給定一個(gè)顯著性水平a=0.05，那么臨界值U0.05= ±1.96，將UFk和UBk兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量序列曲線和±1.96 兩條直線均繪在一張圖。當(dāng)UFk和UBk值大于0，表明序列呈上升趨勢(shì)，小于0 表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)它們超過臨界直線時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著，超過臨界線的范圍為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。UFk 和UBk 線出現(xiàn)交點(diǎn)，交點(diǎn)在臨界直線之間，突變開始的時(shí)刻即交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。

2.2 雙累積曲線

雙累積曲線是檢驗(yàn)兩個(gè)參數(shù)關(guān)系變化的常用方法，在直角坐標(biāo)系中繪制同序列的兩個(gè)變量連續(xù)累積值關(guān)系線，被檢驗(yàn)的變量為縱坐標(biāo)，參考變量為橫坐標(biāo)。它可用于水文氣象要素一致性的檢驗(yàn)、缺值的插補(bǔ)或資料校正，以及水文氣象要素的趨勢(shì)性變化及其強(qiáng)度的分析[2]。

3.1 M-K 分析變化趨勢(shì)

按公式（4）計(jì)算，得到鑒江流域徑流量和降雨量的M-K 檢驗(yàn)結(jié)果（見表1），各站點(diǎn)年徑流量趨勢(shì)不顯著，沒有明顯優(yōu)勢(shì)?；菡灸陱搅髁亢湍杲涤炅繘]有顯著變化趨勢(shì)。高州站年徑流量上升趨勢(shì)不明顯，年降雨量平穩(wěn)。

表1 M-K分析結(jié)果

3.1.1 各站M-K 顯著性檢驗(yàn)

化州、高州M-K 顯著性檢驗(yàn)（見圖2）得出，在徑流量無顯著增加情況下，化州站2013 年測(cè)得超20 年一遇流量，為化州站建站以來實(shí)測(cè)第二大流量。高州站2013 年測(cè)得建站以來第四大流量。

3.1.2 各站U 值突變檢驗(yàn)

為進(jìn)一步分析變化趨勢(shì)，由公式（6）、（7）分析并繪制U 值突變檢驗(yàn)（見圖3），可知各站徑流量UF 值與UB 均在±1.96 內(nèi)?；菡?000～2005 年呈下降趨勢(shì)，2006～2013 年呈平穩(wěn)趨勢(shì)，2014～2019 年呈下降趨勢(shì)。高州站徑流量2000～2005 年呈下降趨勢(shì)，2006～2019 年呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)，但趨勢(shì)不明顯。

化州站降雨量2003～2007 年呈下降趨勢(shì)，2008～2015 呈上升趨勢(shì)，2016～2019 年呈平穩(wěn)趨勢(shì)，2002、2008 年UF 值與UB 值有交點(diǎn)站為突變點(diǎn)，降雨量均超2 500mm。高州站2001～2007 年呈下降趨勢(shì)，2008～2019 年呈上升趨勢(shì)，在2008、2012、2013 年UF 值與UB 值有交點(diǎn)站為突變點(diǎn)，降雨量均超2 100mm。

圖2 各站年徑流量、年降雨量顯著性

圖3 各站年徑流量、年降雨量U值突變檢驗(yàn)

圖4 年徑流量和年雨量雙累積曲線

3.2 雙累積曲線

為分析鑒江干流各站徑流量、降雨量的變化，結(jié)合高州、化州站集雨區(qū)域的面雨量，繪制了年徑流量和年降雨量雙累積曲線（見圖4），可得出：

（1）化州、高州站的雙累積曲線特點(diǎn)較為相似，基本呈直線關(guān)系，說明各站徑流量、降雨量的變化基本同步，變化不明顯。高州站為鑒江中上游，曲線呈45°；化州站為鑒江下游，曲線往右偏，為匯流流量總和。

（2）運(yùn)用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 對(duì)各站2000～2019 年徑流量、降雨量進(jìn)行Pearson 相關(guān)分析（見表2），各站都表現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系?；?、高州站相關(guān)分析P 值為0.908、0.942，說明徑流量和降雨量年際關(guān)系相關(guān)性密切。

表2 鑒江流域主要控制站歷年徑流量與降雨量關(guān)系

據(jù)M-K 分析結(jié)果，各站年徑流量趨勢(shì)不顯著無明顯優(yōu)勢(shì)。2012～2013 年徑流量、年降雨量達(dá)到高峰，其他年份趨于平穩(wěn)；而U 值突變檢驗(yàn)結(jié)果任務(wù)，各站徑流量UF 值與UB 均在±1.96 內(nèi)。各站變化趨勢(shì)呈穩(wěn)定狀態(tài)，大部分在多年平均徑流量、年降雨量范圍。2008、2012、2013 年存在突變點(diǎn)，為降雨造成徑流量增大[3]。鑒江干流各站年徑流量和降雨量長(zhǎng)期變化趨勢(shì)穩(wěn)定。回歸分析結(jié)果顯示，各站符合冪函數(shù)關(guān)系，Pearson 相關(guān)性顯著。

通過鑒江水資源分析以及水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建，開展鑒江地表水資源、地下水資源、水資源總量和水資源可利用量評(píng)價(jià)研究，對(duì)加快推進(jìn)粵西水資源配置工程具有重要意義。