周 瑋，高漸飛

（1.貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550008; 2.貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001）

0 引言

赤水河發(fā)源于云南省鎮(zhèn)雄縣境內(nèi)，沿川黔邊界流至貴州茅臺鎮(zhèn)，經(jīng)古藺河流經(jīng)習(xí)水縣至赤水市，再經(jīng)四川省合江縣與習(xí)水河相匯后注入長江，河流全長444.5 km；涉及云南省鎮(zhèn)雄、威信，四川省敘永、古藺、合江，貴州省七星關(guān)、大方、金沙、仁懷、赤水、習(xí)水、桐梓、播州13個縣（市、區(qū)），流域土地總面積18959.50 km2（入長江口以上計）。赤水河是國內(nèi)唯一沒有筑壩蓄水的長江支流，是長江上游重要生態(tài)屏障、生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)，著生藻類和底棲無脊椎動物等餌料生物豐富，是包括長江上游特有魚類 45 種土著魚類 140 種魚類理想的棲息地和繁殖場所，生態(tài)價值彌足珍貴[1-3]；更是全世界首屈一指的優(yōu)質(zhì)白酒產(chǎn)區(qū)，沿岸有數(shù)千家酒類企業(yè)，白酒產(chǎn)能占全國白酒產(chǎn)能的83%，成為長江經(jīng)濟帶以生態(tài)立身的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)群，具有極其重要的生態(tài)和經(jīng)濟地位[4,5]。作為享譽世界的“美酒河”，主要的水源直接依賴于赤水河，但由于白酒工業(yè)的快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，沿河取水的同時排放大量的COD、NH3-N等污染物進(jìn)入水體，水環(huán)境問題數(shù)次響起警報，水環(huán)境治理與保護工作緊迫而艱巨[5-8]。

赤水河水環(huán)境狀況的好壞不僅直接影響流域生態(tài)功能，還與國民經(jīng)濟和社會發(fā)展息息相關(guān)[9]。

此前，對赤水河水質(zhì)狀況已有所了解[6,10-13]。如季益虎等分析了茅臺河段2001—2010年水質(zhì)狀況，其能達(dá)標(biāo)，但水質(zhì)整體上呈現(xiàn)惡化趨勢，特別是CODMn、BOD5和NH3-N指標(biāo)[10]。安艷玲等2012年對赤水河流域干流、支流代表性斷面進(jìn)行了1次全覆蓋采樣，發(fā)現(xiàn)整體水質(zhì)良好，但支流污染較嚴(yán)重[6]。王中等對下游習(xí)水縣境內(nèi)1個斷面2015—2017年的水質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)除了TP，其余各指標(biāo)均呈下降趨勢[11]。上述研究對赤水河流域水質(zhì)及其變化趨勢進(jìn)行了較為全面的研究，而對赤水河水量的認(rèn)識非常有限，為此，本研究從上游赤水河站、中游茅臺站、下游鰱魚溪站三個不同斷面2008—2017年的徑流資料出發(fā)，探討其年徑流量的時空變化特征，揭示其徑流量變化的主要驅(qū)動因素，旨在為流域水環(huán)境保護與管理規(guī)劃和決策制定提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 監(jiān)測斷面

研究以赤水河流域（貴州?。┰O(shè)置的3個長期水文、水質(zhì)監(jiān)測站為取樣斷面。其中上游斷面—赤水站位于貴州省七星關(guān)區(qū)與四川省敘永縣赤水鎮(zhèn)，涉及鎮(zhèn)雄、敘永、七星關(guān)區(qū)3個縣（區(qū)），站點以上匯水面積3178.45 km2；中游斷面—茅臺站位于貴州省仁懷市原茅臺鎮(zhèn)，涉及鎮(zhèn)雄、敘永、七星關(guān)區(qū)（部分）、古藺、仁懷市（部分）、大方、金沙7個縣（區(qū)），涵蓋面積8098.35 km2；下游斷面-鰱魚溪站位于貴州省赤水市與四川省瀘州市交界處，含蓋13個縣（市、區(qū)），卡口（站點）以上面積為16570.50 km2。各斷面位置如圖1。

圖1 赤水河流域水文、水質(zhì)監(jiān)測站位置

1.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)

徑流量數(shù)據(jù)來源于貴州省水文水資源局2008年1月—2017年12月實測逐月平均徑流量資料。監(jiān)測站年徑流量是一個年度內(nèi)通過該斷面的水量為年內(nèi)各月徑流量的總和，用以分析流域年際間徑流量的變化特征及趨勢；流域徑流量年內(nèi)變化則通過多年平均月徑流量，即多年期間逐月徑流量的算術(shù)平均值來進(jìn)行分析。

降水量來源于國家氣象中心流域內(nèi)涉及的13個縣（市、區(qū)）氣象站數(shù)據(jù)，分別為畢節(jié)（七星關(guān)區(qū)，站編碼57707）、大方（57708）、金沙（57714）、仁懷（57710）、赤水（57609）、習(xí)水（57614）、桐梓（57606）、遵義（播州區(qū)57713）、鎮(zhèn)雄（56595）、威信（56596）、古藺（57605）、敘永（57608）、合江（57603），為1990—2017年逐月降水量數(shù)據(jù)。根據(jù)監(jiān)測斷面卡口以上包括的縣（市、區(qū)），取其各氣象站逐月降水量平均值代表該斷面所在區(qū)域降水量。

2 結(jié)果

2.1 徑流量年際變化

2008—2017年，赤水河流域不同斷面年徑流量隨時間變化過程如圖2所示?？梢钥闯觯嗨幽陱搅髁靠傮w均呈現(xiàn)出緩慢增加趨勢，變化幅度表現(xiàn)為上游＜中游＜下游。2008—2011年流域年徑流量波動下降，出現(xiàn)一定程度的回升后至2015年再次波動下行；并出現(xiàn)某斷面徑流量若比前一年度減少，那么下一年一定會增加的現(xiàn)象，呈現(xiàn)出以1年為周期“減少→增加→減少→增加”的年際交替波動規(guī)律，即徑流量的年際變化具備明顯的分段與交替變化特征。

圖2 2008—2017年赤水河流域徑流量變化特征與趨勢

結(jié)合表1中赤水河流域各斷面徑流量特征，上、中、下游多年平均徑流量分別為14.42億m3、30.09億m3、68.76億m3，上游年徑流量在7.94~19.58億m3波動，其中2011年徑流量最小，2012年最大；中、下游徑流量分別為16.02~41.49億m3、38.97~99.09億m3，2011年徑流量均最小，最大年徑流量則分別出現(xiàn)在2008年、2014年。分析流域徑流量相對變幅可發(fā)現(xiàn)，上中下游相對變幅逐漸加大，下游最大為87.4%。同時，赤水河流域徑流量變化具有顯著的空間關(guān)聯(lián)性，上游年徑流量與中游、中游與下游高度正相關(guān)性（p＜0.001），上游與下游年徑流量也具有顯著正相關(guān)性（p＜0.01），可見，流域斷面徑流量與其上一過水?dāng)嗝嫠烤哂懈叨纫蕾囆浴?/p>

表1 2008—2017年赤水河流域徑流量特征分析

2.2 徑流量年內(nèi)變化

2008—2017年，赤水河上游、中游、下游多年平均月徑流量數(shù)據(jù)見表2。根據(jù)表2可知流域徑流量年內(nèi)波動非常劇烈，分布不均衡，相對變幅超過160%。6—8月3個月徑流量占全年總徑流量的46.1%以上，為豐水期；11月—翌年4月徑流量僅占26.6%~28.1%，為枯水期；5月、9月和10月為平水期，徑流量占全年的24.6%~25.7%。

表2 2008—2017年赤水河流域多年平均月徑流量（億m3）

10年間，赤水河上、中、下游徑流量年內(nèi)總變化趨勢基本一致：1—5月徑流量逐步增加，6—7月迅速增加至最大，8月快速下降，進(jìn)入9月后下降趨勢逐漸變緩至最枯月。最小月徑流量均出現(xiàn)在1月份，但下游6月份徑流量最大，較中游和上游（同為7月）早一個月。結(jié)合相關(guān)性分析，年內(nèi)徑流量上游與中游、中游與下游、上游與下游均表現(xiàn)為顯著正相關(guān) （p＜0.01）。結(jié)果表明：近10年間赤水河流域徑流量在6—8月最大，至9月后逐漸減小至枯水期最小。

2.3 徑流影響因素

2.3.1 降水對徑流變化的影響

2.3.1.1 降水量、徑流量年際變化相關(guān)性

從圖3可以看出，近10年流域降水量空間差異不大，雨量總體亦呈增加趨勢，同時也出現(xiàn)分段變化與年際交替變化特征，波動趨勢大致相同，反應(yīng)出徑流量的變化對降水量具有極強的響應(yīng)關(guān)系。通過相關(guān)性及線性回歸分析也證實，上、中、下游徑流量與對應(yīng)降水量之間均存在顯著的正相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)＞0.8，P＜0.01），這表明降水對徑流量的確具有顯著影響。

圖3 2008—2017年赤水河流域降水、徑流量年際分布趨勢

而從年降水量與徑流峰值出現(xiàn)時間對照情況看：

（1）上、中、下游降水量和徑流量最小值都出現(xiàn)在2011年；

（2）各游段降水量與徑流量最大值出現(xiàn)年份并未對應(yīng)，上游段面徑流量最大值出現(xiàn)年份（2012年）的降水量卻低于該區(qū)域10年平均；

（3）中游斷面徑流量最大出現(xiàn)時間（2014年）也與降水量不一致，只有下游斷面年最大徑流量和降水量出現(xiàn)年份同步（2014年），這也一定程度上反映赤水河流域年徑流量變化還受其他因素影響。

2.3.1.2 降水量、徑流量年內(nèi)變化相關(guān)性

赤水河流域10年間多年平均月降水量及多年平均月徑流量分布趨勢如圖4所示，不同空間區(qū)域降水量在各月的分配（年內(nèi)變化）為典型的單峰型曲線，明顯表現(xiàn)為從6—8月向前后兩端減少的特征，降水年內(nèi)變幅劇烈，各月的分配極不均衡。這可以在任青峰等對赤水河降水、徑流量年內(nèi)趨勢的分析得到驗證[15]，即5—8月兩者均表現(xiàn)為最大，且時間分布基本一致。

圖4 2008—2017年赤水河流域降水、徑流量年內(nèi)分布趨勢

通過降水與徑流年內(nèi)變化形態(tài)對照：

（1）流域在6—8月降水量超過全年降水量的46.3%；11月—翌年4月合計降水量僅占20%左右，旱季較長。降水的集中月對照了徑流的豐水期，旱季與枯水期吻合。

（2）相關(guān)性分析表明，徑流量上游與中游、中游與下游、上游與下游的季節(jié)變化均具有高度正相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)＞0.98，降水對徑流具有極顯著影響（p＜0.001）。但徑流量對降水變化表現(xiàn)出一定滯后響應(yīng)，最明顯的表現(xiàn)是徑流量的最大與最小兩個極值出現(xiàn)時間均在對應(yīng)降水量極值后一個月。

（3）下游3—4月降水量增速明顯快于上游和中游，雨季較提早一些，這可能是下游月流量最大時間（6月）比上游和中游（7月）提前的原因。

（4）上、中、下游斷面均出現(xiàn)8、11月降水量明顯下降（較7、10月減少36%~39%），而對應(yīng)降水量減少幅度卻很?。ㄝ^7、10月減少2%~9%）的情況，可能是受白酒工業(yè)用水排水的較大影響，這與之前推測結(jié)果也一致；另外與維持高徑流量需要降水量要達(dá)到某一范圍值或其他原因是否相關(guān)有待進(jìn)一步研究。

綜上研究說明，流域徑流量的變化會受到降水的影響，且仍是徑流變化最主要的控制因素；此外，人類活動以及下墊面變化等也可能是其變化的潛在影響因素[16-18]。

2.3.2 徑流系數(shù)的變化

徑流系數(shù)是指同一流域面積、同一時段內(nèi)徑流與降水量的比值。與徑流相比，徑流系數(shù)是一個包含眾多要素的綜合指標(biāo)，其對降水變化的響應(yīng)更加直接，亦可以反映流域內(nèi)自然地理因素對流量的影響[19,20]；同時，徑流系數(shù)也可以反映水資源開發(fā)利用、氣候變化及土地利用變化下的水循環(huán)變化，因此有助于我們發(fā)現(xiàn)徑流變化的原因[21]。

據(jù)圖5可知，2008—2017年，赤水河上游地區(qū)徑流系數(shù)在34.4%~65.2%，中游區(qū)22.7%~42.0%，流域整體徑流系數(shù)介于37.0%~53.4%，基本符合豐水帶和多水帶地區(qū)年徑流系數(shù)的帶性分布規(guī)律[23]。此外，隨著流域空間尺度的增大，年均徑流系數(shù)先減小后增大，這與隨著流域面積增加徑流系數(shù)變小的研究結(jié)論不完全吻合[24]，表明了徑流系數(shù)空間尺度效應(yīng)的復(fù)雜性。

圖5 2008—2017年赤水河流域徑流系數(shù)年際變化

2011年流域各級尺度上徑流系數(shù)最低，這可能與2011年西南地區(qū)大旱，降水量大幅減少，僅為平均降水量的3/4相關(guān)。另外尤其表現(xiàn)較為異常的是，上游徑流效率值次年劇烈反彈至最高值，而次年上游年降水量945.40 mm，低于平均值（973.56 mm），超滲產(chǎn)流量發(fā)生的可能性很小。為探究這一情況發(fā)生的原因，結(jié)合上游2012年1—12月及上一年末逐月降水量進(jìn)行分析，2011年12月降水量為該月10年平均值的127.9%，10年中第2高值；2012年1月降水量為該月10年平均值169.1%，10年中最大值；得益于上一年年末及年初較大的降水量，年末及年初較高的降水量促進(jìn)了汛期降雨轉(zhuǎn)化為徑流的效率，其中最為明顯的是2012年7月徑流量為平均值的2.3倍，而降水量為1.6倍。

為進(jìn)一步揭示年徑流系數(shù)是否受某些月份降水量主要影響，進(jìn)行上游月降水量與月徑流系數(shù)、年徑流系數(shù)的相關(guān)系數(shù)及顯著分析，見表3。結(jié)果顯示：

表3 赤水（上游）斷面降水量與徑流系數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)

（1）其中4個月降水與年徑流系數(shù)相關(guān)系數(shù)＞0.4，其相關(guān)系數(shù)大小依次為7月、9月、1月和2月，除2月流量與年徑流系數(shù)正低度相關(guān)外，其余3個月份降水量與年徑流系數(shù)呈顯著的正相關(guān)；

（2）1月降水量與8月徑流系數(shù)存在顯著正相關(guān)性，2月降水量與7月、8月徑流有低度相關(guān)性，除5—7月降水量與當(dāng)月徑流系數(shù)成正相關(guān)外，其余月份均呈負(fù)相關(guān)性，但與后次月或再后一個月的徑流系數(shù)又呈現(xiàn)正相關(guān)；

（3）5—7月的降水量和降水強度較大，地表水匯流時間縮短，減少了匯流過程中的下滲量，從而使得地表徑流增多，徑流系數(shù)增大；

（4）降水量同樣較大的8月和9月，降水量與當(dāng)月徑流系數(shù)呈微弱負(fù)相關(guān)，一方面可能與降水強度減弱有關(guān)；另一方初步推測在前段洪峰徑流驅(qū)動下，一部分原本集蓄于地表的水被強大的水流帶走，8月的降水首先要補充這部分損耗，從而導(dǎo)致徑流量少；進(jìn)入9月隨著地表植被的恢復(fù)，蓄水能力也逐步提升，消耗的水量相對增加，導(dǎo)致徑流系數(shù)較小。

同時結(jié)合圖6中流域年內(nèi)徑流系數(shù)變化的分析，可知徑流系數(shù)的降低同時與流域人類活動的影響有關(guān)：

圖6 2008—2017年赤水河流域年內(nèi)徑流系數(shù)

（1）流域下墊面土地利用與覆被的變化導(dǎo)致徑流系數(shù)變化；

（2）白酒工業(yè)用水高峰期在8—10月[25]，導(dǎo)致這個時段中游和下游斷面徑流系數(shù)下降。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計年鑒，仁懷市2008—2017年白酒產(chǎn)量從13.28萬t增加到30.46萬t，根據(jù)赤水河白酒工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗，每年從赤水河取水531.2~1218.4萬t。與此同時相關(guān)性分析表明，仁懷市白酒產(chǎn)量與中游年徑流系數(shù)呈微弱負(fù)相關(guān)性，取水對年徑流減少影響較小，這可能得益于赤水河流域較大的徑流量。

3 分析討論

根據(jù)上文中對赤水河流域徑流時空變化特征以及與降水量等影響因素分析可知，流域各尺度徑流量年際、年內(nèi)季節(jié)變化都比較劇烈，隨著空間尺度增大，其變化幅度也相應(yīng)變大，可見流域斷面徑流量與其上一過水?dāng)嗝嫠烤哂懈叨认嚓P(guān)性。另外，過水?dāng)嗝骐m主要受降水影響，但徑流量相較于降水量而言，在同一時段下的變化出現(xiàn)一定程度上的滯后性，徑流系數(shù)的變化規(guī)律也充分體現(xiàn)這一點，由此說明除降水外，人類活動及下墊面變化等也可能是徑流量變化的影響因素。赤水河流域白酒產(chǎn)能的提高，城鎮(zhèn)化的加速推進(jìn)，取水、排水都大大影響著流域徑流量。此外，除經(jīng)濟發(fā)展、工農(nóng)業(yè)用水等，氣溫也會通過改變冰雪徑流的補給量從而影響徑流量，同時地表植被變化（如修復(fù)）對流域水量也會產(chǎn)生重要影響，地表植被的恢復(fù)會相應(yīng)提升蓄水能力，斷面消耗水量增大，導(dǎo)致徑流系數(shù)變小。通過對影響河流徑流量的因素進(jìn)行研究，有效推動水利建設(shè)的同時，對地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展也有一定的促進(jìn)作用。

4 結(jié)論

（1）2008—2017年，赤水河上游赤水站、中游茅臺、下游鰱魚溪斷面年徑流量總體呈增加趨勢，年際變化劇烈，且具有顯著的空間關(guān)聯(lián)性，隨著空間尺度增大波動愈強烈；徑流量年內(nèi)變化分布不太均衡，5—8月徑流量占全年近一半以上。

（2）結(jié)合相關(guān)性分析可知，赤水河流域徑流量與降水量的年際及年內(nèi)總體變化趨勢基本一致，反應(yīng)出徑流量的變化對降水量具有極強的響應(yīng)關(guān)系；同時由于兩者變化幅度存在差異，徑流量相較降水量而言出現(xiàn)滯后，可知降水、人類活動、下墊面的改變等對流域徑流量變化有著顯著影響。

（3）徑流系數(shù)年際變化隨著流域尺度的增大，呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢；年內(nèi)徑流系數(shù)主要受7月、9月、1月和2月降水量影響，此外，白酒生產(chǎn)取水也對年內(nèi)徑流系數(shù)產(chǎn)生較大影響，說明徑流系數(shù)與降水量呈顯著正相關(guān)的同時，也與流域人類活動緊密相連。