近50 年东江流域降雨径流变化趋势研究

4.2 降雨与径流关系分析 4.2.1 年内降雨与径流相关系数的年际变化 统计 分析结果表明，年内月降雨和月径流间存在高度相
流 总 体 趋 势 相 对 稳 定 ，无 突 变 点 出 现 。 而 2000 关关系（近 50 年相关系数平均达 0.83），这意味着流
年-2010 年的近 10 年期间，径流变化无明显规律， 域径流在年内也主要受降雨量变化控制。不过从
收稿日期：2012-12-31；修订日期：2013-01-30 基金项目：国家自然科学基金（编号：41271104）；国家水体污染控制与治理科技重大专项（编号：2012ZX07501002-004）。 作者简介：吕乐婷，女，辽宁大连人，博士生，主要从事水文水生态系统保护与管理研究。E-mail：lvleting@mail.bnu.edu.cn 通讯作者：江源，E-mail：jiangy@bnu.edu.cn
关性随着年代推移有减弱趋势[3]。董满宇等对近 50 年来东江流域降雨变化趋势进行了分析，发现流域 年降雨量呈现不显著增加趋势，年降雨日数则表现 为减少趋势，流域年平均降雨强度总体变化趋势不 明显[4]。王兆礼等分析了东江流域径流系数年际变 化特征，发现流域径流系数序列呈不显著的上升趋 势，并存在不同时间尺度的周期性变化规律和突变
与降雨之间密切相关。再分析近 50 年来流域月降 0.500，p <0.01，2 月：r =0.748，p < 0.01）。
雨量与月径流量之间的相关关系，可以看出，多雨 季降雨与当月径流相关性明显高于少雨季。而历
经 M-K 趋势检验知，从 1958 年-1962 年，博罗 站年径流量呈上升趋势（UF > 0），1963 年至 1974 年呈下降趋势（UF < 0），1974 年后直至 2010 年，除
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资源科学
第 35 卷 第 3 期
2004 年和 2005 年间有短暂下降趋势外，年径流总 期径流占年径流比例则出现显著的上升趋势，上升
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吕乐婷等：近 50 年东江流域降雨径流变化趋势研究
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2013 年 3 月
江博罗站以上汇水区各气象台站的降
雨资料进行插值计算。具体过程为通
过水文分析模块提取博罗站汇水区，编
写批处理程序对流域内及周边 18 个气
象 台 站 的 降 雨 数 据 进 行 插 值 ，对 所 获
体处于上升趋势，但均未达 p = 0.05 的显著性水平， 速率为 0.01%/10a（ p < 0.05）（图 4）。
见图 3。图 3 显示 1958 年，1962 年，1973 年，2003 年，2004 年，2008 年，2009 年为径流突变点（UF 与 UB 存在交点）。自 1970 年代初起直至 2001 年，径
2 研究区概况
东江是广东省的四大水系之一，发源于江西省
降雨径流变化趋势及其原因进行了分析，发现东江 寻邬县桠髻钵山，源区包括寻乌、安远、定南三县，
流域降雨和天然径流的演变过程由于受自然和人 上游称寻乌水，流至广东省龙川县合河坝与安远水
为因素的综合影响而日趋复杂，且降雨与径流的相 汇合后始称东江，再自东北向西南流经龙川、河源、
紫 金 、惠 阳 、博 罗 、东 莞 等 县 市 后 注 入 狮 子 洋（图 1）。整个东江流域属亚热带季风气候，年均温约为 21 ℃ ，年降雨约 1800mm。东江干流全长约 560km， 平均坡降为 0.35‰，流域总面积约 3.5 万 km2。东江 流域现有各类蓄水工程约 7562 宗，总库容 192.3 亿 m3[6]，这些水利工程改变了地表及河流的自然形态， 影响到河流的水文情势。
行期的 4 月-9 月，此期降雨量占全年降
3 数据来源与研究方法
3.1 数据来源 降雨数据来源于东江流域及其周边地带共 18
个气象台站 1958 年-2010 年的逐月降雨序列（国家 气象信息中心气象资料室，中国气象科学数据共享 服务网 http：//cdc.cma.gov.cn/）；径流水文数据来自 广东省水利电力局所提供的博罗水文站 1958 年2010 年逐月平均流量序列。博罗水文站是东江干 流下游区主要控制站，其上游汇水面积达 2 5325km2 （占东江流域总面积 71.7%）。博罗汇水区降雨随季 节变化十分明显，在时间和空间尺度上均能整体反 映东江流域的降雨径流关系[7，8]。 3.2 研究方法 3.2.1 降雨数据插值 降雨是东江径流最主要的来 源，因而理论上年径流和年降雨的相关程度会非常 高。本文选择克里格法（Kriging Interpolation）对东
月-12 月至翌年 1 月-2 月
为 少 雨 季 。 据 统 计 ，从
1958 年-2010 年，东江流
域多雨季降雨占全年降
雨比例平均值为 0.79，少
雨季占全年降雨比例均
值为 0.15，整体不存在显
著增加或下降趋势。进
而分析月径流占年总径
流比例的年际变化，发现
随时间推移，多雨季同期
径流占全年径流总量的 比例呈显著下降趋势，下 降 速 率 为 0.014%/10a （ p < 0.05）。而少雨季同
（1. 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室，北京 100875； 2. 北京师范大学资源学院，北京 100875）
摘 要：基于东江流域近 50 年降雨、径流数据集，采用 Mann-Kendall 趋势检验、线性回归等方法，对流域的降 雨、径流变化趋势以及两者之间的耦合关系进行了统计分析。结果表明：①年尺度下，东江流域径流主要来源于降 雨，而由于人为调控，径流量在年内分配趋于均匀化；②月尺度下，雨季径流对当季降雨响应更为明显，人类活动对 径流影响则在旱季更为突出。随着时间推移，旱季径流逐渐由纯粹依赖降雨演变为更多由人工水库、闸坝等补给 调控，即人类活动对东江径流的影响有增强趋势。
第 35 卷 第 3 期 2013 年 3 月
2013，35（3）：514-520
Resources Science
Vol.35，No.3 Mar.，2013
文章编号：1007-7588（2013）03-0514-07
近 50 年东江流域降雨径流变化趋势研究
吕乐婷 1，2，彭秋志 1，2，廖剑宇 1，2，江 源 1，2，康慕谊 1，2
576 幅插值图层逐层统计，最终获得博
罗站汇水区长序列月降雨量数据。
3.2.2 趋势分析 本文使用水文统计中
常 用 的 滑 动 平 均 法 、线 性 回 归 、M-K
（Mann-Kendall）法、相关分析方法等对
东 江 流 域 降 雨 、径 流 数 据 进 行 统 计 分
析 。 其 中 M-K（Mann-Kendall）非 参 数
本文将 4 月-9 月界定为 东 江 流 域 的 多 雨 季 ，11
Fig.2 Changes and smoothed changing trends of annual rainfall and annual runoff in Dongjiang River Basin during the period of 1958-2010
渐降低的趋势。
外，径流相对于降雨还存在一定的延迟效应。这一
4.2.2 月降雨与月径流的相关性 统计结果表明， 效应在雨季前期尤为明显。比如 3 月径流不仅与当
博罗站以上东江流域的年降雨量与年径流总量的 相关系数高达 0.89（ p < 0.01），说明流域天然径流
月降雨相关（ r =0.713、p <0.01），且与 1 月和 2 月的 降雨都保持着较高，甚至更高的相关关系（1 月：r =
关键词：东江；降雨；径流；径流系数；变化趋势
1 引言
东江是珠江水系三大河流之一，是河源、惠州、 东莞、深圳等地的主要供水水源，并承担着向香港 地区供水的重要任务[1]。东江流域的水文气候变化 是学界关注的研究重点之一，特别是近几十年来， 随着人类活动影响的加剧以及水库及闸坝的增多， 东江流域的降雨径流关系发生了深刻变化，有关东 江流域降雨和径流特征及其变化趋势的研究亦日 益丰富。王渺林和夏军以 SCS 模型为基础，建立了 东江流域的月水量平衡模型，并得出“径流对降雨 的敏感性远大于对气温的敏感性，降雨量的变化将 直接影响径流量”的结论 。 [2] 石教智等对东江流域
雨的 79%。降雨的地域分布呈从上游 至下游逐渐递增趋势，即东北少，西南多。博罗站 是东江干流最靠近入海口的水文监测站，其多年平 均径流总量达 236.49 亿 m3。与降雨的年内分配颇 为相似，博罗站径流亦主要集中在 4 月-9 月，同期 径流占年径流总量的 71.4%。 4.1.2 降雨径流年际变化趋势 东江流域年降雨量 及年径流总量多年变化趋势如图 2 所示。流域年降 雨呈微弱的增加趋势（但未达显著性水平），增加速 率为 4.07mm/10a。径流年际变化亦有增加趋势（同 样未达显著性水平），增加速率为 0.7 亿 m3/10a。由 图 2 知，降雨与径流的年际变化趋势十分同步，其相 关系数达 0.89（ p < 0.01）。这也验证了降雨确是东 江流域径流的主要来源。
Fig.1 Sketch map of the study area，showing the main water systems and precipitation
1800mm，降 雨 主 要 集 中 在 东 南 季 风 盛
distribution in Dongjiang River basin
图 3 1958 年-2010 年博罗站年径流 Mann-Kendall 趋势检验
（UF，UB 表示序列的 M-K 统计值，统计值±1.96 为 0.05 显著性水平临界值） Fig.3 Trend analysis of the annual runoff in Boluo Hydrological Station during the period of 1958-2010
通过显著性检验）。这一结果从一定程度上反映了
是控制东江流域径流的
决定性因素，降雨的变化
趋势和突变状况在很大
程度上影响着东江流域
径流的年际变化趋势及
突变发生。
4.1.3 降雨与径流年内特
征 据统计，近 50 年来东
江流域各月降雨占全年
比例变化趋势皆不显
著。为进一步说明降雨
与径流的年内分配特征，
图 2 1958 年-2010 年东江流域年降雨量、年径流量变化趋势
突变点较多且变化较剧烈。这与董满宇所得出东 降雨与径流月相关系数的年际变化看，则仅呈不明
江流域年平均降雨突变年份：1959 年，1961 年，1963 显减少趋势，降低速率为 0.006%/10a（ p = 0.06，未
年，1975 wk.baidu.com，1983 年，1991 年，2003 年，2004 年大体 对 应 [4]，进 一 步 说 明 降 雨
（By Mann-Kendall test，statistical value ±1.96 showing the significance level of p = 0.05）
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受人为活动干扰，径流变化对降雨的直接呼应有逐 关系数亦达最高（ r =0.837，p <0.01）（表 1）。除此
点[5]。然而上述研究或侧重于降雨分析，或侧重于 径流分析，或侧重于周年尺度的年际对比，较少有 对年内不同时期降雨径流特征的年际对比，尤其未 能对降雨径流关系年内分配及变化趋势的规律进 行总结并开展成因探讨。本文拟通过对东江流域 长序列降雨和径流资料的统计分析，侧重于从年际 对比角度揭示两者的年内变化特征，并在此基础上 就两者间的耦合关系及其演变规律开展讨论，以期 为东江流域的水生态恢复和水环境管理提供水文 气候方面的科学依据。
统计法是世界气象组织推荐使用的一
种方法，运用该法能够有效检测序列的
变化趋势，并能大体确定突变点位置，
因而在气象及水文序列趋势及突变检
测中已有广泛应用[9-12]。
4 结果分析
4.1 东江流域降雨与径流总体特征
4.1.1 降雨与径流多年平均特征 经统
图 1 研究区示意
计，近 50 年来东江流域年均降雨量约为