1951_2011年湘江径流泥沙演变过程与特征分析_胡光伟

生突变，而输沙量在１９９７年发生了突变，表现为 １９９７ 年 后 有 显 著 下 降 趋 势；（３）小 波 分 析 表 明 径 流 量 和
输 沙量均存在２０和７ａ的周期性变化规律；（４）６０ａ来湘江年径流量可以分为１９５１—１９５４和１９９２—２００２
年两个多水期，１９５５—１９９１和２００３—２０１１年两个少水期。径流泥沙集中度与集中期分析 表 明 输 沙 量 年 内
第１期
胡 光 伟 等 ：１９５１—２０１１ 年 湘 江 径 流 泥 沙 演 变 过 程 与 特 征 分 析
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湘 江 是 洞 庭 湖 流 域 最 大 的 支 流 ，是 湖 南 省 的 母 亲 河 ，对 洞 庭 湖 流 域 的 水 资 源 安 全 有 较 大 贡 献 。 随 着 人 类 活 动 的 不 断 增 强 ，洞 庭 湖 各 主 要 支 流 径 流 量 和 输 沙 量均呈现出显著变 化，在 国 内 学 术 界 引 起 广 泛 关 注， 学 者 们 针 对 洞 庭 湖 流 域 的 径 流 泥 沙 变 化 特 征 、演 变 规 律和驱动因素开展了一系列研究 。 ［１－８］ 但单独 对 湘 江 流 域 径 流 泥 沙 演 变 过 程 的 系 统 研 究 较 少 ，且 采 用 的 是 传统统计学方法。鉴于径流量和输沙量受多种影响 因素制约，是非线性 极 强 的 随 机 变 量，利 用 传 统 统 计 学 方 法 很 难 准 确 地 揭 示 出 其 内 在 变 化 规 律 ，因 此 本 文 采用 较 为 精 确 的 时 间 序 列 分 析 方 法 中 的 Ｍａｎｎ— Ｋｅｎｄａｌｌ趋势分析 法 和 均 值 差 异 Ｔ 检 验 法 对 湘 江 年 径 流 量 和 年 输 沙 量 的 演 变 规 律 进 行 分 析 ，为 深 入 研 究 湘江流域及洞庭湖区水沙演变规律提供参考。
收 稿 日 期 ：２０１３－０３－２１ 修 回 日 期 ：２０１３－０６－１２ 资助项目：２０１２年湖南省研究生科研创新项目“三峡水库运行前后洞 庭 湖 区 水 沙 过 程 响 应 ”（ＣＸ２０１２Ｂ２１０）；２０１２ 年 度 高 等 学 校 博 士 学 科 点
摘 要：根据湘江主要控制站１９５１—２０１１年长时间 序 列 径 流 与 泥 沙 资 料 ，运 用 Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ非 参 数 检
验法、小波分析法和均值差异 Ｔ 检验法等，揭示了湘江 年 径 流 量 和 年 输 沙 量 演 变 特 征 与 规 律 ，并 分 析 了 其
驱动因素。结果表明：（１）径流量呈微弱增加趋势，而 输 沙 量 下 降 趋 势 明 显 ；（２）时 间 序 列 上 径 流 量 未 发
分配不均匀性更为明显，输沙主要集中在每年６月；（５）年输沙量显著减少主要是水利 工 程 拦 沙 和 水 土 保
持工程措施所致。
关 键 词 ：径 流 量 ；输 沙 量 ；演 变 规 律 ；影 响 因 素 ；湘 江
文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００－２８８Ｘ（２０１４）０１－０１６６－０７
１ 流域概况
湘江 是 湖 南 省 最 大 的 河 流，为 长 江 ７ 大 支 流 之 一，流 域 内 人 口 将 近 ５ ０００ 万，占 湖 南 省 总 人 口 的 ６０％ 左 右 。 它 发 源 于 广 西 壮 族 自 治 区 东 北 部 兴 安 、灵 川、灌阳、全州等县 境 内 的 海 洋 山，上 游 称 海 洋 河，在 湖 南 省 永 州 市 区 与 潇 水 汇 合 ，称 湘 江 ，向 东 流 经 永 州 、 衡阳、株洲、湘潭、长 沙，至 湘 阴 县 芦 林 潭 入 洞 庭 湖 后 归 长 江。 全 长 ８５６ｋｍ，湘 江 干 流 在 湖 南 省 内 全 长 ６７０ｋｍ，流域面积 ９４ ６６０ｋｍ２，其中湖南省内面积 为 ８５ ３８３ｋｍ２，占 总 面 积 的 ９０．２％，沿 途 接 纳 大 小 支 流 ２ １５７ 条，主 要 支 流 有 潇 水、耒 水、洣 水、舂 陵 水、蒸 水、涟水等，多年平 均 径 流 量 ９．３９×１０１０ ｍ３，实 测 最 大 流 量 ２０ ８００ ｍ３／ｓ。 湘 江 流 域 属 于 亚 热 带 季 风 湿 润 气 候 ，雨 量 丰 沛 ，但 年 内 分 配 不 均 ，降 水 多 集 中 在 春 夏 季，多年平均降 水 量 １ ３００～１ ５００ ｍｍ，降 雨 多 集 中 在 ４—６ 月 ，占 全 年 的 ４０％ ～４５％ ；７—９ 月 干 旱 少 雨 ， 降 水 量 约 占 年 降 水 量 的 １８％ ；１—２ 月 最 少 ，仅 占 全 年 的８％。湘江流域的洪水主要由 气 旋 雨 形 成，每 年 的 ４—９月为汛期，年 最 大 洪 水 和 洪 峰 水 位 多 发 生 于 每 年的 ４—８ 月，其 中 ５，６ 月 出 现 次 数 最 多，次 洪 历 时 １０ｄ 左 右 ，并 且 与 暴 雨 发 生 时 间 相 对 应 。
２．２ 研 究 方 法 （１）Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ（Ｍ—Ｋ）非 参 数 检 验 法。 用
于 对 长 序 列 数 据 的 趋 势 突 变 进 行 检 验 分 析 ，具 体 计 算
参照文献［１０—１２］。Ｍ—Ｋ 法 因 为 不 要 求 原 始 数 据 服从特定概率分布，只 满 足 时 间 序 列 随 机 独 立 即 可，
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｕｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ， Ｈｕｎａｎ４１００８１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｕｒｖｅｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１０００７，Ｃｈｉｎａ；３．Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｕｚｈｏｕ，Ｈｕｎａｎ４１２００８，Ｃｈｉｎａ）
中 图 分 类 号 ：Ｐ３４３．３
Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ａｎｎｕａｌ Ｒｕｎｏｆｆ ａｎｄ
Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｉｎ Ｘｉａｎｇｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｆｒｏｍ １９５１ｔｏ ２０１１
ＨＵ Ｇｕａｎｇ－ｗｅｉ １，ＭＡＯ Ｄｅ－ｈｕａ１，ＬＩ Ｚｈｅｎｇ－ｚｕｉ ２，ＸＵ Ｙｉｎｇ３
第 ３４ 卷 第 １ 期 ２０１４ 年 ２ 月
水土保持通报 Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１ Байду номын сангаасｅｂ．，２０１４
１９５１－２０１１年湘江径流泥沙演变过程与特征分析
胡光伟１，毛德华１，李正最２，许 滢３
（１．湖南师范大学 资源与环境科学学院，湖南 长沙 ４１００８１； ２．湖南省水文水资源勘测局，湖南 长沙 ４１０００７；３．湖南工业大学，湖南 株洲 ４１２００８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｌｏｎｇ－ｔｉｍｅ ｓｅｒｉｅｓ ｄａｔａ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｒｕｎｏｆｆ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ａｔ ｋｅｙ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ Ｘｉａｎｇｊｉｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｆｒｏｍ １９５１ｔｏ ２０１１，ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｌａｗｓ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｒｕｎｏｆｆ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ，ｗａｖｅｌｅｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔ ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ ｉｔｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｗｅｒｅ ａｎ－ ａｌｙｚｅｄ．（１）Ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｒｕｎｏｆｆ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｓｅｄｉ－ ｍｅｎｔ，ａｎ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ．（２）Ｔｅｍｐｏｒａｌｌｙ，ｒｕｎｏｆｆ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｉｄ ｎｏｔ ｓｈｏｗ ａｎｙ ｍｕｔａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ－ ｔｉｃ ａｎｄ ａｎｎｕａｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｏｍｅ ｍｕｔａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ １９９７．Ａｆｔｅｒ １９９７，ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｎｎｕａｌ ｓｅｄｉ－ ｍｅｎｔ ｄｅｃｌｉｎｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．（３）Ｗａｖｅｌｅｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｐｅｒｉｏｄｉｃｉｔｉｅｓ ｏｆ ２０ｙｅａｒｓ ａｎｄ ７ｙｅａｒｓ ｆｏｒ ａｎｎｕａｌ ｒｕｎｏｆｆ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．（４）Ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｒｕｎｏｆｆ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉａｎｇｊｉｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｄｉ－ ｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ｐｌｅｎｔｉｆｕｌ ｐｈａｓｅｓ ｏｆ １９５１—１９５４ａｎｄ １９９２—２００２ａｎｄ ｔｗｏ ｄｒｏｕｇｈｔ ｐｈａｓｅｓ ｏｆ １９５５—１９９１ａｎｄ ２００３—２０１１．Ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ａｎｎｕａｌ ｒｕｎｏｆｆ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎ－ ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｏｆ ｉｎｔｅｒ－ａｎｎｕａｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｔｈａｎ ｒｕｎｏｆｆ，ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｉｎ Ｊｕｎｅ ｅｖｅｒｙ ｙｅａｒ．（５）Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ａｎｎｕａｌ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｒｏｍ ｓａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｂｙ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｕｎｏｆｆ；ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ；ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｌａｗ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ；Ｘｉａｎｇｊｉｎｇ Ｒｉｖｅｒ
专项科研基金联合资助项目“水沙过程对洞庭湖水质影响机理与时空变化研究”（２０１２４３０６１１０００９）；湖南省重点学科建设项 目“地 理学重点学科建设”（２０１１００１）；湖南省自然科学基金重点项目“三峡工程 运 行 后 洞 庭 湖 区 洪 灾 易 损 性 评 估 与 生 态 补 偿 机 制 研 究 ” （１２ＪＪ２０２６）；湖 南 省 教 育 厅 重 点 项 目 （０９Ａ０５５）；湖 南 省 水 利 科 技 重 大 项 目 （湘 财 农 指 ［２００７］７ 号 ） 作者简介：胡光伟（１９８３—），男（汉族），河南省固始县人，博士研究生，主要从事湖泊水资源与水环境、水旱灾害、水土 资 源 利 用 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ： ｈｕｇｕａｎｇｗｅｉ５１８８＠１６３．ｃｏｍ。 通信作者：毛德华（１９６４—），男（汉族），湖南省益阳市人，博士，教授，博 士 生 导 师，主 要 从 事 洪 涝 灾 害、洪 灾 风 险 分 析、湿 地 水 文 与 环 境、水 土 资 源 等 方 面 的 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｄｈ４０８１２２＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ。
２ 数据来源与研究方法
２．１ 数 据 来 源 采用湘江入洞庭湖控 制 站 的 湘 潭 水 文 站 １９５１—
２０１１年 的 年 径 流 量 和 年 输 沙 量 数 据 以 及 湘 潭 站 １９５６—２０１１ 年 逐 月 径 流 量 和 输 沙 量 数 据 资 料，数 据 来源于 湖 南 省 水 文 水 资 源 勘 测 局、《长 江 泥 沙 公 报 ２０００—２０１１》［９］和 中 国 气 象 科 学 数 据 共 享 服 务 网 。