时段长取值变化下的径流年内分配特征研究

时段长取值 变化 下的径流年 内分配特征研究
涂新军 Ｌ，陈晓宏 １，张丽娟 １，李 宁 ３ ， ２ ， ２ ，张强 Ｌ
１ ．中山大学水资源与环境研究中心 ，广东 广州 ５０ ７ ；２ 华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室（ １２５ ． 中山大学） ，广东 广州 ５ ０７ ； １２ ５
通常采用集 中度和集 中期 来反映径流年 内分 配的集 中程度和集中时间Ｉ３１ 集中度是将某一时 Ｊ－］ ＇１０ 段长 的平均流量 ，按 ｘ Ｙ 和 两个方向上的分量合成 矢量模与年径流量之 比， 反映径流在年内的集 中程
Ｃ（ ＝ｒ）一ｔ ａｔ ｃｔ Ｑ ） ） （／ （
（） ４
基金项 目： 教育部人文社会科学研究青年基金项 目（ ９ Ｊ ９Ｏ １ ）国家 自然科学基金重点项 目（ ０ ３０ ５ ； ０ Ｙ Ｃ １０ ０ ； ５ ８９ ０ ）国家 自然科学基金项 目（ １７ ００） ４０ １２ 广东省科技计划项 目 （ ００ ０ ００ ００）；广东省科技厅对外合作项 目 （０ ０ ００ ００ １ ２ １Ｂ ５３ ０ １ ２ １Ｂ ５８ ００ ） 作者简介：涂新军 （ ９２年生 ），男，讲师 ，博士，主要研究方向为水文水资源。Ｅ ｉ ｅｓ ｊ １７ ｍａｌ ｅｔ ＠ｍａ． ｓ． ｕｃ ： ｘ ｉｓ ｕｅ ． ｌｙ ｄ ｎ
Ｆｇ ２ Ａ ｅａｅｃａｇ ｏｅｓ ｆｎ ｅｅ ｆｎ ｕｌｔ ａ ｌ ｗｄｓ ｉ ｔ ｎｗｔ ｉｅｅｔｅ ｇ ｓ ｆｈ ｍｅ ｎ ｒａ ｎｔｅ ｏ ￣ｉ ｇＲｖｒ ｉ， ｖｒｇ ｎ ｅ ｒｃｓｏ ｉｄｘｓ ａｎ ａｓ ｅｍｆ ｉｒ ｕｉ ｉ ｄｆ ｒｎ ｌ ｔ ｔｅｉ ｔ ｖｌｏ ｎ ａ ｉｅ ｈ ｐ ｏ ｒ ｏ ｔｂ ｏ ｈ ｆ ｎ ｈ ｏ ｔ ｉｅ ｓ ｈ Ｄ ｎ
河 川径 流 变化 通 常分 数量 变 化 和结构 变 化 ｌ， ｌ ｊ 径 流 年 内分 配 特征属 于后 者 ，反 映年 内不 同时段 的
度 。集 中期 是指 矢量 合成 后 的方位 ，反 映径 流量 集
中 的重心所 处 年 内时 间 。
径流 比例关系 ， 其量化计算方法有 ： 月径流百分比、 连续 ４ 月最大径流百分 比、完全年调节系数 、不均 匀系数 、集 中度和集 中期 、极值比、极大比、极小 比等 。但 在 已有 的研 究成 果 中 ，大 多是基 于 月分 配 的特征分析 ，而对于不 同时段长取值下的径流年内 分 配 特征 ， 目前 在 国 内研 究甚 少 ，仅 有冯 国 引 研 究 了基 于 日、候 、旬 和月平 均 流量 下不 均匀 系数 的 变化。东江流域地处南方湿润地区，水资源较为丰 富，但 由于流域经济社会 的迅猛发展 ，流域需水量 持续增长 ， １ 内出现的几次连续枯水严重威胁 近 ０ ａ 到了流域供水安全。因此 ，研究短时段（ １ 、 如 、３ １ 等） ｄ 取值下的径流年内分配特征 ， ０ 对于流域水资 源开发和管理更具有实践意义。本文选取了集中度 及集 中期 、不均匀系数 、极值 比 ４ 项常用指标 ，研 究河川径流年 内分配的集中程度及时间、 不均匀性 和变 化 幅度 ，在 不 同时段 长取 值 下 的变 化 规律 及年 际变 化特 征 。
００ ．０
９ ４ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ９７ １ ７ ｌ ８ ｌ ８ １ ９ １ ９ ２ ０ ２ ０ ５ １ ５ １ ６ １ ６ １ ４ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ０ ４ ０ ９
ｔ ａ ，
ｔ ａ ／
（） ａ 集中度 ｃ ｎ
３０ ０
（）集 中期 ｂ
年均值计算公式 。
图 ３显示 ，径流 年 内分配 特征 量化 指标 ，各 自
Ｃ ： ９ ５５ （１ ３． ９ Ｒ ＝ ． ０ 一 ． １１ ￣ ＋ ８ ４ ， ０ ９０ ２ ｎ ７ ９
（ ９）
式中 ，Ｃ 、Ｃ 分别为不均匀系数 、 极值 比的 多年均值 ； Ｒ 为 回归方程的相关系数 ；其他变量 同上。 （ ） 式 ８ 和式 （ ） ９ 中相关系数值 （ ． 、 ． ） ０ ７ ０ ９ ９ ９ 都 比较大 ， 且满足线性 回归方程 的显著性检验 ， 表 明不均匀系数和极值 比， 与时段长的对数具有 明显
有 序列｛（ｆｔ １， ，：，Ａ ）ｔ 径流 Ｏｔ） ＝，Ａ １， ，为 ，， ２ ｎ ２ ｍ
年，ｎ 为年数 ， 为年 内某一时段 ，ｍ 为时段数 。
Ｃ（＝ （／ （ ，ｃ（：ｒｎＱ（／ （］ ｎ） ｆ ） ｐ）ａｔＥｙ）ｘ） ｆ ） Ｑ ｔ ｃ ａ ｔＱ ｆ
（ ） １
其中：
１０ ８
１ ０ ２
２ ０ ０
０６ ．０
１ ０Ｏ
０ｏ ｏ
０
１ ５ １ ５ １ ６ １ ６ １ ７ １ ７ １ ８ １ ８ １ ９ １ ９ ２ ０ ２ ０ ９ ４ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ９４ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ０ ４ ０ ９
此 ， １７ 年 为分 割点 ， 比前段 序 列（ ９４ ｌ７ 以 ９３ 对 １５一 ９４
２ ４０
２０ １ Ｏ 、 Ｉ０ ８
０ ０
Ｏ２ Ｏ
１０ ５ １０ ２ ９ ４ ｌ ５ １ ６ １ ６ １ ４ ９ ９ ｌ ８ １ ８ １ ９ １ ９ ２ ０ ２ ０ ５ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ９７ １ ７ ９ ４ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ０ ４ ０ ９
收 稿 日期 ：２ １—２２ ０ ０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ—１
涂新军等 ：时段长取值变化下 的径流 年内分配特征研究
０４ ０
１１ ２
１０ ０ ６ ００
２０ ４
０３ ．５
２１ ｕ
。
４ ００
０３ ．０
１ｏ ８
２ ００
０２ ５
１０ ５
００
３ ５ ７ ９ １ １ １ １ １ ２ｌ ２ ２５ ７ ９ １ ３ ５ ７ ９ ３ ２ ２ ３１
３ 广 东省 东江 流域 管理 局 ，广 东 惠州 ５６ ０ ． １０３
摘 要 ：利用 东江流域控制站博罗站 １５ － ２ ０ ９４ － ０ ９年 日平 均流量资料 ，选取集 中度 、集 中期 、不均匀系数和极值 比 ４项指标 ， 研究 了河川 径流年内分配特征 ， 在不 同时段 长取值下 的变 化规 律及 年际变化特征 。结果 表明 ： 东江径流年 内分 配的集 中程度
表 １ 特征 时段 取值 下 的东江 径 流年 内分 配特征 指 标的 年 际变化 特征 值
Ｔ ｂｅ１ Ｃ ａ ｇ ａａ ｔ ｉ ｉ ｏ ｉ ｅ ｅ ｆ ｎ ｕ ｌｔ ａ ｆ ｗ ｄｓ ｉ ｔ ｎｗ ｔ ｉ ｅｅｔ ｅ ｇ ｓ ｆｈ ｍ ｔｒａｓ ｎｔｅ ｏ ｇｉ ｇＲ ｖ ｒ ａ ｌ ｈ ｎ ｅ ｈ ｒ ｃ ｒ ｔ ｆｎ ｘ ｓ ａｎ ａ ｓ ｅ ｍ ｏ ｉ ｒ ｕｉ ｉ ｄｆ ｒｎ ｌ ｔ ｔｅ ｉ ｅｉ ｅ ｌｏ ｎ ｉ ｎ ｉｅ ｃ ｅ ｓｃ ｄ ｏ ｒ ｌ ｔｂ ｏ ｈ ｎ ｈ ｏ ｔ ｎ ｖ ｈＤ ａ
０８ ・０
０６ Ｏ
在不同时段长取值下 的逐年变化规律基本相似 ， 但 集 中度 、不 均 匀 系数 和 极值 比 明显 减小 。２ 世 纪 ０ ５ 年代起 ， ０ 东江流域开始大量修筑水库 、 塘坝等蓄 水 工程 ，特别 是 新 丰江水 库 （ ９ １ ） 树 坝水库 １６ 年 枫 （ ９４年 ）的投入 运行 ，对 东江 干 流博罗 站径 流年 １７ 内分配 产 生显著 影 响 。有 研究 成 果显 示 １７ ９ ３年 为 东 江枯期径 流年序列的显著变异时间点 Ｈ。因 Ｊ
７ １２ ６ ７ 间，多年均值上升为 ３ ． 。拟合回 ． ～ ８． 之 ６ ６ ９５ ５ 归方程如下 Ｃ ＝一 ． ０ Ｉｆ１ ０ ３ ８ Ｒ ＝０ ６ ６ ０ ９ ５ ＋ ． ７ ， ． ９ ０ ｎ ９ ９
（８）
一
的线性 负相 关关 系如 图 ２ｂ。以上两 式也 可作 为东 （） 江 径流 年 内任意 时段 下 ，不 均匀 系数 和极 值 比的多
（＝ （十 ｆ ｆ √ ｆ （ ） ） ）
Ｔ＝ｌ
。
（） ２
Ｔ＝ｌ
（＝ （ ｃ ，Ｑ（＝ （）ｎ（ ｔ ∑Ｑ㈣ ｏ （ ｙ）∑Ｑｔ ｓＳｒ ） ｓ ） ｒ ，ｉ ） ｒ
（ ３）
式中 ， （ 为第 ｔ ａ ） ｃ ｔ 年的集中度 ； Ｄｔ为第 ｔ Ｃ（ ） 年
的集中期 ；Ｏ ｔ １ （ 为第 ｔ ， 年第 时段的平均流量 （３Ｊ； （ 、 （ 分别为Ｑ ｆ ） ｍ－） ｓ ｆ ｒ ） ） （ 分解在 和 Ｙ ，
生态环境学报 ２ １， ０ １： １．２ ０ １２ （） １９１３
Ｅｃ ｌ ｇ ｎ ｎ ｉｏ ｍ ｅ ｔ ｌ ｃｅ ｃ ｓ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｖｒ ｎ ｎ ａ ｉｎ ｅ Ｓ
ｈｔ： ｔ ／ ｐ／ ｗｗｗ ｅｓｉｏ ｊ ．ｅｃ． ｍ ｃ Ｅｍａ ：ｄｔｒ ｅｓｉｏ — ｉ ｅ ｉ ＠ｊｅｃｃ ｒ ｌ ｏ ．ｎ
两个 方 向上 的合矢 量（ ； （ 为合矢 量模 ｍ ・） ｓ ｆ ） （ ３Ｊ ；ｏｔ ２ ｒ ｍ为第 时段 的矢量角度。 ｍ．） （ ｓ ｎ／
１２ 不 均 匀性 ．
１ 径流年 内分配量化方法
１１ 集 中程 度 ．
通 常采用不均 匀系数反映径流年 内分配 的不 均 匀性 ， ７０ 。不 均匀 系数 是指 年 内各 时段平 ，１ － －， 均流量 的均方差与年平均流量 的比值 ，与统计特征 变差系数的内涵相当。
影 响 ，１７ ９ ３年之后的集 中度 、不均匀系数和极值 比均 明显减小 ，且 径流年内分配的集 中程度和不均匀性均要小于珠江流域 的另外 两大水 系西江和北 江。 关键词 ：径 流年 内分 配 ；集 中度 ；集 中期 ；不均匀系数 ；极值 比；时段长 ；东江
中图分 类号 ：Ｐ ３ ３３ 文献标志码 ：Ａ 文章编 号 ：１７ ．９ ６（ ０ １ １０ １．５ ６ ４５ ０ ２ １ ）０ ．１９０
及 时间 ， 本上 不会 受到时段长取值大小变化的影响 。 中度多年均值为 ０ ５ 集 中期多年均值 出现在 ７ 基 集 ．， ３ 月上旬 。 径流年 内 分 配不 均匀性和变化幅度 ， 随时段长取值缩短 而增大 ， 并与 时段长 的对数线性 负相关 。 不均匀系数多年均值 由基于月平均流 量分 配的 ０ ２ ． 上升到基 于 Ｉ 平均 流量 分配的 Ｏ ９极值 比多年均值 由基于月平均流量分配的 ８ ３ ６ ｄ ．， ８ ． 上升到基 于 Ｉ 平均流量 ６ ｄ 分配 的 ３ ．５ ９ 。径 流年 内分 配特征在不 同时段 长取值 下的逐 年变化规律基本相似 ，但 由于流域水资源开发等人类活动 的显著 ５
１ ５ １ ５ １ ６ １ ６ １ ７ １ ７ １ ８ １ ８ １ ９ １ ９ ２ ０ ２ ０ ９４ ９９ ９ ４ ９ ９ ９４ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ９ ４ ９ ９ ０ ４ ０９
ｔ ａ ／
ｔ ａ ，
（）不均 匀系 数 Ｃ ｃ
（）极 值 比 ｄ
图 ３ 特征 时段 长取 值下 的 东江径 流 年 内分 配 特征值 逐 年变 化过 程 Ｆｇ３ Ａ ｎ ａｐｏｅｓ ｆｎｅｅ ｆ ｎａ ｓｅｍｆ ｗｄｓ ｉｕｉ ｉ ｉｅｅｔｅｇｈ ｆ－ ｍｅｎｅ ａｓ ｎｔｅ ｏ ｇｉ ｇＲｖ ｒ ｉ． ｎ ｕｌ ｒｃｓ ｏ ｉｄｘｓ ａ ｕ ｌｔａ ｌ ｉｒ ｔ ｎｗｔ ｄｆ ｒｎ ｎ ｔｓ ｔｅｉ ｔｖ ｌｏ ｎ ｉ ｉｅ ｏｎ ｒ ｏ ｔｂ ｏ ｈ ｌ ｏ ｈ ｔ ｉ ｒ ｈＤ ｎ ａ
３ ５ ７ ９ １ １ １ １ １ ２１ ２ ２ ２ ２ ３１ １ ３ ５ ７ ９ ３ ５ ７ ９
ｌ｝ ｄ
ｆ／ ｄ
（ 集中度 和集中期 ｃ ａ ） ｎ
（）不 均匀 系数 Ｃ 和极值 比 ｂ ｕ
图 ２ 东江 径流 年 内分配 特征 指标 的 多年 均值 随时段 长 的变 化过 程