近50年赣江水位特征变化规律及其周期性分析
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2材料与方法
选取赣江外洲水文站1965年~2015年的水位时 间序列数据（吴淞基面，m）作为研究对象，利用
Water Power Vol. 45 No. 4
Origin8.5对赣江水位序列的年尺度、月尺度和日尺 度这三种时间尺度的水位变化特征与规律进行统计 分析与作图$在此基础上，采用Morlet连续复小波 变化对赣江历年年均水位序列的进行周期分析， 并 利用surfer12. 0绘制出反映年均水位序列周期性变化 特征的小波系数时频图， 确定年均水位序列的变化 趋势和周期组成$
取值组成［1'2水位是水文时间序列的重要组成部 分, 它是反映水体最直观的因素, 其变化主要由于
水体水量的增减变化引起的$ —般通过描绘水位过 程线来研究水位随时间的变化规律，进而揭示断面 以上流域内自然地理因素对该流域水文过程的综合
影响，特别是气候因素对水文过程的影响(31: 一方 面，开展水位变化规律研究可直接为预防旱涝灾害、
Key Word t@wateIee eee; feuctuation chaIacteIistic;cyceeanaeysis;GanjiangRieeI
中图分类号：P332. 3 % 256)
文献标识码：A
文章编号：0559-9342 % 2019) 04-0017-05
水文时间序列是指各时刻或各时段水文值按日 历时间顺序排列而成的序列，可由离散的观测值或 统计值组成, 也可由连续的水文过程经离散化后的
赣江作为江西省最大河流、长江主要支流之一， 开展其水位变化特征与周期性规律研究，揭示赣江、 鄱阳湖和长江三者之间的“江河湖”关系具有指参考 性作用；同时，对维护鄱阳湖水环境和水生态安全、 减轻旱涝灾害威胁以及保障湖区人民生命财产安全 具有重要的意义$
1研究区概况
赣江位于长江中下游南岸，源于赣闽边界武夷 山西麓，自南向北纵贯江西省全省，被誉为南昌人 的“母亲河”。赣江有13条主要支流汇入，长766 km，自然落差937 m，多年平均流量2 130 m3/s$从 河源至赣州为上游，称贡水；在赣州市城西纳章水 后始称赣江$外洲水文站是赣江入鄱阳湖的重要控 制站点，位于南昌市桃花乡外洲村，1949年10月设 立，控制流域面积为80 948 km2，占鄱阳湖流域总 面积的49.9% $自外洲站设立以来，有连续的水文 观测资料， 该站水位和径流序列对鄱阳湖水位影响 较大；同时也受鄱阳湖水位顶托的影响［101$
表1为赣江外洲站1965年~2015年的多年月平
第 45 卷第 4 期
陈 峰,等:近50年赣江水位特征变化规律及其周期性分析
24 22 20 18 1 6 4 1 2 1 10
10
12
日 、W 职 劉 系
M
<
图1赣江年尺度水位变化特征
均水位数据$可以得出，赣江多年月均水位为17.92 m,以6月份最高（19.69 m）,以1月份最低（16.52 m）,因而其最高水位出现时间相比鄱阳湖而言提前 出现1〜2个月，而最低水位出现时间则与鄱阳湖几 乎重叠$ 1月〜〜月份和7月〜9月份共计5个月的 多年月均水位最大值发生在 1998 年, 占全年比例的 41. 67% ；有3个月（5月和10月〜11月）的最大值
从图2可以得知，赣江水位年内过程线均呈现 单峰型，逐月平均水位和逐月最高水位的单峰的形 状更加明显$在1965年~2015年期间，赣江逐月平 均水位变化范围为11 86 ~22. 64 m，逐月最高水位 变化范围为12. 37〜25. 60 m，逐月最低水位变化范 围为 11.50 〜22.15 m$ 逐 月 水 位 变 幅 变 化 范 围 为 0.13〜7. 29 m，呈现波峰的形状，波峰出现在6 月份$
1965年~2015年赣江年平均水位变化为14. 83〜 19.63 m，多年平均水位为17.92 m，其中以1998年 年平均水位最高， 2011 年年平均水位最低$ 1998 年 由于厄尔尼诺现象肆虐，全球气候普遍出现异常， 加之流域内不合理的人类活动（如采砂等），长江流 域（包括江西省）遭遇百年一遇的特大洪水，给人民 生命财产安全造成严重威胁（111，赣江是长江流域的 主要支流之一， 是江西省内最大河流， 因此不难理 解赣江1998年的年平均水位最高$ 2011年是鄱阳湖 流域的典型干旱年份，由于气候干旱导致的降水量 普遍减少，赣江流域也不例外，尽管赣江流入鄱阳 湖的水量与往年相比有所下降，但是赣江仍是补给 鄱阳湖水量的最大水系， 因此也可以理解赣江的年 最低水位发生在2011年（121 $ 3.1.2月尺度水位变化特征
wriation characteristics on annual, monthly and daily scales during 1965 - 2015 are analyzed respectively through statistical method analysis based on the data oS Waizhou Hydrolocical Station, and then the Morlet wavelet analysis method is
Water Power Vol. 45 No. 4
水资源
水力发电
2019年4月
保障人民生命财产安全提供判断依据；另一方面， 水文过程被认为是湿地生态系统形成与演化的重要 驱动因子，因而开展水位变化研究对揭示湿地生态 过程与生态格局形成具有重要意义（4-） $
传统意义上的水文时间序列分析方法一般是建 立在数理统计的随机水文学理论基础之上"然而， 由于现实自然界中的水文现象十分复杂，加之水文 系统的非线性、时刻变化、分布不确定性的特点， 传统的水文时间序列分析方法在实际应用中的局限 性较为明显，以滑动平均模型为例，参数估计的复 杂程度极大地限制了其精度的提高［，］$针对传统分 析方法存在的不足，许多学者将具有时-频多分辨功 能的小波分析技术引入到水文序列变化特性研究之 中，并取得了较好的应用效果，尤其是在分析水文 序列的变化趋势和周期等组成效果更加明显$米热 古力•艾尼瓦尔等应用小波分析技术对比研究了博 斯腾湖与伊塞克湖近50多年来水位变化特征，结果 显示博斯腾湖和伊塞克湖年水位总体呈显著的下降 趋势凶。游海林等利用小波技术研究了鄱阳湖近60 年水位时间序列的周期变化特征，结果表明鄱阳湖 水位序列显现出不同的周期交替现象（9］$前人的研 究对象大部分集中于湖泊的研究，对河道的研究相 对报道较少$
月份
均值
最大值 出现年份最小值出现年份
1
16. 52
19. 31
1998
12. 16
2015
2
16. 87
19.77
1998
11. 86
2015
3
17.84
21. 21
3结果分析与讨论
3. 1赣江多时间尺度水位变化特征 3.1.1年尺度水位变化特征
从图1可以得知，在1965年~2015年期间，赣 江年最高水位变化范围为18.45〜25.60 m，多年平 均值为22.69 m，其中以1982年年最高水位为最高， 2011年年最高水位最低$年最低水位变化范围为 11. 50〜17. 17 m，多年平均值为15.75 m，其中以 1975 年年最低水位为最高， 2015 年年最低水位为最 低$年内水位变幅为4. 69〜11. 25 m，年内水位变幅 均值为6.94 m，年内水位变幅以2010年为最高，以 1990 年的年内水位变幅为最低$ 年际水位变幅最大 值为 14.10 m， 为 1982 年的年最高水位和 2015 年年 最低水位之差$
月份
10
12
图2赣江月尺度水位变化特征
发生在1975年，占全年的比例的25.00% ； 3月、4 月、6月和12月份的最大值依次出现在1983年、 1981年、1977年和1982年$相比多年月均水位的
Watrr Powrr Vol. 45 No. 4
水资源
水力发电
2019年4月
表1赣江多年月平均水位数据（1953年~2012年）
""收稿日期： 2018-10-08 基金项目：国家自然科学基金% 41661018 )；江西省重点研发计
划(20181BBH80008 )和江西省科学院对外合作项目% 2018-YZD2-03 ) 联合资助
作者简介：陈峰% 1985-),男,江西上饶人,工程师,硕士， 研究方向为水文学及水资源；游海林%通讯作者).
第 45 卷第 4 期 2019 年 4 月
Baidu Nhomakorabea
水力发电
水资源
近50年赣江水位特征变化规律 及其周期性分析
陈峰1 ,游海林2
(1.江西省水利规划设计研究院，江西南昌330029 ； 2.江西省科学院鄱阳湖研究中心,江西 南昌330096)
摘要：以鄱阳湖最大补给河流赣江为研究对象，以其外洲站记录的水文资料为基础数据，利用多元统计方法分析 赣江1965年~2015年的多时间尺度水位变化特征，具体包括年尺度、月尺度和日尺度等3种水位变化特征，在此 基础上运用MoIet小波分析方法对赣江年平均水位进行周期性分析$结果表明，在1965年〜2015年期间,赣江年 最高水位变化为18.45 -25.60 m,年最低水位变化为11.50 -17. 17 m,年平均水位变化为14. 83 - 19. 63 m；赣江多 年月平均水位为17-92 m,以6月份最高，以1月份最低；赣江历年平均水位呈现下降趋势，且在1998年〜2011年 间下降速度尤其明显；赣江历年平均水位存在17 -22 a和8〜14 a这2类较为明显的周期变化规律$ 关键词：水位；变化特征；周期分析；赣江
I applied to explorethe coc c time oS annual mean wates level sequence oS Ganjiang Rives. The results show that: ( a) the
wriation range oS annual maximum wates level, annual minimum wates level and annual mean wates level are 18. 45 - 25. 60 m, 11.50- 17. 17 m and 14. 83 一 19. 63 m respectively; ( b) the mean monthly wates level is 17. 92 m, with the highest value in Juneand EheeowesEeaeuein Januaey; (c) Ehe annuaemean waeeeeeeeshowsadownwaed eend, especia eywih anoiceabee deceineeeeociydueing1998 -2011 ;and (d)Eheeeaee woobeiouscyceeeaeiaionsof17 -22 aand 8 -14 ain annuaemean wates level auctuations in Ganjiang Rives during 1965 -2015.
2. Poyang Lake Research Centre, Jiangxi Academy oS Sciences, Nanchang 330096, Jiangxi, China)
Abstract: Taking Ganjiang Rives, the laraest infow rives oS Poyang Lake, as study object, itr multi-time scale wates level
Water Level Fluctuation of Ganjiang River and Its Cycle Analysis during 1965 - 2015
CHEN Feng1, YOU Hailin2 (1. Jiangxi Provincial Design & Research Institute oS Wates Conservanca & Hydropowes, Nanchang 330029, Jiangxi, China;
选取赣江外洲水文站1965年~2015年的水位时 间序列数据（吴淞基面，m）作为研究对象，利用
Water Power Vol. 45 No. 4
Origin8.5对赣江水位序列的年尺度、月尺度和日尺 度这三种时间尺度的水位变化特征与规律进行统计 分析与作图$在此基础上，采用Morlet连续复小波 变化对赣江历年年均水位序列的进行周期分析， 并 利用surfer12. 0绘制出反映年均水位序列周期性变化 特征的小波系数时频图， 确定年均水位序列的变化 趋势和周期组成$
取值组成［1'2水位是水文时间序列的重要组成部 分, 它是反映水体最直观的因素, 其变化主要由于
水体水量的增减变化引起的$ —般通过描绘水位过 程线来研究水位随时间的变化规律，进而揭示断面 以上流域内自然地理因素对该流域水文过程的综合
影响，特别是气候因素对水文过程的影响(31: 一方 面，开展水位变化规律研究可直接为预防旱涝灾害、
Key Word t@wateIee eee; feuctuation chaIacteIistic;cyceeanaeysis;GanjiangRieeI
中图分类号：P332. 3 % 256)
文献标识码：A
文章编号：0559-9342 % 2019) 04-0017-05
水文时间序列是指各时刻或各时段水文值按日 历时间顺序排列而成的序列，可由离散的观测值或 统计值组成, 也可由连续的水文过程经离散化后的
赣江作为江西省最大河流、长江主要支流之一， 开展其水位变化特征与周期性规律研究，揭示赣江、 鄱阳湖和长江三者之间的“江河湖”关系具有指参考 性作用；同时，对维护鄱阳湖水环境和水生态安全、 减轻旱涝灾害威胁以及保障湖区人民生命财产安全 具有重要的意义$
1研究区概况
赣江位于长江中下游南岸，源于赣闽边界武夷 山西麓，自南向北纵贯江西省全省，被誉为南昌人 的“母亲河”。赣江有13条主要支流汇入，长766 km，自然落差937 m，多年平均流量2 130 m3/s$从 河源至赣州为上游，称贡水；在赣州市城西纳章水 后始称赣江$外洲水文站是赣江入鄱阳湖的重要控 制站点，位于南昌市桃花乡外洲村，1949年10月设 立，控制流域面积为80 948 km2，占鄱阳湖流域总 面积的49.9% $自外洲站设立以来，有连续的水文 观测资料， 该站水位和径流序列对鄱阳湖水位影响 较大；同时也受鄱阳湖水位顶托的影响［101$
表1为赣江外洲站1965年~2015年的多年月平
第 45 卷第 4 期
陈 峰,等:近50年赣江水位特征变化规律及其周期性分析
24 22 20 18 1 6 4 1 2 1 10
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12
日 、W 职 劉 系
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图1赣江年尺度水位变化特征
均水位数据$可以得出，赣江多年月均水位为17.92 m,以6月份最高（19.69 m）,以1月份最低（16.52 m）,因而其最高水位出现时间相比鄱阳湖而言提前 出现1〜2个月，而最低水位出现时间则与鄱阳湖几 乎重叠$ 1月〜〜月份和7月〜9月份共计5个月的 多年月均水位最大值发生在 1998 年, 占全年比例的 41. 67% ；有3个月（5月和10月〜11月）的最大值
从图2可以得知，赣江水位年内过程线均呈现 单峰型，逐月平均水位和逐月最高水位的单峰的形 状更加明显$在1965年~2015年期间，赣江逐月平 均水位变化范围为11 86 ~22. 64 m，逐月最高水位 变化范围为12. 37〜25. 60 m，逐月最低水位变化范 围为 11.50 〜22.15 m$ 逐 月 水 位 变 幅 变 化 范 围 为 0.13〜7. 29 m，呈现波峰的形状，波峰出现在6 月份$
1965年~2015年赣江年平均水位变化为14. 83〜 19.63 m，多年平均水位为17.92 m，其中以1998年 年平均水位最高， 2011 年年平均水位最低$ 1998 年 由于厄尔尼诺现象肆虐，全球气候普遍出现异常， 加之流域内不合理的人类活动（如采砂等），长江流 域（包括江西省）遭遇百年一遇的特大洪水，给人民 生命财产安全造成严重威胁（111，赣江是长江流域的 主要支流之一， 是江西省内最大河流， 因此不难理 解赣江1998年的年平均水位最高$ 2011年是鄱阳湖 流域的典型干旱年份，由于气候干旱导致的降水量 普遍减少，赣江流域也不例外，尽管赣江流入鄱阳 湖的水量与往年相比有所下降，但是赣江仍是补给 鄱阳湖水量的最大水系， 因此也可以理解赣江的年 最低水位发生在2011年（121 $ 3.1.2月尺度水位变化特征
wriation characteristics on annual, monthly and daily scales during 1965 - 2015 are analyzed respectively through statistical method analysis based on the data oS Waizhou Hydrolocical Station, and then the Morlet wavelet analysis method is
Water Power Vol. 45 No. 4
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2019年4月
保障人民生命财产安全提供判断依据；另一方面， 水文过程被认为是湿地生态系统形成与演化的重要 驱动因子，因而开展水位变化研究对揭示湿地生态 过程与生态格局形成具有重要意义（4-） $
传统意义上的水文时间序列分析方法一般是建 立在数理统计的随机水文学理论基础之上"然而， 由于现实自然界中的水文现象十分复杂，加之水文 系统的非线性、时刻变化、分布不确定性的特点， 传统的水文时间序列分析方法在实际应用中的局限 性较为明显，以滑动平均模型为例，参数估计的复 杂程度极大地限制了其精度的提高［，］$针对传统分 析方法存在的不足，许多学者将具有时-频多分辨功 能的小波分析技术引入到水文序列变化特性研究之 中，并取得了较好的应用效果，尤其是在分析水文 序列的变化趋势和周期等组成效果更加明显$米热 古力•艾尼瓦尔等应用小波分析技术对比研究了博 斯腾湖与伊塞克湖近50多年来水位变化特征，结果 显示博斯腾湖和伊塞克湖年水位总体呈显著的下降 趋势凶。游海林等利用小波技术研究了鄱阳湖近60 年水位时间序列的周期变化特征，结果表明鄱阳湖 水位序列显现出不同的周期交替现象（9］$前人的研 究对象大部分集中于湖泊的研究，对河道的研究相 对报道较少$
月份
均值
最大值 出现年份最小值出现年份
1
16. 52
19. 31
1998
12. 16
2015
2
16. 87
19.77
1998
11. 86
2015
3
17.84
21. 21
3结果分析与讨论
3. 1赣江多时间尺度水位变化特征 3.1.1年尺度水位变化特征
从图1可以得知，在1965年~2015年期间，赣 江年最高水位变化范围为18.45〜25.60 m，多年平 均值为22.69 m，其中以1982年年最高水位为最高， 2011年年最高水位最低$年最低水位变化范围为 11. 50〜17. 17 m，多年平均值为15.75 m，其中以 1975 年年最低水位为最高， 2015 年年最低水位为最 低$年内水位变幅为4. 69〜11. 25 m，年内水位变幅 均值为6.94 m，年内水位变幅以2010年为最高，以 1990 年的年内水位变幅为最低$ 年际水位变幅最大 值为 14.10 m， 为 1982 年的年最高水位和 2015 年年 最低水位之差$
月份
10
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图2赣江月尺度水位变化特征
发生在1975年，占全年的比例的25.00% ； 3月、4 月、6月和12月份的最大值依次出现在1983年、 1981年、1977年和1982年$相比多年月均水位的
Watrr Powrr Vol. 45 No. 4
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2019年4月
表1赣江多年月平均水位数据（1953年~2012年）
""收稿日期： 2018-10-08 基金项目：国家自然科学基金% 41661018 )；江西省重点研发计
划(20181BBH80008 )和江西省科学院对外合作项目% 2018-YZD2-03 ) 联合资助
作者简介：陈峰% 1985-),男,江西上饶人,工程师,硕士， 研究方向为水文学及水资源；游海林%通讯作者).
第 45 卷第 4 期 2019 年 4 月
Baidu Nhomakorabea
水力发电
水资源
近50年赣江水位特征变化规律 及其周期性分析
陈峰1 ,游海林2
(1.江西省水利规划设计研究院，江西南昌330029 ； 2.江西省科学院鄱阳湖研究中心,江西 南昌330096)
摘要：以鄱阳湖最大补给河流赣江为研究对象，以其外洲站记录的水文资料为基础数据，利用多元统计方法分析 赣江1965年~2015年的多时间尺度水位变化特征，具体包括年尺度、月尺度和日尺度等3种水位变化特征，在此 基础上运用MoIet小波分析方法对赣江年平均水位进行周期性分析$结果表明，在1965年〜2015年期间,赣江年 最高水位变化为18.45 -25.60 m,年最低水位变化为11.50 -17. 17 m,年平均水位变化为14. 83 - 19. 63 m；赣江多 年月平均水位为17-92 m,以6月份最高，以1月份最低；赣江历年平均水位呈现下降趋势，且在1998年〜2011年 间下降速度尤其明显；赣江历年平均水位存在17 -22 a和8〜14 a这2类较为明显的周期变化规律$ 关键词：水位；变化特征；周期分析；赣江
I applied to explorethe coc c time oS annual mean wates level sequence oS Ganjiang Rives. The results show that: ( a) the
wriation range oS annual maximum wates level, annual minimum wates level and annual mean wates level are 18. 45 - 25. 60 m, 11.50- 17. 17 m and 14. 83 一 19. 63 m respectively; ( b) the mean monthly wates level is 17. 92 m, with the highest value in Juneand EheeowesEeaeuein Januaey; (c) Ehe annuaemean waeeeeeeeshowsadownwaed eend, especia eywih anoiceabee deceineeeeociydueing1998 -2011 ;and (d)Eheeeaee woobeiouscyceeeaeiaionsof17 -22 aand 8 -14 ain annuaemean wates level auctuations in Ganjiang Rives during 1965 -2015.
2. Poyang Lake Research Centre, Jiangxi Academy oS Sciences, Nanchang 330096, Jiangxi, China)
Abstract: Taking Ganjiang Rives, the laraest infow rives oS Poyang Lake, as study object, itr multi-time scale wates level
Water Level Fluctuation of Ganjiang River and Its Cycle Analysis during 1965 - 2015
CHEN Feng1, YOU Hailin2 (1. Jiangxi Provincial Design & Research Institute oS Wates Conservanca & Hydropowes, Nanchang 330029, Jiangxi, China;