1、第 卷 第 期 年 月中 国 水 土 保 持 科 学 金沙江支流关河流域水文情势评价张力文，王秀茹，宋理桥，李 锐，戍国标，白雪昕（北京林业大学水土保持学院，北京；云南省水利水电勘测设计研究院，昆明；海南大学林学院，海口）摘要：水文情势变化是影响河流生态系统、功能的主要驱动力。为研究人类活动影响前后关河流域水文情势变化，在研究豆沙关水文站相关数据的过程中，以 年间的数据为参考资料，结合 法分析水文数据的演变趋势，水文指标变化范围法分析年径流输沙年际、年内变化趋势及其水沙单项水文指标改变度；在分析该地气候变化情况时，运用双累积曲线法，同时，为了更好地分析影响径流水沙的变化的因素，特别是对人类活动
2、因素进行分析，引入累积量斜率变化率法。结果显示：）年，豆沙关水文站多年平均流量和年降水总量呈下降趋势，趋势不显著；年平均输沙率呈下降趋势，趋势显著；）在人类活动的干扰下，该流域的流量发生了一定改变，体现为月均流量值变化明显，与之前相比，变化幅度已经突破；月均含沙量值水文改变度达到.，呈中度改变；）人类活动、年降水量、年潜在蒸发量分别对年输沙量的贡献率分别为.、.和.，年总减沙量为 .万，平均每年为.万，分析造成输沙变化的因素可知，虽然许多因素都具有一定影响作用，但人类活动是最为核心且影响最大的因素。关键词：水沙情势；趋势分析；法；累积斜率变化率法；金沙江支流中图分类号：文献标志码：文章编号：（
3、）：收稿日期：修回日期：项目名称：水利部公益性行业科研专项“东北灌区节水灌溉生态效益评估”（）第一作者简介：张力文（），女，硕士研究生。主要研究方向：水土保持工程。：通信作者简介：王秀茹（），女，博士生导师。主要研究方向：水土保持工程。：，（，；，；，）：，（）第 期张力文等：金沙江支流关河流域水文情势评价），；，），；.，），.，.，.，.，.，：；金沙江是长江上游的主要产沙区，研究金沙江水沙变化情况，对该区域环境保护有着良好贡献，其不仅可以推动涵养水土，同时，还有助于水资源的优化配置，提高资源利用效率，进一步优化长江水沙关系。根据已有学者 的研究基础可知，金沙江流域自然环境复杂，水沙关系相
4、对严峻，特别是金沙江下游，存在严重的水沙不平衡现象。到了 世纪，由于金沙江上兴建了许多大型水库，导致截流河沙，金沙江下游的输沙量进一步降低，其输沙量的贡献值已经下跌。年溪洛渡、向家坝水库的年平均联合拦沙量为 万 ，占来沙量的以上，水库拦沙是金沙江下游水沙变化的主导因素。现阶段在针对金沙江流域水沙关系进行分析的文献中，绝大部分文献是针对梯级水库开展研究，重点研究水库对于金沙江流域水沙变化的影响，且大多按年度进行分析，可能会掩盖水沙在季节或月尺度上的明显变化。在分析水沙的关系变化情况时，需要对多个时间节点进行重视，在分析其成因的基础上，研究河流径流管理的措施，有效防治土壤侵蚀。针对金沙江流域的水文
5、现状，笔者在研究其支流关河的水文数据时，主要以 年为年度区间，并对其径流数据进行提取。在此过程中，选择以 年作为时间的分支节点，再引用 分析方法的同时，通过对年月径流序列进行测算，就得出其变化趋势和变化程度。为了更好地体现水文指标的变化状态，笔者还引用水文指标变化范围法（，）。对该地水文状况的变化情况进行衡量，并依据变化幅度作出分析和评价，同时，也采用双累积曲线法进一步记录和分析人类活动干扰下对气候和水文的影响，同时也分析出该地区的径流水沙变化状况，以期对关河流域水文情势进行评价，进一步完善该地区的水文研究，为水沙调度提供参考。研究区概况关河横跨川、滇、黔 省，为金沙江的一级支流，全长 ，流域
6、面积达.万，年径流总量约.亿，多年平均流量约 。盐津县气候复杂，主要是由于该地区属于中亚热带，同时又存在季风气候，总体而言，夏季相对炎热，而冬季气候温和，降水充足，旱涝分明。干季为 翌年 月，雨季为 月，多年平均降水量 ，月降水量占全年降水量的 以上。县境地势崎岖，多高山，海拔起伏大，相对高差达 ，平均海拔 ，坡度 ，该地区坡度较大，且坡地面积广，据统计，在县域面积中，坡地占比已经高达.。正是受崎岖地形的影响，该地区气候相对复杂，水土流失严峻。年以来，盐津县更加重视水土治理，以涵养水源为目标，对该地区的水域自然条件进行综合治理，同时，也致力于对高坡度进行削低，适当调节中国水土保持科学 年耕种强
7、度，加强采矿区安全隐患治理，提高山洪的防控能力等。该地区还新建了拦沙坝，在一定程度上防治了山洪，同时也将水土流失状态进一步降低，有效改善了当地水土流失情况。关河水电开发于 年，盐津段于 年起新修撒鱼沱、万年桥和燕子坡 个水电站，关河流域水保措施及梯级水库修建情况如表 所示，豆沙关水文站位置如图 所示，属于长江上游金沙江下段水系一级支流横江中段控制站，控制面积 ，该站数据能够描述研究区域的水沙变化。在研究过程中，以豆沙关水文站所观测的数据作为案例研究对象，以 年以来金沙江的小流域水文数据和进行水土治理后的水土流失状况的变化情况作为研究内容，结合在当地修建大型水库等各类人类活动发生之后的水文数据进
8、行分析，得出变化趋势。划分 年（以下简称 期）和（以下简称 期）分别为基准期和变化期。表 关河流域水保措施及梯级水库修建统计表 年份 工程名字 建设规模 小流域综合治理 撒鱼沱水电站 总装机容量 万 造林 ，退耕还林造林 。全年完成零星（四旁）植树 万株。年末封山育林面积为 ，其中 年新增封山育林面积 。，（），森林盐津 造林.万，国土整治.，新增耕地.；治理石漠化面积.，.，.，.万年桥水电站 调节库容 万。电站装机容量 燕子坡水电站 总库容 万，日调节库容 万，发电引用流量.，电站装机.。.，.，.治理水土流失面积 ，石漠化综合治理.。.注：“”为资料不全或暂无。：“”研究方法.趋势检验法
9、（下简为）是一种统计方法，这种统计方法一般被称为非参数统计法。其能够区分某种变化是有一定的变化规律还是自然波动。参数统计方法的优势在于，在采集样本的过程中，不需要对其分布特点进行差异化分析处理，也不需要考虑其他异常值，因此，这种方法被世界气象组织所推荐，且各国在水文气象监测中常会优先运用此方法。检验法根据其统计量 的大小和正负表征系列的时间趋势，当 时表示上升趋势；当 时表示下降趋势.法一般而言，水文变异指标法能够更好地去衡量多类水文指标的变化情况，有助于全面、客观的了解该流域的径流情况。该指标需要对多个水文指标进行统计分析，包括月径流量、峰值、峰值时间，此外，还需要对最高值和最低值之间的流量
10、频率和时间节点进行计算，最终得出其径流变化趋势。在衡量气候变化和人类活动对水文数据的影响时，主要 第 期张力文等：金沙江支流关河流域水文情势评价图 豆沙关水文站位置示意图 运用 变 化 范 围 法（，），该法在（）法的基础上，利用建立的生态水文指标来评价受影响的河流水文情势。为了更好的体现单个指标的变化情况，特将变化幅度做以下规定：（）为低度改变，（）为中度改变，（）为高度改变。（）为单个指标的变化度。.双累积曲线法双累积曲线主要运用于关系分析，即对 个参数关系的变化开展分析，作为一种普遍的检验方法，其多用运用于直角坐标系中，需要对一个变量的累计值进行记录，同时对于另一变量的连续累积值进行分析
11、，描绘出二者之间的关系。这一方法多用于水文、气象等数据检验和测算，也可用于对相关数据查缺补漏。在本研究中，轴为累计年径流量，而 组则为累积年输沙量，通过对二者关系的进行呈现，进一步完善曲线图。.累积量斜率变化率比较法累积量斜率变化率作为一种比较方法，其基本原理是以年份作为自变量，有对应的因变量，因变量多为降水量和径流量。总体而言，年份是相对不变的，而因变量会在测算过程中发生变化。因此，需要对相关数据年度波动的影响进行消除或者降低。通过这样的测算方法，累计量和年份之间的关系会更加密切，也有利于对降水量变化和径流量变化二者之间的关系进行综合分析。假设在突变年份前、后 个时期内的累积年径流量与年份之
12、间的线性拟合趋势线的斜率分别为 和，则累积径流量斜率变化率 （）；同理可得累积降水量斜率变化率，累积蒸发量斜率变化率，累积输沙斜率变化率；年降水量、年潜在蒸发量以及人类活动对年径流量、年输沙量变化的贡献率均采用文献 公式计算：；（）；（）。（）式中：为年降水量对年径流量或年输沙量变化的贡献率，；为年潜在蒸发量对年径流量或年输沙量变化的贡献率，；为人类活动对年径流量或年输沙量变化的贡献率，。结果与分析图 关河流域年均流量及趋势线 .水沙变化趋势.年际变化基本特征 分析该河流流域的径流量和输沙率可知，年均径流量和年均输沙率的具体数据，可以由线性趋势检验计算得出，具体见图 和。在研究区间内除、和 年
13、（和 年为特大洪水年，和 年为枯水年）年均流量出现较大波动外，年关河年平均径流量为.，年平 均 输 沙 率 为.。年 降 水 总 量 为.，年平均最小流量为.，年平均中国水土保持科学 年最大流量为.，年平均径流量和年输沙量均呈现逐步下降的趋势。图 关河流域年均输沙率统计图 .年尺度变化趋势 对豆沙关水文站 年均流量、年降水总量、年均输沙率序列进行 趋势检验分析（表），多年平均流量的统计值为负值，表示呈下降趋势，.，即未通过 的显著性水平检验，下降幅度相对较小，此外，该地区年降水量虽然有所下滑，但下滑状态不明显，该地区下滑趋势明显的是年平均输沙率，.。表 豆沙关水文站多年年平均数据 趋势检验统计
14、表 项目 年均流量 .年降水总量 .年平均输沙率 .对豆沙关水文站 和 时段年均径流量、年均含沙量序列进行趋势分析（表），时段年均径流量、年均含沙量均呈下降趋势，均.，下降趋表 豆沙关水文站 阶段和 阶段年均数据 趋势检验统计表 项目（）（）年径流量 .年含沙量.势不显著。时段年均径流量 ，呈上升趋势，但未通过显著性水平检验，上升趋势不显著；上述时段年均含沙量呈显著下降趋势。.月尺度变化趋势 采用 检验对豆沙关水文站 个阶段内的基本数据进行分析，第 阶段是，第 阶段是，最终分析得出结果（表）。该河流的年均径流量和年均含沙量也在分析中得出，并以月尺度数据作为参考值，具体结果见图 和图。表 豆沙关
15、水文站多年月均流量 趋势检验统计 月份（）（）.图 和 阶段多年径流月均值变化 在选取的 年间，该河流的月径流量在非汛期有所提升，但趋势不明显，而在 月，第 期张力文等：金沙江支流关河流域水文情势评价图 和 阶段多年含沙量月均值变化 径流量大幅度下跌，下跌趋势相对明显，尤其是 月。时段仅 月径流量呈上升趋势且趋势不明显。时段 月和 月呈上升趋势，月上升趋势显著。和 阶段水沙变化在汛期较为明显（图 和）：月月均流量和含沙量均减少；含沙量由 月最高的.减少至.；该地区 月处于非汛期，此阶段径流量相对有所提 升，其原因可是主要是由于此时该地区水电站正处于蓄水期间。.水文指标改变程度如表 所示，如果将
16、 作为基准值去衡量自然态水位序列可知，如果 阶段的数值保持相对稳定，在此基础上对参数的平均值进行调整，保证其变化幅度在 之间，则可以推算出该地区生态水文状况的最高值和最低值，进一步分析得出在阶段该地区各项水文数据，同时也可以得出在 阶段，该地区各项水文数据的变化幅度，从而更好地对该地区水沙变化关系进行综合评价。豆沙关水文站的月均流量值水文改变度达到，呈中度改变；在 时段，年均最大流量有所提升，且提升趋势较为明显，但在 时段，最大流量则进一步下跌，变化程度都是低度。对豆沙关水文站的数据进行分析可知，该地区的月均含沙值改变幅度较大，已经高达.，呈中等变化趋势。在 月，该地区的月均径 流 量 变 化 情 况 处 于 中 等 状 态，变 化 值 为.，但是在 月，该地区的径流量发生了较大变化，变化幅度为高度，已高达.，这与 月尺度趋势分析结果相符合。在 和 阶段，河流 表 阶段和 阶段 统计 指标 月份径流量均值 径流量 阈值 下限上限（改变度）含沙量均值 含沙量 阈值 下限上限（改变度）月均量（径流量或含沙量）（）（）.年均水 文 极 值 变 化 最小流量 .最大流量 .注：“”暂无资料进行