乌江流域水沙特性变化分析

乌江流域水沙特性变化分析熊亚兰1，张科利1* ,杨光檄2，顾再柯21.地表过程与资源生态国家重点实验室/北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京100875 ；2.贵州省水土保持监测站，贵州贵阳210093摘要：对乌江流域水沙特性变化进行分析，是解决长江上游泥沙问题、提高水资源利用率和防灾减灾的根本出发点，同时可 为喀斯特地区水土流失治理和生态恢复提供理论依据。文章通过对乌江流域主要水文站鸭池河站、乌江渡站和思南站的降雨 径流泥沙随时间的变化、降雨一一径流和径流一泥沙的相关性和双累积曲线进行分析，研究结果为：降雨量、径流模 数和输沙模数随时间的变化无明显趋势，历年输沙模数是鸭池河乌江渡思南。1980年以后由于实施了大量水土保持工程 使得输沙模数大量减少。在年均径流模数相同的情况下，1971-1979年这一时期的产沙量要高于1961-1970年。从1971 年开始输沙模数相对于径流而言出现趋势性增多，这主要是由人类活动造成。三个站点的双累积曲线变化趋势相似，说明人 类活动对河流泥沙的影响，既取决于人类活动的方式、程度，也受制于流域环境条件。关键词：喀斯特；输沙模数；径流模数中图分类号：S157文献标识码：A文章编号：乌江全长1050 km，流域总面积为87920 km2， 贯贵州西部、中部和东北部及四川东部1。对乌江 流域降雨一径流一泥沙进行研究有两层含义，首先， 乌江是长江上游右岸的最大支流，也是三峡水库最 主要的水源补给河流之一，乌江河口距三峡大坝仅 489 km。自然因素加上长时期人为的破坏，使得乌 江流域水土流失严重，河流挟带大量泥沙。泥沙问 题处理的好坏，已成为水利、电力、交通和航运工 程以及江河防洪成败的关键之一。随着国家西部 生态环境建设和长江中上游地区水土保持工程等 国家战略的实施，研究乌江流域水沙特性及其变化 对于治理长江上游水土流失、提高水资源利用效 率、防灾减灾和减少水库的入库泥沙具有指导意 思。其次，乌江流域喀斯特地貌分布广泛，各种碳 酸盐岩出露面积达64.81 % 3-7。由于喀斯特地区下 垫面的特殊性，对乌江流域的水沙特性及其变化进 行研究，可掌握喀斯特地区水沙分布规律，得出喀 斯特地区降雨一径流一一泥沙的相关性，为喀斯特地 区的水土流失治理和生态恢复提供理论依据。目前 对水沙规律的研究主要集中于黄河流域和长江干 流，对长江支流水沙规律研究较少8-14。已有研究 分析了乌江流域思南站控制面积内的产沙规律，分 别建立输沙量和降雨、径流的相关方程，但没有进 一步研究不同年代的水沙规律戚16】。本文通过对乌 江干流3个控制面积最大的站点鸭池河站（上游、 乌江渡站（中游）和思南站（下游）的降雨、径流1672-2175 （ 2008 ） 05-1942-06和泥沙实测资料的进行分析，研究结果可为乌江流 域水土流失的治理、生态恢复和防灾减灾等提供理 论依据。1资料来源和研究方法本研究主要分析乌江流域的降水量、径流模数 和输沙模数。选用乌江流域控制面积最大、水文资 料序列最长的三个站点鸭池河站（上游）、乌江渡 站（中游）和思南站（下游）19602000年的年均 降雨量、年均径流模数和输沙实测资料的进行分 析。19601979年的数据来源于长江流域水文资 料（1956 1979，19802000年数据来源于贵 州省水资源及其开发利用现状调查评价（附表第 册：。采用Mann-Kendall趋势检验法对各站降雨、 径流和泥沙的长期变化趋势进行了分析。基于秩的 Mann-Kendall趋势检验法常用来检测如水质、径 流、温度、降水等水文时间序列资料的明显趋势变 化，是一种非参数统计检验方法，该方法在很多文 献中都有介绍，在此就不再一一赘述17-20 。同时， 采用数理统计方法对降雨一径流一泥沙的相关性和 双累计曲线进行了分析。2结果和分析2.1降雨-径流-泥沙的时间序列分析图1为三个站点19611979年降雨量、径流 模数和输沙模数随时间的变化趋势图。1966年的降 雨量为历年降雨量的最低值，仅为700 mm左右， 同时该年径流模数和输沙模数均为历年的最低值，基金项目：国家自然科学基金项目（40671112）;贵州省水土保持检测站科研项目资助作者简介：熊亚兰（1979年生），女，讲师，博士研究生，研究方向为土壤与环境。E-mail: xiongyalan2002*通讯作者：张科利，教授，博士生导师，从事土壤侵蚀与水土保持研究。E-mail: keli收稿日期：2008-05-051 的 1 岷I 1 痴-W8 lilfl IfiW idi1* 1?6 ifeM1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980年份400 (Q c：1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980思南 一一鸭池河 一。一乌江波图1鸭池河站、乌江渡站和思南站的年降雨量、年径流模数和年输沙模数随时间的变化Fig. 1 Temporal variations in annual rainfall, runoff and sediment transport at Yachihe station, Wujiangdu station and Sinan station说明径流和输沙量在一定程度上受降雨量的影响。 1971年的降雨量为1100 mm左右，与历年降雨量 的相比略为偏高，径流模数与历年径流模数的相比 也略为偏高，但输沙模数却出现了大幅度。以l0年 计的短时间尺度而言，气候的变化是有限的，不可 能对流域的水沙关系产生重大影响，河流输沙量一 般随降水的多寡而增减，因此短时间尺度的河流水 沙关系的变化，多和人类活动造成的流域下垫面侵 蚀、产沙、输沙环境的变化有关。表1为各站点19601979年多年平均降雨量、 多年平均径流模数和多年平均输沙模数的统计特 征值。变异系数可以反映变量的变异程度，通常认 为CW0.1为弱变异；0.1vCv1为中等程度的变 异；Cv 1为强变异性。从各站的情况来看，降雨 量、径流模数和输沙模数具有中等程度的变异，输 沙模数的变异系数最大，径流模数和降雨量的变异 系数较为接近。另外，采用了 Mann-Kendall趋势检 验法来检验各站降雨、径流和泥沙的长期变化趋 势。如果-1.96MK1.96 （置信水平为0.05 ）表示 研究对象没有趋势，反之，表示研究对象存在长期 趋势。在该研究中，各水文站多年平均降雨量、多 年平均径流模数和多年平均输沙模数的MK检验值 均为-1.96MK Wujiangdu stationSinan station. Sediment transport load has decreased largely since 1980s because large numbers of soil and water conservation project has been built. Sediment transport load in 197 11979 is higher than it in 196 11970 in the same runoff. From the 1971 sediment transport load increased relative to runoff because of human activity. Sediment transport in river is affected by natural environment as well as human manner so that double-mass curves at different station are resemble.Key words: Karst; runoff; sediment transport