莫明浩, 杨筱筱, 肖胜生, 涂安国

(1.江西省水土保持科学研究院, 南昌 330029;2.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室, 南昌 330029; 3.江西省水文局, 南昌 330002)

鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化特征及影响因素分析

莫明浩1,2, 杨筱筱3, 肖胜生1,2, 涂安国1,2

(1.江西省水土保持科学研究院, 南昌 330029;2.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室, 南昌 330029; 3.江西省水文局, 南昌 330002)

为探讨鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化特征，以便为流域水土保持生态建设和湖泊水资源的合理利用提供科学依据，根据鄱阳湖五河流域5个入湖水文控制站1959—2012年径流量和1980—2012年输沙量数据资料，采用过程线法、滑动平均值法、相关系数检验法和年不均匀系数法进行了分析。结果表明：五河入湖径流量整体无明显上升或下降趋势；五河年平均输沙量均有整体显著下降趋势；赣江流域的年均输沙量从80年代初开始有显著减少趋势，而其他的抚河、信江、饶河、修河四个流域的年平均输沙量均是从21世纪初有显著减少趋势；水利、水保及林业工程是鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化的主要影响因素。

径流; 泥沙; 变化; 影响因素; 鄱阳湖

鄱阳湖位于长江中下游南岸，为我国第一大淡水湖，是长江干流重要的调蓄性湖泊，在长江流域中发挥着巨大的调蓄洪水和保护生物多样性等特殊生态功能。鄱阳湖流域面积为16.22万km2，其中97%位于江西省境内，承纳赣江、抚河、信江、饶河、修河五大河流水系。灾害性洪水和泥沙淤积等径流泥沙问题是鄱阳湖始终面临的重大问题，对江西省及长江干流水情会产生重大影响[1-2]。近几十年来，五河流域入鄱阳湖的径流量和泥沙量发生了一定的变化，水库等水利工程与水土保持工程对其有着深刻的影响。对于鄱阳湖水沙变化，已开展过不少研究，重点主要集中在对入湖径流量变化趋势[3-6]或其某一子流域径流泥沙量变化[7-8]的分析，而对整个鄱阳湖流域入湖径流量和泥沙量的变化、五河流域水沙变化的差异以及影响入湖径流泥沙原因的系统研究较少。本文全面分析鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化特征及影响因素，以期掌握在水土保持工程和水利工程影响下流域径流泥沙的演变规律，不仅有利于流域水土保持生态建设，同时也有利于对湖泊水资源的合理利用。

1 数据来源和分析方法

1.1 数据来源

鄱阳湖流域径流泥沙等数据均来源于江西省水文部门，本文选取鄱阳湖五河流域入湖口水文站的长系列径流泥沙数据和降雨量数据，各水文站基本情况详见表1。

1.2 径流泥沙特征分析方法

本文分别从趋势、年内分配两方面研究五河流域入湖径流泥沙特征。

1.2.1 趋势分析方法 采用过程线法、滑动平均值法、相关系数检验法对五河入湖口水文站的年平均流量和年平均输沙量系列进行趋势分析。

(1) 过程线法。即将水文序列点绘在方格纸上，通过目估判断序列的趋势是否明显。该方法计算方便，判断直观，但只能判别较为明显的趋势。

(2) 滑动平均值法。由于水文序列的随机波动，直接从过程线中判断趋势往往比较困难。因此，可对序列x1,x2,…，xn的几个前期值和后期值取平均，消除波动的影响，使原序列光滑化，然后从新序列中通过目估判断序列是否有明显的趋势。

表1 鄱阳湖五河流域入湖口水文站一览表

(3) 相关系数检验法。如果序列中存在线性趋势，可采用线性相关方程进行描述，其数学模型为

Xt=a+bt+ηt(t=1,2,…n)

(1)

序列Xt与时间t的相关系数为

(2)

1.2.2 年内分配变化分析方法 由于气候的季节性波动，气象要素如降水和气温等都有明显的季节性变化，从而在相当大程度上决定了水文要素年内分配的不均匀性。本文采用年不均匀系数来反映水文要素的年内分配情况。

(3)

式中：Ri为各月的水文要素值。从公式(3)中可以看出，Ci值越大，年内各月水文要素相差悬殊，年内分配越不均匀。

2 径流量特征分析

2.1 径流极值分析

从表2可以看出，5个控制站多年平均径流量由大到小依次为外洲(赣江)、梅港(信江)、李家渡(抚河)、渡峰坑(饶河昌江)、万家埠(修河)。各站径流量年际变化较大，极值比为4～6，其中李家渡站变化较大，为6.19，万家埠站变化较小，为4.06。各站径流量最大值出现在1973年和1998年，这两年均为全球涝年[9]；最小值除万家埠站出现在1968年外，其余各站均出现在1963年。近50 a来，1963年为鄱阳湖特旱年、1963年2月6日湖口站当日平均水位为5.90 m(吴淞基面)，为历年最低水位[10]。

表2 鄱阳湖流域五河年径流量极值统计

2.2 径流趋势分析

根据五河入湖口水文站1959—2012年径流资料，利用过程线法、滑动平均值法、相关系数法对其系列进行统计分析，研究鄱阳湖五河流域径流年际变化趋势。

图1 五河年平均流量过程线及滑动平均值过程线

2.3 径流年内分配特征分析

根据鄱阳湖流域五河入湖口各水文站1959—2012年径流系列，采用多年平均月流量过程线和年内分配不均匀系数进行年内分配情况及趋势变化分析。

从 图2 和表3中可以看出，五河流域多年平均月流量过程线呈现出单峰型，年径流量主要集中在4—9月份，约占全年径流量的75%左右，特别是在主汛期4—6月份，其径流量占全年径流量约50%，与文献[4]得出的结果一致。

图2 五河流域多年平均月流量年内分配

由五河入湖口水文站的径流年不均匀系数过程线图(图3)可以看出各水文站径流序列的年不均匀系数波动较大，但这种波动趋势自80年代末期有所减小，且年不均匀系数序列都有减小的趋势。其中，赣江流域、修河流域及信江流域减小的趋势比较显著；抚河流域和饶河流域年不均匀系数减小的趋势较小。这说明鄱阳湖流域自80年代末期开始径流年内分配越来越均匀，且相对稳定。

3 输沙量特征分析

3.1 输沙量极值分析

对五河年输沙量年际变化(年均输沙量和极值)进行统计分析见表4。鄱阳湖五河中赣江年输沙量最大，修河输沙量最小。20世纪80年代以来，各站平均输沙量年际变化较大，其中饶河昌江渡峰坑站年际变化最大，极值比达到41.55，万家埠站年输沙量极值比最小。极值出现年份与鄱阳湖流域径流量的年际变化和不同年代的变化基本一致，可见径流量对泥沙量的变化具有重要影响。

表3 五河流域多年平均流量年内分配比例 %

表4 鄱阳湖流域五河年输沙量极值统计

3.2 输沙量趋势分析

根据五河入湖口水文站1980—2012年输沙量资料，利用过程线法、滑动平均值法、相关系数检验法对其系列进行统计分析，研究鄱阳湖流域输沙量年际变化趋势。

3.3 输沙量年内分配特征分析

根据鄱阳湖流域五河入湖口各水文站1980—2012年输沙量系列进行年内分析，采用多年平均月输沙量过程线和年内分配不均匀系数进行年内分配情况及趋势变化分析。

从表5中可以看出，五河流域多年平均月输沙量呈现双峰型，主要集中在4—9月，占全年输沙量的90%左右；特别是主汛期4—6月份的输沙量占全年输沙量的60%左右，这与径流年内分配情况一致。由五河入湖口水文站的年平均输沙量年内分配不均匀系数过程线图(图5)可以看出各水文站的年平均输沙量年内分配不均匀系数都有一定的波动性，从80年代初至90年代初期，5个水文站点年平均输沙量的年内分配不均匀系数有减小趋势，这说明其输沙量的年内分配越来越趋于均匀；从20世纪90年代初至21世纪初期，年内分配不均匀系数波动较小，说明其输沙量年内分配相对比较稳定；从2005年至现在，除了赣江流域外洲水文站年均输沙量的年内分配不均匀系数变小以外，其他4个站点都有上升的趋势。

4 径流泥沙变化的影响因素分析

影响流域径流和泥沙的因素主要是自然和人为两个方面。自然因素包括地质地貌、土壤、植被以及气候等；人为因素主要包括水利工程蓄水拦沙，水土保持，工程建设增沙及河道采沙等。在这些影响因素中，地质地貌、土壤和植被因子相对稳定，对近几十年来产流产沙量的变化影响较小；气候(主要是降水)和人类活动通常具有不同时间尺度的周期性，对流域侵蚀产沙有重要影响[11]，是径流泥沙变化的重要影响因素。

通过计算分析并绘制年降水量过程线图(图6)，经分析可知，五河流域1956—2012年降水量没有显著变化趋势，由此可知人类活动是影响鄱阳湖流域径流泥沙变化的主要驱动因素。

从以上分析可知，近50a来，五河入湖径流量整体无明显上升或下降趋势，径流年内分配自80年代末开始越来越趋于均匀。五河平均输沙量均有整体显著下降趋势，输沙量年内分配从80年代至90年代末趋于均匀，但之后又变得不均匀。五河输沙量整体变化趋势与文献[7]分析的赣江入湖泥沙量的变化趋势一致；同时，鄱阳湖入湖泥沙量的变化与文献[2]分析得出的洞庭湖泥沙量的变化趋势一致，均呈现减少趋势。鄱阳湖五河流域年径流量和年输沙量的变化可以从以下几方面来分析。

图3 五河径流量年不均匀系数过程线

图4 五河年平均输沙量过程线及滑动平均值过程线

20世纪80年代前几年，大规模的森林砍伐造成植被破坏，森林覆盖率急剧降低，如1983年江西省森林覆盖率仅为33%。从80年代初江西实施了“山江湖”工程、退耕还林工程、长防林工程、中德造林工程等一系列工程以及各种人造林工程，90年代年均人工造林面积26.3万hm2，森林覆盖率提高到60%，列全国第二位。森林覆盖率的提高，起到了很好的涵养水源的作用。从80年代初开始，国家在江西省也陆续开展了“国家水土流失重点治理工程”和“国家农业综合开发水土保持项目”等“小流域综合治理”的水土保持工程，将各种水土保持措施结合起来，治管并重，形成了一个综合的防护体系，并取得了良好生态、社会和经济效益。这些水土保持措施通过不同的方式对流域的产流产沙过程进行干扰，使得流域内需水量增加，地表径流减少，输沙量也随之减少。

水利设施的加固和修建，尤其是水库的建设，也是入湖径流泥沙变化的影响因素之一。根据江西省第一次水利普查结果，江西省已建水库10 785座，总库容302.82亿m3；在建水库34座，总库容17.99亿m3。1985年前，鄱阳湖流域修建大中型水库共148座，总库容为84.23亿m3；其中赣江流域86座，总库容为52.41亿m3；抚河流域17座，总库容为16.30亿m3；信江流域30座，总库容为10.16亿m3；饶河流域10座，总库容为3.49亿m3；修河流域5座，总库容为l.87亿m3。1986—2005年，鄱阳湖流域又修建水库31座，总库容为33.63亿m3[12]。水库的修建，对入湖的径流泥沙均具有调节作用。

造林工程和水保工程，使得坡面产沙量大为减少，加上水利工程的拦截作用，导致输沙量呈下降趋势。经过水利水保工程措施、生物林草措施及耕作措施等调节，尤其是水库的调节作用，使得径流的分配越来越均匀。

而随着社会经济的发展，特别是进入21世纪后，生产建设活动加剧，大规模的开发建设项目造成大量水土流失，已成为新时期水土保持面临的主要问题，这也使得这一时期河流输沙量分配不均匀。鄱阳湖五河流域与洞庭湖四水流域径流泥沙变化的影响因素类似，文献[2]指出“四水流域连年兴建的水利工程和水土保持措施，已逐步在发挥着较大的生态效益”，这与文本分析所得的观点一致。

图5 五河输沙量年不均匀系数过程线

图6 五河流域年降水量过程线

5 结 论

(1) 近50多年来，鄱阳湖流域“五河”入湖径流量整体无明显上升或下降趋势。

(2) 近30多年来，“五河”年平均输沙量均有整体显著下降趋势；赣江流域的年均输沙量从80年代初开始有显著减少趋势，而其他的抚河、信江、饶河、修河四个流域的年平均输沙量均是从21世纪初有显著减少趋势。

(3) 降水量对鄱阳湖“五河”流域径流泥沙变化无显著影响，人类活动是主要驱动因素，水利、水保及林业工程是径流泥沙变化的主要影响因素。

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AnalysisonRunoffandSedimentChangeCharacteristicsandInfluenceFactorsofPoyangLakeFiveRiversBasin

MO Minghao1,2, YANG Xiaoxiao3, XIAO Shengsheng1,2, TU Anguo1,2

(1.JiangxiInstituteofSoilandWaterConservation,Nanchang330029,China; 2.JiangxiProvincialKeyLaboratoryofSoilErosionandPrevention,Nanchang330029,China; 3.HydrologicalBureauofJiangxi,Nanchang330002,China)

To explore characteristics of runoff and sediment into Poyang Lake from five rivers basin, to provide a scientific basis for basin soil and water conservation ecological construction and rational utilization of lake water resources, according to runoff data of five water control stations from 1959 to 2012 and sediment data from 1980 to 2012, the process line method, the sliding average value method, correlation coefficient test and in non-uniform coefficient method are used to analyze these data. The results show that the runoff into the lake has no obvious rising or falling trend as a whole. Average sediment presents the significant decreasing trend. The annual average sediment of Ganjiang River basin has an obvious decreasing trend from the beginning of 1980s, while these of Fuhe River, Xinjiang River, Raohe River and Xiuhe River presented the reduction trend in the ealy 21st century. Water conservancy projects, soil and water conservation projects and forestry project are the main influence factors on the changes of runoff and sediment in Poyang Lake.

runoff; sediment; change; influence factor; Poyang Lake

2016-08-24

：2016-09-12

国家自然科学基金项目(41501300);江西省水利科技项目(KT201418,KT201420,KT201521);江西省自然科学基金(20161BAB216148);水利部公益性项目(201401051)

莫明浩(1981—),男,江西抚州人,高级工程师,博士,主要从事水土保持和流域生态环境研究。E-mail:mominghao@126.com

P333.4

：A

：1005-3409(2017)05-0197-07