巴江流域徑流系數(shù)變化及影響因素分析
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摘要：本文以巴江流域為研究對象，通過統(tǒng)計分析黃家莊水文站2000-2008年水文時間序列資料，得出巴江流域徑流系數(shù)的變化特征，從而進(jìn)一步對影響巴江流域徑流變化的影響因素進(jìn)行分析，結(jié)果表明巴江流域徑流演變規(guī)律表現(xiàn)為明顯的階段性，隨著人類活動的日益加劇，其對徑流的影響也呈日益增大的趨勢。
論文關(guān)鍵詞：巴江流域,徑流系數(shù),影響因素
巴江流域位于滇東高原路南縣境內(nèi),面積(以路南縣城處為流域控制斷面)約357.8 km2,介于24°42′~57′N、103°14′~30′E之間,舉世聞名的路南石林即分布于此。
流域位于揚子準(zhǔn)地臺西南緣,滇東臺褶帶西南側(cè),夾持于九鄉(xiāng)—石埡口斷裂與師宗—彌勒斷裂之間。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以脆性變形為主,地層傾角和緩(在石林發(fā)育區(qū)一般小于10°),高角度的節(jié)理發(fā)育,為石林的發(fā)育和穩(wěn)定保存提供了有利的條件。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有前震旦系的牛首山組、震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、第三系和第四系,奧陶系和中生界缺失。其中泥盆系、石炭系和二疊系碳酸鹽巖分布廣,尤其是二疊系的茅口組和棲霞組灰?guī)r,因為質(zhì)純、層厚,為石林的發(fā)育奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。流域內(nèi)可溶巖面積大,約占整個流域面積的75%,因此,巴江流域?qū)嶋H上為一典型的喀斯特流域。
巴江流域內(nèi)湖泊眾多，地下水埋深較淺。由于受構(gòu)造和地形的影響，流域地勢東緩西陡，地表水系主要集中在西側(cè)。在巖性發(fā)生變化的地方，往往有地下河出口或伏流。伏流主要分布在流域西北部的大紫卜所和月湖西北側(cè)等地。在中部和東部的溶丘洼地發(fā)育區(qū)，沒有地表河，這主要是受喀斯特發(fā)育的影響，地表水轉(zhuǎn)人地下，以地下徑流的形式注人巴江。
整個流域內(nèi)缺乏原始森林,現(xiàn)代植物區(qū)系屬北極植物區(qū)、中國—喜馬拉雅森林植物亞區(qū)、滇中高原亞熱帶北部常綠闊葉林地帶,地帶性植被為滇中、滇東高原半濕潤常綠闊葉林、云南松林區(qū),常綠優(yōu)勢種為滇青岡林和元江栲類,但分布面積最大的是云南松林[1]。在特定母巖和氣候條件下,流域內(nèi)發(fā)育的土壤主要有紅壤、黃棕壤、紫色土、沖積土和水稻土等五大類,其中紅壤廣泛分布在第三紀(jì)的夷平面上。
巴江大致呈北東-南西向貫穿石林縣，流經(jīng)乃古石林、北大村、天生橋、路美邑、鹿阜鎮(zhèn)、板橋，在宜良縣祿豐村南匯入南盤江，并形成著名的瀑布——大疊水。巴江的源頭海拔近2000m。巴江水系形態(tài)不規(guī)則，上游不時轉(zhuǎn)入地下成為地下河。中下游河谷形態(tài)為不規(guī)則箱狀，發(fā)育二級階地，階地面上除有碎屑沉積物和鈣華層外，部分地段還有舊石器時代遺物。
2 數(shù)據(jù)來源
分析資料為巴江流域黃家莊水文站2000-2008年逐日天然徑流序列及逐日降雨序列。此外,還利用了流域內(nèi)逐日蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)。
3 徑流系數(shù)變化特征
基于水量平衡原理,在一個閉合區(qū)域,若不考慮相鄰區(qū)域的水量調(diào)入與調(diào)出,其年水量平衡公式為:
S=P-RN-E (1)
式中, S為年土壤含水量的變化量,mm; P為年降雨量,mm; RN為年天然徑流深,mm; E為年實際蒸散發(fā)量,mm。本文假定一周年土壤含水量變化量S=0,且徑流系數(shù)為[1]:
C=RN/P (2)
由此可見,徑流系數(shù)能客觀反映閉合流域降雨、徑流及蒸發(fā)量間的關(guān)系。
基于巴江流域2000-2008年降雨量和天然徑流系列資料, 計算出了2000年-2008年各年的徑流系數(shù)C分別為0.571、0545、0.57、0.27、0.465、0.478、0.421、0.584、0.612，采用自相關(guān)分析法計算了黃家莊站徑流系數(shù)序列的自相依性,結(jié)果表明具有微弱的線性相依性,即年徑流系數(shù)前后關(guān)系不緊密。
3.1趨勢分析
表1為黃家莊站徑流系數(shù)變化趨勢分析結(jié)果。由式(2)計算出黃家莊控制站徑流系數(shù)系列,如圖1所示。由表、圖(累積距平曲線)可看出:用累積距平曲線方法分析表明,黃家莊控制站徑流系數(shù)序列呈不顯著的增加趨勢。
表1巴江流域徑流系數(shù)趨勢變化分析結(jié)果
站名 集雨面積 徑流系數(shù)序列長度/a 變化趨勢
黃家莊站 1.39*107 9 不顯著增加
圖1 巴江流域徑流系數(shù)序列與累積距平曲線
3.2持續(xù)性特征
R/S法從定性的角度認(rèn)識序列過去與未來是否存在相同或相反的變化特征，著重揭示未來的變化特征。[2，3]，針對徑流系數(shù)序列的持續(xù)性特征,利用R/S分析法計算了徑流系數(shù)序列的Hurst指數(shù)(圖2)。由圖可知:黃家莊站徑流系數(shù)的Hurst指數(shù)為0.0032,小于0.5，表明徑流系數(shù)序列的過去和未來具有不同的變化趨勢，圖中徑流系數(shù)序列有微弱的增加趨勢，表明徑流系數(shù)未來可能呈微弱減少趨勢變化（由于2003年的徑流系數(shù)較之其它年份表現(xiàn)出太大的差異，所以對總的增加趨勢有一定的影響）。
圖2 巴江流域徑流系數(shù)R/S分析結(jié)果
4 徑流影響因素
4.1 降水因素
研究數(shù)據(jù)表明我國降水與徑流量在1976-2005年這30年相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.77，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過a=0.001的置信度。另外，春季降水量的多少也與汛期徑流量的豐枯存在較為明顯的關(guān)系，30年的相關(guān)系數(shù)為0.56。[4]
巴江流域夏秋半年為雨季（每年5-10月份）、冬春半年為旱季（11月-次年4月）。降水不均，雨季降水量占全年的降水量的80%-88%；旱季降水量僅為12%-20%。[5]
根據(jù)2001-2008年的巴江流域黃家莊水文站降水量資料統(tǒng)計（表2），流域多年平均降水量為964.4mm,最枯年份2006年為881.7mm，最豐年份2004年為1053.1mm，比最枯年份多大約200mm。
表2 巴江降水量年際分配統(tǒng)計 （mm）
年份
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
平均
降水量
882.9
1079.3
1002.6
1018
1053.1
898.1
881.7
933.2
930.8
964.4
流域年均降水量比較平穩(wěn),但各階段都有不同的變化趨勢；而同期流量變化呈明顯的下降趨勢,二者的變化趨勢明顯不一致,說明年均流量相對于年均降水量的波動而言,其響應(yīng)逐漸趨于不敏感,即降雨量的主導(dǎo)因素影響作用逐漸減弱。根據(jù)徑流數(shù)據(jù)和降雨數(shù)據(jù)對比,年徑流在年代間的變化幅度大于年降雨量的年代變化幅度。而2008年的巴江流域黃家莊水文站的降水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，流域年內(nèi)降水量最枯月份為3月,降水量為12.5mm；最豐月份為7月，降水量為213.9mm，大約為最枯月份的17倍。
4.2 蒸發(fā)因素
巴江流域氣候?qū)俚釚|高原亞熱帶季風(fēng)氣候，具有“冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑、四季如春、干濕分明”的特點。這樣的氣候條件也決定了降水量和蒸發(fā)量的變化，從而影響徑流的變化。
