巴江流域徑流系數(shù)變化及影響因素分析

1、巴江流域徑流系數(shù)變化及影響因素分析摘要：本文以巴江流域?yàn)檠芯繉ο?，通過統(tǒng)計(jì)分析黃家莊水文站2000-2021年水文時(shí)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)果說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(dòng)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244257N、1031430E之間,舉世聞名的路南石林即分布于此。流域位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西南緣,滇東臺(tái)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

2、。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?yàn)橘|(zhì)純、層厚,為石林的發(fā)育奠定了良好的物質(zhì)根底。流域內(nèi)可溶巖面積大,約占整個(gè)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

3、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(gè)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、

4、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)那么，上游不時(shí)轉(zhuǎn)入地下成為地下河。中下游河谷形態(tài)為不規(guī)那么箱狀，發(fā)育二級階地，階地面上除有碎屑沉積物和鈣華層外，局部地段還有舊石器時(shí)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2000-2021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(gè)閉合區(qū)域,假設(shè)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

5、徑流深,mm; E為年實(shí)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?；诎徒饔?000-2021年降雨量和天然徑流系列資料, 計(jì)算出了2000年-2021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(jì)算了黃家莊站徑流系數(shù)序列的自相依性,結(jié)果說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(jì)算出黃家莊控制站徑流系數(shù)

6、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說明,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。，針對徑流系數(shù)序列的持續(xù)性特征,利用R/S分析法計(jì)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，說明徑流系數(shù)序列的過去和未來具有不同的變化趨

7、勢，圖中徑流系數(shù)序列有微弱的增加趨勢，說明徑流系數(shù)未來可能呈微弱減少趨勢變化年份200020012002200320042005200620072021平均降水量882.91079.31002.610181053.1898.1881.7933.2930.8964.4流域年均降水量比擬平穩(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(dòng)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)比照,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2021年的巴江流域黃家莊水文站的降水量統(tǒng)計(jì)

8、數(shù)據(jù)說明，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、干濕清楚;的特點(diǎn)。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。對降水量的影響上面已經(jīng)做了說明，在這主要說說蒸發(fā)量對徑流變化的影響。圖3從圖3可以看出，巴江流域的水面平均蒸發(fā)量呈增加趨勢，從而對徑流的年際變化有著一定的影響，水面蒸發(fā)量增加，會(huì)使徑流量減少。4.3 人類活動(dòng)影響流域年徑流的人類活動(dòng)主要包括2個(gè)方面:一是以水土保持為目的的退耕還林、荒山造林等土地利用活動(dòng)

9、,從而改變流域的土地覆被狀況;二是水庫溝渠等水利工程設(shè)施的修復(fù)和使用。二者均通過改變下墊面特征影響流域的水量平衡,從而影響徑流在時(shí)間和空間上的分配和變化【6】。近20年來，我國主要河流區(qū)間徑流量的變化存在減少趨勢，其變化的主要原因?yàn)闅夂蜃兓绊懞桶ㄈ祟惢顒?dòng)在內(nèi)的其他因素(簡稱人類活動(dòng)影響)的影響，但不同時(shí)段兩大影響因素所造成的影響程度存在較大差異；盡管氣候變化影響和人類活動(dòng)影響的絕對量存在一定差異如氣候變化影響量在80年代中后期為3.39億m3，而近5年那么是8.05億m3，而人類活動(dòng)影響量在80年代中后期為10.60億m3，近5年到達(dá)23億m3，但兩者所占的比例在80年代中后期與近5年的兩

10、個(gè)時(shí)段內(nèi)根本接近(近5年主要是由于2002年以來降水量增多，徑流量增大等原因所致)，即人類活動(dòng)影響量所占的比例較氣候變化影響量所占的比例要大，兩者影響幅度的比例根本上是3：1；【7】相對于其他兩個(gè)時(shí)段而言，90年代氣候變化對徑流的影響那么較為顯著，其與人類活動(dòng)對于徑流量的影響幅度分別為45%和55%。由此可知，人類活動(dòng)對徑流演變影響呈現(xiàn)出不確定性和復(fù)雜性及逐漸增大的趨勢。5結(jié)語對巴江流域1980-2021年的水文時(shí)間序列采用R/S的方法進(jìn)行徑流演變分析說明,該時(shí)段徑流量總體呈下降趨勢,且在以后的假設(shè)干年內(nèi)具有繼續(xù)下降的趨勢。在進(jìn)行徑流演變動(dòng)因的分析中,本文重點(diǎn)分析了影響徑流變化的自然因素，徑流的變化是自然和人為因素共同作用的結(jié)果，人類活動(dòng)對徑流演變影響呈現(xiàn)出不確定性和復(fù)雜性及逐漸增大的趨勢。黃家莊站是巴江具有代表性的水文站,通過對其水文時(shí)間序列數(shù)據(jù)的整理可知，徑流年內(nèi)分配不均,集中度較高;年際變化劇烈,豐水歷時(shí)和枯水歷時(shí)較平均，根本上是跟每年的旱季雨季分配同時(shí)期，年徑流量呈現(xiàn)顯著的下降趨勢。本文對黃家莊水文站的徑流系數(shù)變化及徑流規(guī)律研究,對巴江流域水土保持工程建設(shè)和水資源開發(fā)利用具有一定的參考意義，