江西省水資源特征變化分析

劉聚濤 ，李榮日方

（1.江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029；2.水利部鄱陽湖水資源水生態(tài)環(huán)境研究中心，江西 南昌 330029）

0 引言

江西省位于長江中下游南岸，東鄰浙江、福建，南連廣東，西毗湖南，北接湖北、安徽，地跨東徑113°34′～118°29′，北緯 24°29′～30°05′，國土面積 16.69 萬 km2。屬典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，多年平均降水量約1600 mm，多年平均水資源總量1565億m3，居全國第七位，人均水資源量3093.20億m3。鄱陽湖流域面積16.22萬km2，約占長江流域面積的9%，占江西省水系總面積的94%。鄱陽湖水資源豐富，經(jīng)湖口站出湖入江的多年平均水量1460億m3，占長江年徑流量的15.5%，每年流入長江的水量超過黃、淮、海三河水量的總和（1431億m3），是長江水量的調(diào)節(jié)器[1]。江西五河年平均入湖水量約1265億m3，占入江水量的86.8%[2]。江西總體水質(zhì)良好，主要河流及鄱陽湖監(jiān)測斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為87%，鄱陽湖是我國五大淡水湖中唯一沒有富營養(yǎng)化的湖泊。

水資源是人類生產(chǎn)、生活的基礎(chǔ)性自然資源，是戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源和區(qū)域綜合實力的重要組成部分，也是生態(tài)環(huán)境的控制性因素之一[3]。水資源特征直接影響著流域水資源的開發(fā)利用，也影響著流域社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。本研究通過對江西省水資源狀況分析，采用一次線性回歸和Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對水資源變化趨勢及其顯著性進(jìn)行檢驗，有利于認(rèn)清江西省水資源變化趨勢，對江西省水資源保護(hù)和促進(jìn)流域資源社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)1999～2009年江西省水資源公報，本文分別統(tǒng)計江西省降雨量、水資源量、污水排放量、水質(zhì)和湖泊富營養(yǎng)化指數(shù)，結(jié)合2000～2010年江西省統(tǒng)計年鑒，統(tǒng)計農(nóng)用化肥使用量和農(nóng)藥使用量。

1.2 方法

（1）變化趨勢與傾向率[4-5]。通過采用變化趨勢與傾向率的方法對水資源狀況進(jìn)行趨勢和變化率進(jìn)行分析。趨勢變化用一次線性回歸方程表示：

式中，t為年份；a1為線性傾向率。

（2）Spearman秩相關(guān)系數(shù)[6-7]。秩相關(guān)系數(shù)是描述兩要素之間相關(guān)程度的一種統(tǒng)計指標(biāo)，通過計算并與臨界值比較，檢驗統(tǒng)計量變化趨勢的顯著性，采用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計分析。將秩相關(guān)系數(shù)rs的絕對值同Spearman秩相關(guān)系數(shù)的臨界值c進(jìn)行比較。如果rs是負(fù)值，則表明統(tǒng)計量指標(biāo)變化呈下降趨勢；如果rs為正值，則表明統(tǒng)計量指標(biāo)變化呈上升趨勢。當(dāng)｜rs｜〉c則表明變化趨勢有顯著意義，當(dāng)｜rs｜≤c則表明變化趨勢沒有顯著意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨量和水資源量

江西省降水豐沛，水量充足，但近年來降雨量和水資源量呈波動減少趨勢，見圖1和圖2。1999～2009年，年均降水量為 1554.3 mm，較歷史年均降水量（1638.4 mm）少84.1 mm，約占?xì)v史年均降水的5%。其中，1999年降水量為 1841.2 mm，2002 年最高，為 2017.7 mm，至2009年，降水量降低到1392 mm，平均年減少量為34.8 mm/a。

1999～2009 年，年均水資源量為 1413.4 億 m3，較歷史年均水資源量（1565 億 m3）減少 151.6 億 m3，約占?xì)v史年均水資源量的10%。其中，1999年水資源量為1865.9 億 m3，2002 年最多，為1983.3 億 m3，至2009年，水資源量為1166.9億 m3，平均年減少量為 51.6億m3/a。

圖1 1999年以來江西省降水量對比分析圖

圖2 1999年以來江西省水資源總量對比分析圖

分析降雨量和水資源量與時間的相關(guān)關(guān)系。首先計算時間序列與降水量和水資源量序列的秩次，采用Spearman秩次相關(guān)系數(shù)法分別計算秩次相關(guān)系數(shù)rs。并通過查臨界值表查得 α＝0.05 和 α＝0.01 臨界值 c，若｜r｜〉c0.01，則認(rèn)為其在 0.01 水平上變化趨勢明顯，若｜r｜〉c0.05，則認(rèn)為其在0.05水平上變化趨勢明顯。當(dāng)N＝11時，α＝0.01的臨界值c0.01為0.775，α＝0.05的臨界值c0.05為0.618。根據(jù)SPSS計算結(jié)果（見表1），降雨量和水資源量的 rs分別為-0.5091 和-0.5727，呈逐漸減少趨勢，但減少趨勢不顯著。

2.2 徑流量

隨著降雨量的減少，江西五河年徑流量和鄱陽湖入江徑流量[8-9]呈現(xiàn)相同的變化趨勢。如圖3所示，1999～2009年，平均年均入湖徑流量為1167.33億 m3，歷史年均入湖水量為 1224.53 億 m3，平均減少 57.2 億 m3。近10年中，江西五河進(jìn)入鄱陽湖徑流量呈逐漸減少趨勢，平均減少量為-47.9億m3/a，其中2002年五河入湖徑流量最大，為 1200.26 億 m3，2008 年最小，為 647.70億 m3，極值比為 1.78。 如圖 4 所示，1999～2009 年，平均年均入湖徑流量為1442億m3，歷史年均入湖水量為1501.29 億 m3，平均減少 59.29 億 m3。 近 10 年中，鄱陽湖入江水量呈逐漸減少趨勢，平均變化率為-64.72億m3/a，其中，1999年五河入湖徑流量最大，為 1958.58億m3，2004 年最小，為 946.38 億 m3，極值比為 2.07。

表1 降雨量和水資源量線性回歸及趨勢檢驗分析

分析五河徑流量和鄱陽湖入江徑流量與時間的相關(guān)關(guān)系，首先計算時間序列與五河徑流量和鄱陽湖入江徑流量序列的秩次，采用Spearman秩次相關(guān)系數(shù)法分別計算秩次相關(guān)系數(shù)rs。并通過查臨界值表查得α＝0.05 和 α＝0.01 臨界值 c，若｜r｜〉c0.01，則認(rèn)為其在 0.01 水平上變化趨勢明顯，若｜r｜〉c0.05，則認(rèn)為其在 0.05 水平上變化趨勢明顯。當(dāng)N＝11時，α＝0.01 的臨界值 c0.01為0.775，α＝0.05 的臨界值 c0.05為 0.618。當(dāng) N＝10時，α＝0.01的臨界值 c0.01為 0.794，α＝0.05的臨界值c0.05為0.648。根據(jù)SPSS計算結(jié)果（見表2），五河徑流量和鄱陽湖入江徑流量序列與時間序列的rs分別為-0.436和-0.503，呈逐漸減少趨勢，但減少趨勢不顯著。

圖3 五河徑流量變化分析圖

圖4 鄱陽湖入江徑流量變化分析圖

表2 徑流量線性回歸及趨勢檢驗分析

2.3 水環(huán)境變化特征

隨著江西省工業(yè)化與城市化水平的不斷提高，污水排放量的增加，農(nóng)藥、化肥使用量增加，導(dǎo)致大量污染物進(jìn)入河道，并通過河流運移進(jìn)入鄱陽湖，造成流域內(nèi)河流和湖泊水質(zhì)惡化，水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，生態(tài)功能降低。

2.3.1 污染物排放量

近10年來，江西省污水排放量呈逐漸增加趨勢（見圖 5），2000 年為 18.19 億 t，2009 年為 31.16 億 t，污水排放量平均增加量為0.96億t/a。

自1990年以來，全省農(nóng)藥、化肥施用量呈增加趨勢。1990年，農(nóng)用化肥使用量和農(nóng)藥使用量分別為285.6 萬 t和 3.65 萬 t，至 2009 年，增長至 410.1 萬 t和9.76 萬 t，增加量分別為 6.55 萬 t/a 和 0.32 萬 t/a。 2009年全省平均單位面積施N量為476.6kg/hm2，已超過了國際上公認(rèn)的施N上限225kg/hm2水平的1.12倍。化肥施用后實際利用率只有30%～40%，其余60%～70%的化肥進(jìn)入環(huán)境，污染水體和土壤；農(nóng)藥施用后10%～20%附著在植物體上，80%～90%散落在土壤和水里。大量使用化肥和農(nóng)藥后，殘留物經(jīng)暴雨徑流的沖刷，相當(dāng)一部分會流入河湖水體中，造成對水體的污染，導(dǎo)致水質(zhì)下降[10]。

圖5 江西省污水排放量對比分析圖

圖6 江西省農(nóng)用化肥和農(nóng)藥使用量變化分析圖

2.3.2 水質(zhì)類別

隨著江西省污水排放量增加，河流和鄱陽湖水質(zhì)不斷下降，劣于Ⅲ類水水質(zhì)所占比重呈逐漸增加趨勢。江西省河流和鄱陽湖水質(zhì)評價類別百分比變化趨勢如圖7、圖8所示。2000～2001年，評價河流河段劣于Ⅲ類水水質(zhì)占總河段不足10%，自2002年之后，比重不斷上升，其中2005年和2007年超過了15%。盡管江西省河流劣于Ⅲ類水所占比重不大，但其比重呈上升趨勢（見圖7）。鄱陽湖水質(zhì)在2001年之前屬于Ⅰ-Ⅲ類水，在2002年和2003年劣于Ⅲ類水所占比重也不足1%，但之后，劣于Ⅲ類水所占比重呈急劇上升趨勢，2008年、2009 年超過 30%，分別為 36.1%和 32.2%（見圖 8）。

圖7 江西省河流評價河段水質(zhì)變化趨勢圖

圖8 鄱陽湖水質(zhì)變化趨勢圖

采用Spearman秩次相關(guān)系數(shù)法分別計算江西省水環(huán)境秩次相關(guān)系數(shù)rs。并通過查臨界值表查得α＝0.05和 α＝0.01 臨界值 c，當(dāng) N＝10 時，α＝0.01 的臨界值 c0.01為 0.794，α＝0.05 的臨界值 c0.05為 0.648。 根據(jù) SPSS 計算結(jié)果（見表3），江西省河流劣于Ⅲ類百分比和鄱陽湖劣于Ⅲ類百分比序列與時間序列的Spearman系數(shù)rs分別為 0.6848和 0.9818，呈逐漸增加趨勢，并且 分別在α＝0.05 和 α＝0.01 水平上具有顯著性，表明江西省河流和湖泊水質(zhì)下降趨勢明顯。

表3 水環(huán)境變化趨勢顯著性檢驗

2.3.3 富營養(yǎng)化指數(shù)

隨著入湖污染物的增加，鄱陽湖富營養(yǎng)化指數(shù)呈增加趨勢。據(jù)表4可知，2000年以來，鄱陽湖營養(yǎng)狀態(tài)處于中營養(yǎng)水平，其富營養(yǎng)化指數(shù)已經(jīng)接近50（富營養(yǎng)化水平），尤其是 2005～2007 年，分別為 49、49、48，2008～2009年略有下降。2000年開始，藍(lán)藻已經(jīng)成為鄱陽湖的優(yōu)勢藻種。據(jù)2007年10月調(diào)查，在鄱陽湖湖口縣至都昌縣的主航道中發(fā)現(xiàn)了大群體藍(lán)藻，群體直徑0.2～0.5 mm，已經(jīng)被認(rèn)為是鄱陽湖水體富營養(yǎng)鹽顯著增加的標(biāo)志之一[11]。

表4 2000～2009年鄱陽湖富營養(yǎng)化水平評價結(jié)果

采用Spearman秩次相關(guān)系數(shù)法計算秩次相關(guān)系數(shù)rs，并通過查臨界值表查得 α＝0.05 和 α＝0.01 臨界值 c，當(dāng) N＝10 時，α＝0.01 的臨界值 c0.01為 0.794，α＝0.05 的臨界值 c0.05為 0.648。 根據(jù) SPSS 計算結(jié)果（見表 3），鄱陽湖富營養(yǎng)化指數(shù)序列與時間序列的Spearman系數(shù)rs為0.7697，呈逐漸增加趨勢，并且在 α＝0.05 水平上具有顯著性，表明湖泊富營養(yǎng)化程度增加趨勢明顯。

3 結(jié)語

自1999年以來，江西省水資源狀況呈逐漸減少趨勢，降雨量、水資源量、五河年經(jīng)流量和鄱陽湖入江徑流量與時間序列的Spearman秩相關(guān)系數(shù)分別為-0.5091、-0.5727、-0.436、-0.503，表明降雨量、水資源量、五河年經(jīng)流量和鄱陽湖入江徑流量具有減少趨勢，但減少趨勢并不顯著。降雨量平均年減少量為34.8 mm/a，水資源量平均年減少量為51.6億m3/a，五河年徑流量年平均減少量為47.9億m3/a，鄱陽湖入江徑流量年平均減少量為64.72億m3/a。

隨著流域污水排放量、農(nóng)用化肥使用量和農(nóng)藥使用量的增加，河流和湖泊水質(zhì)逐漸下降，劣于Ⅲ類水所占百分比逐漸增大，河流和湖泊水質(zhì)劣于Ⅲ類百分比序列與時間序列Spearman秩相關(guān)系數(shù)分別為0.6848和0.9818，表明流域水質(zhì)顯著下降。湖泊富營養(yǎng)化指數(shù)增加，尤其是2005～2007年，接近富營養(yǎng)化水平；湖泊富營養(yǎng)化指數(shù)序列與時間序列Spearman秩相關(guān)系數(shù)為0.7697，表明鄱陽湖富營養(yǎng)化程度顯著增加。

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