漓江上游徑流演變特征及其影響因素分析

李子威，唐湘玲，黎力菊

漓江上游徑流演變特征及其影響因素分析

李子威，唐湘玲*，黎力菊

（桂林理工大學(xué)，廣西 桂林 541000）

【目的】探究漓江流域徑流演變特征及其影響因素?！痉椒ā恳陨嫌魏佣未笕芙瓰槔?，根據(jù)該流域1980—2019年各氣象站和水文站的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用趨勢(shì)檢驗(yàn)法、突變檢驗(yàn)法、周期分析法等方法分析了徑流及氣溫、降水量的變化趨勢(shì)、突變特征及周期規(guī)律。在確定氣溫、降水量與徑流的相關(guān)性的基礎(chǔ)上，建立了氣溫、降水量與徑流的多元線性方程?！窘Y(jié)果】漓江流域徑流呈減少趨勢(shì)但不顯著，突變年份是2018年，在40 a的尺度下漓江流域經(jīng)歷了4個(gè)豐-枯變換周期。漓江流域降水量呈增加趨勢(shì)，突變年份為2015年，降水展現(xiàn)出4次偏多-偏少交替。年均氣溫呈顯著增加趨勢(shì)，其傾向率為0.38 ℃/10 a，突變年份為2016年；整體上發(fā)生了2個(gè)冷-暖周期變換，1984、2011年為偏冷期中心年份，1981、2019年為偏暖期中心年份。在氣溫突變中存在1個(gè)震蕩周期，其周期為6 a?！窘Y(jié)論】預(yù)測(cè)未來(lái)漓江流域在40 a尺度下由豐水期轉(zhuǎn)為枯水期；漓江流域降水未來(lái)為少水期；漓江流域氣溫在40 a尺度下處于偏暖階段。該流域徑流突變點(diǎn)由土地利用的變化、防洪補(bǔ)水工程的修建、氣候變化等因素共同所致，降水與氣溫發(fā)生突變時(shí)間與華南地區(qū)氣候轉(zhuǎn)變相一致。

徑流；突變檢驗(yàn)；影響因素；周期性；漓江流域

0 引言

【研究意義】IPCC第六次評(píng)估報(bào)告指出，人類(lèi)活動(dòng)引起了全球平均表面溫度升高。相較工業(yè)化前水平（1850—1900年），2010—2019年人類(lèi)活動(dòng)引起的全球平均表面溫度升高約為1.07 ℃，其中，自然強(qiáng)迫影響的溫度變化僅為-0.1～0.1 ℃[1-3]。全球地表溫度的升高可以改變海陸熱力差異，進(jìn)而使大尺度環(huán)流的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，加劇區(qū)域以及全球的水循環(huán)，進(jìn)一步影響降水以及強(qiáng)降水的空間分布。地表的蒸發(fā)也會(huì)隨地面溫度的升高而增加，而且溫度的升高還會(huì)增強(qiáng)大氣保持水分的能力，進(jìn)而加劇水循環(huán)[4]，導(dǎo)致降水、河川地表徑流和洪水的增多。漓江流域?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)極為靈敏，存在雨季洪澇頻繁、旱季水量不足的問(wèn)題，引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。漓江在1978年就被國(guó)家列為重點(diǎn)保護(hù)的13條河流之一，然而，漓江的水資源和水環(huán)境現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀[5]。近年來(lái)，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，漓江流域徑流量劇減，不同用水途徑的爭(zhēng)水矛盾十分突出，這在一定程度上影響了漓江水資源保護(hù)和利用發(fā)展[6]。分析漓江流域的降水與流域變化的關(guān)系并找到其規(guī)律，對(duì)流域內(nèi)的水資源持續(xù)利用、維持流域內(nèi)以及下游河流的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，具有十分重要的作用和意義[7]?！狙芯窟M(jìn)展】羅映雪等[8]以開(kāi)都河上游區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，利用分布式水文模型SWAT，采用元胞自動(dòng)機(jī)-馬爾科夫模型（CA-Markov）預(yù)測(cè)法，揭示土地利用變化下的流域徑流變化，研究表明該地區(qū)草地是影響徑流最主要的調(diào)控因子，原有草地的減少會(huì)引起夏季徑流較大幅度減少。李虹彬等[9]采用Mann-Kendall-Sneyers檢驗(yàn)估計(jì)流域水文、氣象數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)和突變情況，并試圖用3種改進(jìn)的彈性系數(shù)法評(píng)估氣候要素（尤其是溫度）對(duì)阿克蘇河徑流變化的影響。研究表明氣候變化是阿克蘇河徑流量變化的主要原因，其中溫度的貢獻(xiàn)率最大。王國(guó)慶等[10]研究表明，人類(lèi)活動(dòng)是嵐河徑流的主要影響因素。同套文等[11]以陜西涇河流域?yàn)槔?，以涇河景村水文?981—2010年實(shí)測(cè)逐日徑流量、含沙量系列數(shù)據(jù)為樣本，提出了一種基于長(zhǎng)短時(shí)記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（LSTM）的時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法。孫琪等[12]研究表明，西北干旱區(qū)內(nèi)陸河典型流域產(chǎn)水量主要受氣溫和降水的影響。孫湘艷等[13]以桂林水文站62 a的長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)徑流資料為基礎(chǔ)，以不同年代作為時(shí)間劃分，從徑流年內(nèi)分配比例、徑流的不均勻特性、徑流在汛期和非汛期占年徑流的比例、徑流的集中度和集中期、徑流年內(nèi)的變化幅度等方面，揭示了桂林水文站年徑流的變化特征。【切入點(diǎn)】國(guó)內(nèi)學(xué)者早期的研究主要針對(duì)漓江徑流的趨勢(shì)性和周期性，且多為定性分析，缺少氣候因素對(duì)徑流影響的定量分析。在全球變暖和人類(lèi)活動(dòng)日益增加的背景下，氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)漓江徑流演變的影響是十分必要的?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為此，基于1980—2019年的水文氣象數(shù)據(jù)，采用趨勢(shì)檢驗(yàn)法、突變檢驗(yàn)法、周期分析法等方法對(duì)徑流、降水、氣溫的趨勢(shì)性、突變點(diǎn)和周期性進(jìn)行診斷，分析了徑流與影響因素之間的相關(guān)性，建立了屬性分析的多元線性方程，為水資源的規(guī)劃和可持續(xù)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

漓江屬珠江流域西江水系，位于廣西壯族自治區(qū)東北部。其源頭位于桂林市興安縣華江鄉(xiāng)越城嶺主峰海拔2 141.5 m的貓兒山東麓處。自北向南依次流經(jīng)興安縣、靈川縣、桂林市城區(qū)、陽(yáng)朔縣和平樂(lè)縣，全長(zhǎng)約229 km，面積約5 831 km2，主要支流包括黃柏江、陸洞河、川江、大溶江、靈河等[14]。研究區(qū)涉及桂林水文站以上的漓江流域范圍，面積2 762 km2（圖1）。

圖1 漓江流域上游水系

該區(qū)域主要由巖溶和非巖溶組成，地勢(shì)為北高南低，主干長(zhǎng)105 km，流向由北向南，植被良好，森林茂密，上游河床坡度極陡；中下游為丘陵、峰叢、峰林等巖溶地貌，河床坡度平緩。流域內(nèi)多年平均降水1 853.7 mm，雨季（3—7月）占全年的67.52%，其中5月多年平均降水334.2 mm，占全年18.03%；旱季（9月—次年2月）降水僅占全年39.43%，其中12月多年平均降水46.9 mm，僅占全年2.53%。年徑流深平均值為1 510 mm，年徑流量為41.8×108m3。年徑流系數(shù)為0.63，徑流模數(shù)為48.2 L/(s·km2)，平均流量為132.6 m3/s[15]。

1.2 研究方法

1.2.1 趨勢(shì)檢驗(yàn)法

Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法，常用于水文與氣候方面的趨勢(shì)性檢驗(yàn)，優(yōu)點(diǎn)為樣本序列無(wú)須服從特定分布，少量的數(shù)據(jù)缺失及異常數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)果的影響較小。該方法先假設(shè)樣本序列在顯著水平下（本文取=0.05）無(wú)趨勢(shì)變化，當(dāng)值在Z為1.96和-1.96之間滿足原假設(shè)，說(shuō)明無(wú)顯著趨勢(shì)變化；否則拒絕原假設(shè)，表明序列發(fā)生顯著變化。當(dāng)>0說(shuō)明序列呈上升趨勢(shì)，<0表明序列為下降趨勢(shì)，||值越大對(duì)應(yīng)趨勢(shì)越強(qiáng)[16]。

1.2.2 突變檢驗(yàn)法

1）Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

Mann-Kendall突變檢驗(yàn)的基本原理是：對(duì)于時(shí)間序列（含有個(gè)樣本），構(gòu)造1個(gè)秩序列：

在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立的假定下，定義統(tǒng)計(jì)量：

式中：秩序列S是第時(shí)刻數(shù)值大于時(shí)刻數(shù)值個(gè)數(shù)的累計(jì)數(shù)。1=0；(S)、var(S)是累計(jì)數(shù)S的均值和方差，并且當(dāng)1，2，…，x相互獨(dú)立時(shí)，(S)、var(S)具有相同分布，則：

UF為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，是以時(shí)間序列計(jì)算得到的統(tǒng)計(jì)量序列。在給定顯著性水平，根據(jù)正態(tài)分布表，如果|UF|＞U，則序列存在明顯趨勢(shì)性變化。

將時(shí)間序列逆序排列，重復(fù)上述過(guò)程，設(shè)定UB＝-UF，＝，-1，…，1，1=0。計(jì)算得到UF和UB，繪制曲線。若UF的值大于0，則序列呈上升趨勢(shì)，值小于0則為下降趨勢(shì)。取顯著性水平＝0.05，當(dāng)UF超過(guò)臨界曲線±1.96時(shí)，則發(fā)生突變的概率增大。在置信區(qū)間內(nèi)，若UF與UB曲線有交點(diǎn)，則即為可能的突變點(diǎn)。但Mann-Kendall突變檢驗(yàn)不適用于存在多個(gè)或多尺度突變的序列。即當(dāng)置信區(qū)間內(nèi)有多個(gè)交點(diǎn)時(shí)，可能存在偽變點(diǎn)，需去除雜點(diǎn)[17]。

2）Pettitt檢驗(yàn)

該方法為非參數(shù)檢驗(yàn)法，該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，受異常值影響小[18]。利用該方法對(duì)研究區(qū)域的徑流量、年降水量進(jìn)行突變點(diǎn)檢驗(yàn)。定義統(tǒng)計(jì)量U計(jì)算式為：

式中：x、x為相同時(shí)間序列的2個(gè)樣本值；為樣本的排列序號(hào)；為樣本總數(shù)，其統(tǒng)計(jì)量的本質(zhì)為前1個(gè)樣本值大于后1個(gè)樣本值的個(gè)數(shù)。當(dāng)統(tǒng)計(jì)量U,N最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)0為突變點(diǎn)。計(jì)算式為：

構(gòu)建統(tǒng)計(jì)量，判斷突變點(diǎn)的顯著性：

1.2.3 周期分析法

小波分析技術(shù)很好地克服了傳統(tǒng)譜分析方法的缺點(diǎn)，它采用一種窗口大小可變，位置可動(dòng)的變窗進(jìn)行頻譜分析，從而滿足了信號(hào)時(shí)、頻局部化的要求[19]。采用Morlet小波分析對(duì)1980—2019年年徑流量、年降水量和氣溫序列進(jìn)行周期性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 徑流特征分析

2.1.1 徑流趨勢(shì)分析

圖2為漓江流域上游徑流量變化特征。由圖2可知，該流域的年徑流量變化趨勢(shì)線性斜率為-0.525，呈逐年遞減趨勢(shì)，且降低速度緩慢。在1976—1992年振幅變化較大?？梢詮幕瑒?dòng)過(guò)程線看出該流域徑流序列呈增加趨勢(shì)為1992—2000年，且在1999年該階段均值達(dá)到了225.806 m3/s。2000—2020年該流域徑流波動(dòng)幅度最大相差110.610 m3/s，該階段徑流量逐步增多，表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，斜率為0.231。在1999—2001年雖然年徑流量出現(xiàn)短期顯著變化，但未對(duì)整體趨勢(shì)造成較大影響。在顯著水平=0.05下，漓江流域上游徑流量統(tǒng)計(jì)值=-1.163，且-1.96<<0表示趨勢(shì)不顯著，該結(jié)果與線性分析一致（表1）。

圖2 桂林水文站年徑流量變化趨勢(shì)

表1 徑流量Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)

2.1.2 徑流突變分析

圖3顯示了0.05顯著性水平下漓江上游桂林水文站年徑流的變化趨勢(shì)及突變特征。由圖3可知，桂林水文站的UF與UB曲線有交叉點(diǎn)位于信度線之間，表明桂林水文站年徑流序列不存在明顯的變化。

圖3 徑流量序列Mann-Kendall突變點(diǎn)檢驗(yàn)

漓江流域徑流量的2條檢驗(yàn)曲線存在多個(gè)相交點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)1982、1986、2004、2015—2018年。魏鳳英等[17]對(duì)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析表明，不是所有的交叉點(diǎn)均為突變點(diǎn)，需要去除其中的雜點(diǎn)。為了進(jìn)一步確認(rèn)漓江流域上游徑流特征的突變情況，使用Pettitt檢驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證，Pettitt檢驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。利用Pettitt檢驗(yàn)方法對(duì)桂林水文站徑流系列突變點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)。由圖4可知，漓江流域上游的徑流在研究時(shí)段內(nèi)存在一定突變，但統(tǒng)計(jì)上不顯著。這與Mann-Kendall突變檢驗(yàn)結(jié)果基本一致。綜合2種突變檢驗(yàn)結(jié)果可知，漓江流域上游徑流量的突變時(shí)間發(fā)生在2018年，顯著性水平為1.829>0.5，突變不顯著。突變后徑流較突變前減少了18.28%。

圖4 漓江流域上游徑流Pettitt突變檢驗(yàn)

2.1.3 徑流周期分析

圖5為漓江流域上游徑流周期變化特征。圖5（a）中存在2個(gè)較為明顯的峰值，它們依次對(duì)應(yīng)著8、21 a的時(shí)間尺度。其中最大峰值對(duì)應(yīng)著21 a的時(shí)間尺度，說(shuō)明21 a左右的周期震蕩最強(qiáng)，為流域年徑流變化的第1主周期；8 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)第2峰值，為徑流變化的第2主周期。這說(shuō)明上述2個(gè)周期的波動(dòng)控制著流域徑流在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征，由圖5（b）可知，1976—2019年存在5～10、20～25 a振蕩周期；在流域徑流演變過(guò)程中存在著5～10、20～25 a的2類(lèi)尺度的周期變化規(guī)律。其中，在5～10 a尺度上出現(xiàn)了豐-枯交替的準(zhǔn)4次震蕩；在20～25 a尺度上存在準(zhǔn)1次震蕩。

圖5 徑流周期變化特征

2.2 徑流影響因素分析

2.2.1 降水特征分析

1）降水趨勢(shì)分析

由圖6可知，1980—2019年漓江流域年內(nèi)降水分配總體呈正態(tài)分布，降水量的年內(nèi)變化表現(xiàn)為：1、2、3月的降水量占全年降水量的15.29%；4、5、6月的降水量占全年降水量的49.68%；7、8、9月的降水量占全年降水量的23.88%；10、11、12月的降水量占全年降水量的11.14%。該流域降水偏多主要集中在4、5、6、7月。可見(jiàn)漓江流域降水年內(nèi)分配不均勻，因此形成了明顯的雨季和旱季。降水在年內(nèi)分配的不均勻性形成了明顯的雨季和旱季，3—8月降水量接近或略高于月平均降水量定為雨季，降水占全年降水量的76.92%；9月—次年2月，月降水量遠(yuǎn)低于月平均降水量定為旱季，降水量?jī)H占全年降水量的24.43%。綜上所述，漓江流域年內(nèi)降水分布極不均勻，不利于流域水資源的利用，旱季缺水矛盾突出，雨季洪澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，這嚴(yán)重影響了中下游流域居民的正常生產(chǎn)和生活。

漓江流域上游降水量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖7，1980—2019年線性相關(guān)斜率為1.547，呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，多年降水量均值為1 915.87 mm。整體存在較大幅度變化，其中2015、2002、1993年產(chǎn)生較大降水。以5 a滑動(dòng)平均角度觀察到降水經(jīng)歷了4個(gè)階段，1981—1990年降水量減少，1991—2002降水量趨勢(shì)緩慢增加，在2003—2010年降水量呈緩慢下降狀態(tài)，2011—2019年為降水量增加時(shí)段。對(duì)漓江流域上游降水量進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)，其統(tǒng)計(jì)量值為0.338，且0<<1.96，說(shuō)明降水量未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，表明降水量逐漸增長(zhǎng)，且增加趨勢(shì)不顯著（表2）。

圖6 多年平均月降水量

圖7 降水量變化特征

表2 降水量Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)

2）降水突變分析

進(jìn)一步采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)確定漓江流域上游降水量的突變點(diǎn)，給定顯著水平=0.05，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，漓江流域降水量在20世紀(jì)80年代至90年代中期UF曲線大多為負(fù)值，表明這個(gè)時(shí)段降水量以下降趨勢(shì)為主，且降水量序列UF值都未超過(guò)=0.05的顯著檢驗(yàn)，說(shuō)明下降趨勢(shì)不顯著；20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始，漓江流域降水量序列UF值大多為正值，表明這個(gè)時(shí)段降水量總體偏多，呈上升趨勢(shì)，但也未超過(guò)=0.05的顯著檢驗(yàn)，表明降水量上升趨勢(shì)不顯著。由圖8所示，漓江流域降水量的2條檢驗(yàn)曲線存在多個(gè)相交點(diǎn)。使用Pettitt檢驗(yàn)方法驗(yàn)證漓江流域降水量突變情況，結(jié)果如圖9所示。由圖9可知，漓江流域上游的降水量在研究時(shí)段內(nèi)存在突變，但統(tǒng)計(jì)上不顯著。這與圖8反映的結(jié)果基本一致。綜合2種突變檢驗(yàn)結(jié)果可知，漓江流域上游降水量的突變時(shí)間發(fā)生在2015年，但突變不顯著。

圖8 降水量序列Mann-Kendall突變點(diǎn)檢驗(yàn)

圖9 漓江流域上游降水量 Pettitt 突變檢驗(yàn)

3）降水量周期分析

圖10為漓江流域上游降水量周期變化特征。圖10（a）中存在4個(gè)較為明顯的峰值，它們依次對(duì)應(yīng)著5、8、11、17 a的時(shí)間尺度。最大峰值對(duì)應(yīng)于17 a的時(shí)間尺度，表明17 a左右的周期振蕩最強(qiáng)，是流域年降水變化的第1個(gè)主周期；8 a時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)于第2個(gè)峰值，這是降水量變化的第2個(gè)主要時(shí)期。上述4個(gè)周期的波動(dòng)控制著降水量在整個(gè)時(shí)間域的變化特征。由圖10（b）可知，1980—2019年存在5～10、20～25 a振蕩周期；在流域降水量演變過(guò)程中存在著4～6、8～16 a的2類(lèi)尺度的周期變化規(guī)律。其中，在4～6 a尺度上出現(xiàn)了豐-枯交替的準(zhǔn)4次震蕩；在8～16 a尺度上存在準(zhǔn)2次震蕩。

2.2.2 氣溫特征分析

1）氣溫趨勢(shì)分析

由圖11可知，1980—1996年和1999—2001年漓江流域年平均氣溫距平為負(fù)值，說(shuō)明該時(shí)間段氣溫下降，該時(shí)間段平均氣溫低于多年平均氣溫；1997—1998年和2002—2019年漓江流域年平均氣溫距平大多為正值，說(shuō)明該時(shí)間段氣溫升高，年平均氣溫高于多年平均氣溫。由圖12可知，根據(jù)漓江流域上游年平均氣溫標(biāo)準(zhǔn)序列可知，年平均氣溫呈明顯上升趨勢(shì)，其傾向率為0.38 ℃/10 a。自20世紀(jì)90年代，漓江年平均氣溫明顯上升。與20世紀(jì)90年代相比，2000—2020年的年平均氣溫增加了0.57 ℃；與20世紀(jì)80年代相比，年平均氣溫增加了0.89 ℃。在顯著水平=0.05下，漓江流域上游氣溫統(tǒng)計(jì)值=5.312，且0<1.96<，表示趨勢(shì)顯著（表3）。

圖10 降水量周期變化特征

圖11 年平均氣溫距平變化曲線

圖12 桂林年平均氣溫變化趨勢(shì)

表3 氣溫Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)

2）氣溫突變分析

采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)和Pettitt檢驗(yàn)2種方法檢驗(yàn)漓江流域上游氣溫序列突變點(diǎn)，如圖13所示，漓江流域上游氣溫在20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)20年代曲線大多為正值，表明這個(gè)時(shí)段氣溫以上升趨勢(shì)為主，且氣溫序列值超過(guò)=0.05的顯著檢驗(yàn)，說(shuō)明上升趨勢(shì)顯著。在2條臨界線內(nèi)并無(wú)交點(diǎn)，說(shuō)明該方法并未檢驗(yàn)出突變性。同時(shí)，圖14為Pettitt檢驗(yàn)，顯著性水平為0.227<0.5，統(tǒng)計(jì)上顯著，存在突變，突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)年份為2016年。故2016年為漓江流域上游氣溫序列突變點(diǎn)。

圖13 氣溫序列Mann-Kendall突變點(diǎn)檢驗(yàn)

圖14 漓江流域氣溫Pettitt突變檢驗(yàn)

3）氣溫周期分析

圖15（a）顯示了漓江流域上游氣溫1980—2019年不同時(shí)間尺度的周期特征，整體上發(fā)生了2個(gè)冷-暖周期變換，1984、2011年為偏冷期中心年份，1981、2019年為偏暖期中心年份。在氣溫演變中存在5～7 a為1個(gè)振蕩周期。

圖15 氣溫溫度氣溫周期變化特征

2.3 徑流影響因素分析

為分析氣溫和降水量對(duì)徑流的影響水平，建立線性相關(guān)方程。將徑流量作為因變量，以相關(guān)性較強(qiáng)的降水量作為自變量之一，將氣溫作為自變量，建立回歸方程，回歸方程為：

=0.054S-4.534T+125.340， （8）

式中：為漓江流域上游徑流量；S為降水量；T為氣溫。

由表4可知，漓江流域上游徑流與影響因素的回歸方程顯著性為0.001，顯著性均在置信水平0.05下，式（8）通過(guò)檢驗(yàn)，說(shuō)明方程構(gòu)建合理，且徑流與影響因素之間存在線性相關(guān)關(guān)系，降水量的增加將致使徑流量的持續(xù)增長(zhǎng)，氣溫的升高將致使徑流量的減少，氣溫對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用高于降水對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用。

表4 徑流與影響因素的多元回歸方程擬合結(jié)果

3 討論

漓江上游徑流呈減少趨勢(shì)；結(jié)合人類(lèi)活動(dòng)影響與氣候變化分析成因，發(fā)現(xiàn)漓江徑流2018年產(chǎn)生的變異點(diǎn)是由土地利用的變化、防洪補(bǔ)水工程的修建、氣候變化等因素共同所致。對(duì)比分析1998—2018年的土地利用類(lèi)型[20]，漓江流域林地面積由1998年的4 072.52 km2增加到2018年的4 184.22 km2，森林植被可以通過(guò)林冠和枯枝落葉層對(duì)降水量進(jìn)行再分配和截留，導(dǎo)致蒸發(fā)量顯著增加，徑流量顯著減少。水域面積由1998年的63.39 km2持續(xù)減少到2018年的53.62 km2，城市擴(kuò)張、圍湖造陸是主要原因。建設(shè)用地面積由1998年的67.62 km2增加到2018年的277.96 km2，未來(lái)隨著桂林市的快速發(fā)展，城市生活和工業(yè)用水需求將不斷攀升，根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)[21]，2015年漓江供水達(dá)到4.47億m3，工業(yè)用水占總用水量的19%。預(yù)計(jì)到2030年達(dá)到5.50億m3；今后漓江流域工業(yè)仍將以較高的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，需水量也必將大幅度提高。另一方面，隨著漓江上游４大水庫(kù)的順利完工并投入使用，上游地表水資源的開(kāi)發(fā)利用效率已達(dá)到了30.8%，已經(jīng)接近水資源開(kāi)發(fā)利用極限。青獅潭、小溶江等水庫(kù)的調(diào)蓄作用對(duì)徑流量減小也造成了一定影響。同時(shí)與華南地區(qū)氣候的變化相關(guān)。華南地區(qū)平均氣溫明顯升高，冬季升溫幅度大且范圍廣。該流域氣溫也表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，且趨勢(shì)顯著；極端氣溫指數(shù)說(shuō)明漓江流域氣溫極端程度將持續(xù)增加。華南地區(qū)年、冬季和夏季降水以大范圍增加為主，夏季降水增加顯著區(qū)域主要是粵港澳灣區(qū)，春季降水增加顯著區(qū)域在湖南南部和廣西東北部；春季降水的增加區(qū)域在廣東、湖南南部和廣西東北部；秋季降水在海南、廣西、粵東西部、以及福建地區(qū)增加。該流域冬季、春季、夏季和秋季平均降水也都呈增加趨勢(shì)。雖然降水量呈增加趨勢(shì)，但氣溫的升高也伴隨較大的蒸發(fā)，較大的蒸發(fā)量也是影響徑流量減小的主要因素。漓江流域徑流主要集中在夏季，且徑流年內(nèi)分配極不均勻，最大徑流量通常出現(xiàn)在5月和6月，最小徑流量則出現(xiàn)在1月或12月。

由相關(guān)分析可知，徑流與降水為正向相關(guān)，與氣溫為負(fù)相關(guān)性，氣溫對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用高于降水量對(duì)徑流的調(diào)節(jié)作用。影響徑流變化因素眾多，重點(diǎn)分析氣溫、降水與徑流的相關(guān)性，未展開(kāi)影響機(jī)制的討論，如青獅潭水庫(kù)位于桂林水文站的上游，青獅潭水庫(kù)入庫(kù)徑流與降水量的相關(guān)性最高，水庫(kù)入庫(kù)徑流受降水量的影響很大；出庫(kù)量與降水量的相關(guān)性小于入庫(kù)徑流與降水量的相關(guān)性，是由于水庫(kù)出庫(kù)量受水庫(kù)調(diào)度的影響。所以流域上游的徑流量變化對(duì)下游的影響很大，需深入研究影響機(jī)理及更多因素對(duì)徑流的影響。

4 結(jié)論

1）漓江流域上游徑流年際變化為下降趨勢(shì)但不顯著，突變年份為2018年。漓江流域上游氣溫呈顯著增加趨勢(shì)，其傾向率為0.38 ℃/10 a。整體上發(fā)生了2個(gè)冷-暖周期變換，1984、2011年為偏冷期中心年份，1981、2019年為偏暖期中心年份。在氣溫演變中存在5～7 a的1個(gè)振蕩周期。

2）漓江流域上游徑流在5～10、20～25 a尺度下經(jīng)歷了2次豐-枯變化，且未來(lái)近年逐漸變?yōu)榭菟冢焕旖饔蛏嫌谓邓砍试黾于厔?shì)，突變年份為2015年，降水量呈4次偏多-偏少交替。

3）流域降水分布不均勻。氣溫對(duì)徑流的影響大于降水對(duì)徑流的影響，氣溫是徑流變化的主要影響因素，徑流與各影響因素之間存在著線性相關(guān)。氣候變化為導(dǎo)致徑流變化的主要原因，其次為人類(lèi)活動(dòng)。

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Temporal Change in Runoff and Its Determinants in Upper Reach of Lijiang River Basin

LI Ziwei, TANG Xiangling*, LI Liju

(Guilin University of Technology, Guilin 541000, China)

【Objective】Climate change and anthropogenic activities have combined to change flow in many rivers and catchments in the world. This paper analyzes the change in runoff of the Lijiang Basin in southwestern China, as well as its determinants. 【Method】The analysis was based on data measured from 1980—2019 from meteorological and hydrological stations along the Dayun river in the upstream of the basin. The temporal trend, abrupt changes and periodicity of the runoff, temperature and precipitation were analyzed using the Pettitt mutation test, Mann Kenddall test and Morlet wavelet analysis. The correlation between them was calculated using the multivariate linear regression equation. 【Result】The runoff in the basin had been in decline though not at a significant level. There was an abrupt runoff change in 2018. From 1980 to 2019, the basin had experienced four drying - wetting cycles. The precipitation in the basin had been increasing and experienced an abrupt change in 2015. Approximately four periodicities were identified for the precipitation. The average annual temperature had increased significantly at 0.38 ℃/decade from 1980 to 2019, with an abrupt change occurring in 2016. There are two cold-warm cycles in the studied period, with 1984 and 2011 being the cold years, and 1981 and 2019 being the warm years. The period for temperature was 5～7 a. 【Conclusion】Our analysis showed that the Lijiang basin will become increasingly dry. The basin will enter a warm stage in a 40- decade period. The abrupt change in runoff was due to the change in land usage, construction of flood control and water replenishment projects, climate change and other factors, while the abrupt change in precipitation and temperature is due to the climate change as experienced by other regions in South China.

runoff; mutation test; influencing factors; periodicity; Lijiang River

李子威, 唐湘玲, 黎力菊. 漓江上游徑流演變特征及其影響因素分析[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(10): 98-105.

LI Ziwei, TANG Xiangling, LI Liju. Temporal Change in Runoff and Its Determinants in Upper Reach of Lijiang River Basin[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(10): 98-105.

1672 - 3317（2022）10 - 0098 - 08

P467

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022033

2022-01-16

廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2020GXNSFAA297266，2018GXNSFAA050009）

李子威（1996-），男。碩士研究生，主要從事水文水資源研究。E-mail: 14747042599@qq.com

唐湘玲（1976-），女。研究員，主要從事水文水資源研究。E-mail: 915907173@qq.com

責(zé)任編輯：白芳芳