近60年沅江流域径流特征研究

佘玉良，贺双龙

（湖南省水文水资源勘测中心，湖南 长沙 410007）

气候变化和人类活动影响河流径流的变化，径流量的变化规律有确定性的一面，也有随机性的一面[1]。研究一个流域的河流径流量随环境变化的特征，有助于探讨该流域地表水资源的变化趋势，为水资源规划管理和生态环境保护提供科学依据。

1 沅江流域概况

沅江流域在长江流域洞庭湖水系内，是长江第六大支流，为湖南省境内第二大河流。沅江的发源地在贵州省东南部，在湖南境内流经芷江、会同、洪江、中方、溆浦、辰溪、泸溪等县，到沅陵后转向东北，经桃源、常德注入洞庭湖。沅江河口在常德境内的德山，德山下游为尾闾。沅江流域面积89 488 km2，湖南省内面积51 927 km2。沅江全长1 033 km，在湖南境内有568 km，流域平均坡降0.594‰。

沅江流域地势为四周高原、山地环绕，东面的雪峰山脉与资水流域分隔，南面的苗岭山与柳水流域分界，西面的梵净山与乌江流域相隔，北面的武陵山与澧水流域为邻。流域南北较长，东西较窄，大致为西南斜向东北的矩形，西南高而东北低。

沅江流域水能资源丰富，河网发育较密，状如不对称的羽毛型水系，左岸支流较多，如水、辰水、武水、酉水，右岸主要有渠水、巫水、溆水。流域内崇山峻岭，山陡坡大，多峡谷险滩、水流湍急；山体大部分为震旦纪岩石构成，河床岩层较坚硬，河床稳定陡峻，河道平均比降为0.154‰，属典型的山区性河流。流域内植被覆盖良好，上游沿岸森林茂密。

沅江流域属亚热带季风气候，湿润多雨，多年平均降水量1 456 mm，实测年最大点雨量值在下游桃源县境内的王家湾站，为1969年的2 837.2 mm。降雨年内分配不均，4—9月为多雨时段，4—8月的降雨量占年总量的66%，其中5月为最多，月平均降水量超过200 mm，12月至次年2月降水量只占全年总量的9.0%。沅江流域的年降雨，由东向西渐减，在北纬27°～28°之间，形成一个少雨过渡带，由过渡带向东北与西南雨量渐增。分析多年平均降雨情况得知，流域内暴雨比较多见，存在两个暴雨中心，一个在支流酉水的上游，一个在干流的浦市、沅陵至桃源一带，降雨强度大，历时长，常形成暴雨洪水，为区域性暴雨。大面积长历时的暴雨一般在6—7月，个别年份推迟到了8月，暴雨发生呈先东南后西北的趋势，历时一般1～2天，最长的持续4天多。

沅江流域多年平均蒸发量为801.6 mm，贵州凯里为最大蒸发量点，其多年平均蒸发量达982.5 mm。沅江流域产流量丰富，洪水基本上由暴雨形成。沅江流域雨量站点分布见图1。

图1 沅江流域雨量站点分布图

2 采用的资料和分析研究方法

2.1 研究采用的资料

根据沅江流域河流水系特征和站网分布及水利工程等情况，选取干流控制情况好、资料精度较高、观测历时较长、资料较为完整的站点作为采用对象，以浦市、桃源2个控制水文站1956—2016年逐月实测流量资料为径流量分析计算依据，用流域雨量站点的实测资料，通过泰森多边形分析方法计算出浦市、桃源2个水文站的面降雨量资料。浦市水文站集水面积为54 144 km2，桃源水文站集水面积为85 223 km2，桃源水文站集水面积占沅江流域面积的95.2%，基本上能控制沅江流域的径流情况。2个站点具有很好的代表性。

2.2 研究方法

采用降雨-径流双累积曲线法、年实测径流变化曲线法、降雨径流模比系数差积曲线法和模比系数累积平均曲线法对沅江流域的径流年际变化进行定性分析。为检验几种定性分析方法的可信度，采用滑动T检验法和Mann-Kendall检验法对流域径流变化趋势进行验证，通过径流的年际Cv值和年际极值比[2]对径流变化情况进行定量分析。年内变化采用径流年内分配曲线、各月占比及集中度[3]等指标进行分析。

3 径流年际变化特性

3.1 降雨径流相关性分析

选用浦市、桃源2个站点的资料，采用双累积曲线法对沅江流域降雨-径流相关性进行分析，结果见图2、图3，可见流域的降雨-径流双累积曲线线性良好、无明显偏折，表明沅江流域降雨-径流关系一致性良好，未发生变异。

图2 浦市水文站年降雨-径流双累积曲线图

图3 桃源水文站年降雨-径流双累积曲线图

3.2 实测径流年际变化特征

从沅江流域水文控制站年实测径流变化曲线（图4）可以看出浦市、桃源2个水文控制站年实测径流变化情况，所选用的2个站点年实测径流量随着集水面积的增加而增加，年实测径流量变化趋势一致。

图4 沅江流域水文控制站年实测径流变化曲线

浦市、桃源2个水文控制站的实测径流年际变化特征值成果表（表1）表明，沅江流域控制站实测径流的年际Cv值和极值比都比较小，表明沅江流域近60年实测径流年际变化不大，丰、枯水年实测年径流量相差也不大。

表1 沅江流域实测径流年际变化特征值成果表

3.3 降雨径流年际变化趋势分析

分别用模比系数差积曲线和模比系数累积平均曲线对浦市、桃源2个水文站1956—2016年共61年年降雨、径流系列资料对流域降雨、径流年际变化趋势进行分析，结果见图5、图6。可以看出，浦市、桃源2水文站降雨、径流关系一致性较好，丰、平、枯水期交替出现，说明站点降雨、径流系列资料具有一定的代表性。

图5 浦市降雨、径流模比系数差积曲线

图6 浦市降雨、径流模比系数累积平均曲线

图7、图8显示，当降雨、径流系列达到12年以上时，模比系数累积平均值变得稳定并趋近于1，说明流域降雨、径流年际变化较稳定，具有一定的代表性。

图7 桃源降雨、径流模比系数差积曲线

图8 桃源降雨、径流模比系数累积平均曲线

为进一步验证沅江流域径流年际变化趋势，利用5点、10点滑动T检验及Mann-Kendall检验对浦市、桃源站实测径流进行了验证，结果见图9、图10，可以得知，5年滑动T检验的资料系列基本落在置信水平（±2.306区间）之间，10年滑动T检验的资料系列基本落在置信水平（±2.101区间）之间，Mann-Kendall法检验的UF、UB曲线基本夹于显著性水平信度线（±1.96区间）之间，表明流域径流系列的变化趋势不明显。

图9 浦市实测径流5年、10年滑动T检验及Mann-Kendall法检验

图10 桃源实测径流5年、10年滑动T检验及Mann-Kendall法检验

4 径流年内变化特性

沅江流域的补给水源主要是大气降水，径流量的年内变化随降水量年内变化比较明显，两者的变化情况见图11。从图11得知，随着汛期雨水的增多，径流量也相应变大，降雨径流主要集中在4—7月份，降雨和径流量峰值均出现在6月份。

图11 沅江流域径流量年内分配曲线

径流的年内分布情况：沅江流域浦市、桃源水文控制站径流量各月分配比例见表2，表明径流的年内分配不均匀，径流主要集中在4—7月份，占多年平均径流量的60.01%～60.33%，6月份径流量最大。2个水文站径流量的季节分配规律一致，均为：夏季径流量＞春季径流量＞秋季径流量＞冬季径流量，径流年内分布集中指数CI（Concentration Index）：浦市CI=11.52，桃源CI=11.60，在区间[11，20]之间，进一步验证了径流年内变化有很强的季节性。

表2 沅江流域各月平均径流量占多年平均径流量的百分比 %

5 结论

利用数理统计方法对沅江流域近60年径流年际和年内的变化特征进行分析，得出如下结论：

1）近60年来，沅江流域径流量尽管受自然因素和人类活动影响，但就整个沅江流域来说变化效果不明显，径流年际Cv和极值比都不大。

2）沅江流域径流量的年内各月分配不均匀，其中6月份径流量最大；季节分配不均衡，呈现夏季径流量＞春季径流量＞秋季径流量＞冬季径流量的现象。

本文采用多种方法和多种指标对沅江流域降雨径流特征进行研究，研究方法具有一定适用性，研究成果揭示了径流变化规律，可以为水资源调查、流域水资源开发利用、水资源管理和生态环境保护工作提供科学依据。在了解沅江流域降雨径流特征的基础上，可进一步分析各支流的降雨径流特征，从而全面掌握沅江流域的水文特征。