 Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2013, 2, 59-63 http://dx.doi.org/10.12677/jwrr.2013.21009 Published Online February 2013 (http://www.hanspub.org/journal/jwrr.html) Analysis of Distribution Characteristics and Change Trend of Rainfall and Runoff in Wujiang River Basin Yan Wang1,2, Xiaohong Chen1,2, Yanhu He1,2 1Center for Water Resources and Environment, Sun Yat-sen University, Guangzhou 2Key Laboratory of Water Cycle and Water Security, Southern China of Guangdong Higher Education Institutes, Sun Yat-sen University, Guangzhou Email: wangyan19900109@163.com, eescxh@mail.sysu.edu.cn Received: Nov. 22nd, 2012; revised: Dec. 16th, 2012; accepted: Dec. 25th, 2012 Abstract: Based on the measured monthly average rainfall and runoff datas of the Lechang and Lishi hydro- logical station in the Wujiang Riv er basin dur ing 1959-2 006 , the nonun iformity coefficient in ann u al distribu- tion, coefficient of variation and other indicators were calculated to analyze the characteristic of annual dis- tribution and inter-annual variability. And the linear tendency was used to analyze the change trends of rain- fall, runoff and the runoff coefficient. The results showed that, under the changing environment, the nonuni- formity coefficient in annual distribution of rainfall and runoff were on the rise, the annual change of runoff was bigger than that of rainfall, the runoff coefficient showed an upward tendency, river runoff capacity be- came stronger. Keywords: Rainfall; Runoff; Annual Distribution; Inter-Annual Variability; Change Trend 武江流域降水径流分配特征及变化趋势分析 王 妍1,2，陈晓宏 1,2，何艳虎 1,2 1中山大学水资源与环境研究中心，广州 2华南地区水循环和水安全广东普通高校重点实验室(中山大学)，广州 Email: wangyan19900109@163.com, eescxh@mail.sysu.edu.cn 收稿日期：2012 年11 月22 日；修回日期：2012 年12 月16 日；录用日期：2012 年12 月25 日 摘 要：基于 1959~2006 年乐昌站、犁市(二)水文站的逐月实测降雨和径流资料，采用年内分配不均 匀系数、变差系数等指标分析降雨和径流的年内分配、年际变化特征，并使用线性趋势法分析降雨、 径流及径流系数的变化趋势。结果表明：变化环境下，武江流域降雨、径流年内分配不均匀系数有所 增加，径流的年际变化大于降雨，径流系数呈增加趋势，流域产流能力增强。 关键词：降雨；径流；年内分配；年际变化；变化趋势 1. 引言 降雨和径流是自然界水循环的两个基本环节，又 是水量平衡的基本要素。随着经济社会的发展，人类 活动逐渐加剧，加之气候变化的影响，自然界水循环 各环节不可避免地发生着改变。张强等系统全面地对 珠江流域进行研究，得出气候变化对东江和西江的水 文过程影响巨大，人类的采砂严重影响上游河道，使 得河流的流量比增加[1,2]；变化环境下东江流域气候要 素和流域植被退化共同作用使得在降雨量呈减少变 化趋势的情况下，流域径流系数仍呈不显著增加的趋 作者简介：王妍(1990-)，女，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事 水文与水资源方面的研究。 Copyright © 2013 Hanspub 59  王妍，等：武江流域降水径流分配特征及变化趋势分析 第2卷 · 第1期 势，其主要原因是蒸发量的下降[3]；20 世纪 80 年代 以来，北江流域径流量呈现出不同的时空变化特征， 不同时期均表现为不同程度的增加或减少趋势，主要 是受到气候变化和人类活动的双重影响[4-6]。本文通过 探讨武江流域降雨和径流的年内及年际变化趋势，分 析其变化特征及原因，有利于了解武江流域的水资源 特性，以更好地对水资源进行科学管理和合理利用。 武江为广东省北部地区向东南流入珠江流域北 江水系的支流，是北江流域第二大的一级支流，发源 于湖南省临武县三峰岭，于韶关市区的沙洲尾汇入北 江(如图 1)。武江流域面积 7097 km2，干流全长260 km， 平均坡降 0. 906 km，总落差为 123 m[7]。 本文选取武江流域犁市(二)站、乐昌站 1956~2006 年的逐月流量和降雨量数据，用于分析武江流域降雨 径流的时间变化特征。 2. 特征分析 2.1. 年内分配 径流的年内分配特征的标度有多种不同方法，本 文采用了年内分配不均匀系数、汛期–非汛期占年径 流的百分比等不同指标，以便于从不同角度分析年内 分配特征的变化规律。 1) 汛期–非汛期占年径流的百分比 根据资料分析可知，流域降雨量年内变化很大， 见表 1，降雨主要集中在汛期 4~9 月，该时段内降雨 量占多年平均降雨量的 72.59%；冬季及春季的降雨量 较小，10 月~次年 3月降雨量仅占多年平均降雨量的 Figure 1. The water system map of Wujiang River basin 图1. 武江流域水系图 Table 1. The statistical table of the rainfall and the runoff 表1. 降雨量及径流深统计表 月份 降雨量 mm 占年总量的 比例% 径流深 mm 占年总量的 比例% 1 53.13 3.57 26 3.06 2 79.31 5.33 42 4.92 3 131.53 8.84 72 8.44 4 172.92 11.63 118 13.87 5 221.85 14.92 142 16.66 6 239.9 16.13 148 17.36 7 167.76 11.28 82 9.64 8 185.51 12.47 77 9.07 9 91.68 6.16 55 6.42 10 64.38 4.33 39 4.58 11 46.73 3.14 28 3.34 12 32.61 2.19 22 2.64 27.41%；最小月降雨量出现在 11 、12 和1月份，三 个月的降雨量仅占多年平均降雨量的 8.9%。武江流域 降雨的年内变化与气候特征有直接的关系。武江流域 属于北江的一部分，属东亚季风气候区，冬季寒冷略 干燥，夏季炎热多雨，这也反映了流域降雨年内分布 的不均匀性。 表1也说明了地表径流的年内分配与降雨的年内 分配相似。降雨是径流形成的主要补给源，降雨量的 多少直接关系着径流的形成；由于受到降雨的季节性 影响，径流年内的分配也不均匀，其中汛期径流量占 年均径流总量的 73.02%，非汛期径流量仅占多年平均 径流总量的 26.98%，其中多年最丰月份是6月份，多 年6月平均径流量可占多年平均径流量的 17.36%，12 月为多年平均最枯月份，平均径流量仅占多年平均径 流总量的 2.64%。 图2表示流域多年平均降雨量和径流量的关系 图，武江流域乐昌水文站多年平均降雨量为 1487.31 mm，多年平均径流深为 863 mm，多年平均径流系数 为0.58。由图 2可以看出，径流跟降雨量的变化趋势 基本一致，1~6月的多年平均降雨量及多年平均径流 量均呈增加趋势，在 7月份都有相同的下降趋势，8~12 月又呈现下降趋势，说明径流量主要是受降雨量的影 响。 2) 年内分配不均匀系数 径流年内分配不均匀系数 Cvy 是用来衡量径流年 内分配的不均匀性，如下式(1)： Copyright © 2013 Hanspub 60  王妍，等：武江流域降水径流分配特征及变化趋势分析 第2卷 · 第1期 0 50 100 150 200 250 123456789101112 (mm) 月份 多年平均降雨量 多年平均径流量 Figure 2. The relationship diagram of the rainfall-runoff 图2. 降雨量与径流量关系图 2 12 11 12 i i vy k k C (1) 式中， ——径流年内分配不均匀系数； vy C i k——年内各月径流量； k——年内月平均径流量。 降雨的年内分配特征也根据降雨年内分配不均 匀系数 Cut 来衡量，计算结果见表2。 由式 1可以看出，Cvy 值越大即表示年内各月径流 量相差悬殊，年内分配越不均匀[8]。由表 2可知，在 20 世纪60 年代与 21世纪初，降雨和径流的年内分配 不均匀，20 世纪 70 年代~90 年代，降雨和径流的年 内分配相对均匀，且降雨量的年内分配不均匀系数大 于径流的年内分配不均匀系数，相对于径流而言，降 雨的年内分配更加不均匀。 2.2. 年际分配 本文采用变差系数 Cv、年际变化绝对比率 p和年 际分配不均匀系数 三个指标分析降雨、径流的年际 变化规律，并通过距平百分率来分析降雨、径流的多 年变化情况。 Table2. The statistical table of the annual distribution 表2. 年内分配指标统计表 时间 Cvy C ut 1959~1969 0.653261 0.685237 1970~1979 0.319287 0.339839 1980~1989 0.456812 0.482033 1990~1999 0.392525 0.413913 2000~2006 0.551986 0.588729 多年平均 0.478025 0.504816 1) 变差系数 变差系数 Cv由式(2)计算： v CR (2) 2 1 1N i iRR N (3) 1 1N i i R N R (4) 式中： 、R、 、 分别为年径流量/降雨量的标 准差、平均值、各年径流量(降雨量)和观测年数。 i RN Cv值反映年径流量(降雨量)的总体系列离散程 度， Cv值越大，离散程度越大，说明其年际变化剧烈， 对水资源的利用不利，而且易发生洪涝灾害；Cv值越 小，则其年际变化小，有利于水资源的利用[9]。 2) 绝对变化比率 绝对变化比率 p由式(5)计算： max min pR R (5) 式中：Rmax 和Rmin 为多年最大径流/降雨量和最小径流 /降雨量，p值反映了径流、降雨量两个极端值的倍数 关系，显示其不均匀程度，绝对变化比率越大，表明 径流/降雨年际变化越不均匀。 3) 年际变化不均匀系数 年际变化不均匀系数 由式(6)计算： max RR (6) 年际变化不均系数 反映年际变化的不均匀特 征， 越接近 1表明年际变化越均匀[10]。 根据表 3可知，武将流域降雨量和径流量的变差 系数分别为 0.21和0.31，说明径流的年际变化大于降 雨的年际变化；降雨量和径流量的绝对变化比率方分 别为 2.26 和4.71，说明实测的径流量不仅受到降雨量 变化的影响，还受到人类活动的影响，其程度跟降雨 对径流的影响程度相当；降雨量和径流量年际不均匀 系数分别为 0.70 和0.57，说明径流量的年际变化剧烈 Table 3. The statistical table of the inter-annual variability 表3. 年际变化指标统计表 指标 降雨量 径流量 变差系数 Cv 0.21 0.31 绝对变化比率 p 2.26 4.71 年际不均匀系数 0.70 0.57 Copyright © 2013 Hanspub 61  王妍，等：武江流域降水径流分配特征及变化趋势分析 第2卷 · 第1期 程度低于降雨量。 4) 距平百分率 采用距平百分率来分析降雨、径流的变化程度， 距平百分率由式(7)计算： 100% RR qR (7) 武江流域降雨、径流的距平百分率见图 3。由图 3得知，径流的变化幅度要大于降雨，说明流域径流 是受包括降雨在内的多因素的综合作用的结果，除主 要受到降雨影响外，径流还受到人类活动引起的下垫 面的改变的影响。 3. 变化趋势 3.1. 降雨变化趋势 降雨量的变化趋势如图 4表示，根据不同年份的 数据资料，可知武江流域总体降雨量较多， 1959~2009 年武江流域多年平均年降雨量为 1487.31 mm，1991 年降雨量最小，为 938.9 mm，1997 年降雨量最大， -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 (mm) 年份 径流量 降雨量 Figure 3. Anomaly percent of rainfall and runoff 图3. 降雨、径流距平百分率 y = 0.2457x + 1480.9 R² = 0.0001 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 1959 1966 1973 1980 1987 1994 2001 2008 (mm) 年份 Figure 4. Inter-annual change curves of rainfall 图4. 降雨年际变化曲线 为2127.7 mm。由图 4可知，总体上看，流域年径流 呈增加趋势，相关系数 0.05 0.2875rr ，表明这种 增加趋势在 0.05 显著性水平上是非显著的，整体 上武江流域年降雨量呈不显著增加的变化趋势。 3.2. 径流变化趋势 径流量的变化趋势如图5表示。1956~2006 年期 间，武江最小径流深为 318 mm，最大径流深为 1497 mm，多年平均径流深为863 mm。由图 5可知，总体 上看，流域年径流呈增加趋势，相关系数 ，表明这种增加趋势在0.05 0.2875rr 0.05 显 著性水平上是显著的。相对于降雨量而言，武江流域 的径流量有较明显的增加趋势。 3.3. 径流系数变化趋势 径流系数是反映降雨转化为径流的比例系数，反 映整个流域下垫面对降雨所产生的径流的影响程度。 由于本文使用的数据均为实测，则实测径流系数还可 以反映水资源利用等人类活动对降雨所产生径流的 影响。径流系数 K由式(8)计算得出： K RP (8) 式中，R代表径流深，P代表降雨量。 由图 6可以看出，1959~2006 年期间，武江流域 的径流系数呈不显著增加趋势，这是流域气象因素和 植被覆盖变化共同作用的结果，表明径流受到降雨影 响的同时，也受到人类活动的影响。 y = 3.5883x + 769.24 R² = 0.0393 300 500 700 900 1100 1300 1500 1956 1962 1968 1974 1980 1986 1992 1998 2004 (mm) 年份 Figure 5. Inter-annual change curves of runoff 图5. 径流年际变化曲线 Copyright © 2013 Hanspub 62  王妍，等：武江流域降水径流分配特征及变化趋势分析 Copyright © 2013 Hanspub 第2卷 · 第1期 63 y = 0.0017x + 0.5313 R² = 0.0579 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 1959 19651971 19771983 19891995 2001 年份 Figure 6. Inter-annual change curves of measured runoff coeffi- cient 图6. 实测径流系数年际变化曲线 4. 结果分析 由于武将流域在1969~1974年、1993~1998 年这 两个时间段内，降水丰沛，而 1980~1990 年的时间段 内，属于偏枯年份，所以在径流量的年际变化趋势图 里，在 19 世纪 80 年代有明显的下降趋势，所以此段 时间内降雨量是径流量减少的主要原因。 武江流域相对于我国其他流域而言，开发相对较 晚。武江流域的植被覆盖率在20 世纪80 年代为0.50， 90 年代为 0.49，21世纪初为0.48，覆盖率逐年降低， 且在 1994 年达到最低点，植被覆盖率仅为 0.45，所 以在 1994 年径流系数发生了突变。20 世纪 90 年代之 后，由于土地资源的不合理开发利用，武江流域的耕 地和森林遭到破坏，地表植被退化现象日益严重。植 被的退化，使得径流形成过程中的蒸散发量减少，地 表径流增多，在一定程度上增加了流域的产流能力， 径流系数增加。 5. 结论 1) 地表径流的年内分配与降雨的年内分配相似， 由于受到降雨的季节性影响，径流年内的分配也不均 匀，相对于径流而言，降雨的年内分配更加不均匀。 2) 径流量除受到降雨量变化的影响，还受到人类 活动的影响，其程度跟降雨对径流的影响程度相当， 径流量的年际变化剧烈程度低于降雨量。 3) 流域降雨和径流均呈现出增加趋势，在 0.05 显著性水平上，武江流域径流量比径流量的 增加趋势显著。 4) 由于植被的退化，流域的产流能力增强，流域 的径流系数呈不显著增加趋势。 参考文献 (References) [1] ZHANG, Q., XU, C.-Y., SINGH, V. P., et al. Multi-scale vari- ability of sediment load and stream flow of the Lower Yangtze River basin: Possible causes and implications. Journal of Hydro- log, 2009, 368: 96-104. [2] ZHANG, Q., XU, C.-Y., CHEN, Y. Q. D., et al. 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