长江大通站径流量的丰平枯水年划分探讨

,,, (.河海大学 海洋学院，南京 0098；. 解放军理工大学 气象海洋学院，南京 0)

1 研究背景

在气候系统、下垫面因素以及人类活动等多种因素的综合影响下，河川径流量呈现出复杂的年内和年际变化[1]。对径流量的丰平枯(即丰水、平水、枯水)类型划分的深入研究，是认识水文动力系统演化特征的需要，对水资源开发和利用有重要的意义[2-3]。

长江是亚洲第一大河，入海水量占世界第五位[4]。长江入海冲淡水及其携带的物质对长江口及其邻近海域的海洋环境有重要影响，甚至影响西太平洋物质循环。大通水文站距离长江河口642 km，是长江干流下游具有长期观测资料的水文控制站，也是海洋潮汐影响的上界，目前，通常用大通水文站径流量代表长江的入海径流量[5-6]。长江洪季(5—10月份)径流量占71.1%，枯季(11月份—次年4月份)径流量占28.9%[7]。在枯季，长江口盐度对径流量的变化非常敏感，当径流量急剧减小时，高盐水向河口上游上溯，形成盐水入侵，严重威胁上海市用水安全。在长江河口环境、尤其是枯季盐水入侵研究中，大通径流量一直有重要地位。

但是一些学者认为大通径流量和长江口实际入海径流量仍有一定差别[5,8-10]。大通以下区间集水面积约9.5万km2，占长江全流域面积的5.3%，巢湖、太湖等众多水系与长江相通，且具有向长江排水或引水的功能。大通以下河段还有引水闸、抽水站、南水北调东线工程等抽引水工程。张二凤等[5]的研究表明，在枯季受抽引水影响，长江实际入海径流量<大通径流量，而且在丰平枯年份有明显差异，在特枯年份入海径流量减少的幅度更大。因此，大通站径流量丰平枯年份的划分，可以作为分析枯季长江入海径流量及盐水入侵的一个重要依据。

目前对河流丰平枯水年的划分一般采用年平均径流量[11-15]，但长江径流量在洪、枯季差别很大，以年平均径流量划分的丰平枯水类型能否代表枯季的水文状况，缺乏深入讨论。本文采用大通站多年径流量资料，讨论以不同指标(年平均、洪季平均、枯季平均、枯季月平均径流量)划分丰平枯水类型的差异，以期为长江径流量的相关研究提供参考。

2 长江丰平枯水年径流量划分标准的确定

表1 丰平枯水年的频率划分标准[15]Table 1 Classification standard of high/medium/low flowyear according to frequency[15]

表2 长江丰平枯水年的径流量划分标准Table 2 Runoff corresponding to the aforementioned classification standard according to frequency

径流量序列一般服从P_Ⅲ型(即皮尔逊Ⅲ型)概率分布[15]。本文采用大通水文站1946—2011年逐月的月平均径流量资料，基于径流量的经验频率序列，建立满足P_Ⅲ型概率密度分布的计算频率序列，通过径流量的计算频率序列，确定丰平枯水年径流量划分标准。

P_Ⅲ型概率密度分布函数为

其中：

根据径流量资料序列计算EX,CV,CS,α,β,b,Γ(α)，就可以确定径流量的P_Ⅲ型概率密度分布函数，得到更连续的频率序列，称为计算频率序列。但是在径流量资料样本数不够多的情况下，计算的EX,CV,CS有一定误差，影响α,β,b,Γ(α)及f(x)，可能导致P_Ⅲ型概率密度分布函数绘制的径流量-计算频率曲线与经验频率序列绘制的径流量-经验频率曲线吻合不好，一般需要对CV,CS进行适当调整，使得径流量-计算频率曲线与径流量-经验频率点基本吻合，调整方法见文献[17]。根据调整后的径流量-计算频率曲线，确定丰平枯水年频率划分标准对应的径流量。

本文利用大通站径流量资料建立9组样本数为66的径流量资料序列。第1组对每年的径流量进行平均处理，得到年平均径流量资料序列；第2组对每年5—10月的径流量进行平均处理，得到洪季平均径流量资料序列；第3组对每年1—4月和11—12月的径流量进行平均处理，得到枯季平均径流量资料序列；第4至第9组分别是每年1—4月、11—12月的月平均径流量，得到枯季各月的月平均径流量资料序列。对于这9组径流量资料序列，采用上面的方法求解经验频率和计算频率，并且绘制径流量-经验频率曲线和径流量-计算频率曲线。图1给出了4月份平均径流量序列的经验频率和计算频率曲线，两者吻合良好。其他8组径流量序列的经验频率和计算频率曲线也较好地吻合。

图1 4月份平均径流量资料的计算频率与经验频率曲线Fig.1 Curves of calculated frequency and empirical frequency of monthly-mean runoff data in April

根据上述9组径流量资料序列的计算频率曲线，确定表1 丰平枯水年频率划分标准所对应的径流量，得到9组径流序列的丰平枯水年径流量划分标准，详见表2。

由表2可知，1月份和2月份的丰平枯水年径流量划分标准差别不大，这2个月一般是径流量最少的2个月份，也是最容易发生盐水入侵的月份。在这2个月份前后的时间段，3月份和12月份的丰平枯水年径流量划分标准接近，4月份则和11月份也很接近，划分标准对应的径流量在逐步增大，这和长江径流量从冬到夏的季节变化趋势相符。

3 长江径流量丰平枯水年划分结果分析

利用表2的长江丰平枯水年径流量划分标准，对1946—2011年的9组径流量序列进行特枯、偏枯、平水、丰水、特丰水年的等级划分，划分结果见表3。

表3 长江径流量丰平枯水年划分结果Table 3 Classification result of high/medium/low flow year in the Yangtze River

注:1为特枯水年，2为偏枯水年，3为平水水年，4为丰水水年，5为特丰水年

由表3可见，9组序列的丰平枯水年结果有比较大的差异。以1946年为例，全年平均径流量属于平水年。但是，该年的洪季平均径流量相对于多年的洪季径流量而言，属于丰水年；而该年的枯季平均径流量相对于多年的枯季径流量而言，又属于特枯水年；枯季各月平均径流量的等级则介于特枯水年和平水年之间。

进一步对表3中枯季平均、洪季平均与年平均径流量划分丰平枯水年的不吻合次数进行统计。以枯季平均和全年平均径流量划分的丰平枯水年为例，统计规则为：两者的等级序号不相等时，定义为“不一致”；两者的等级序号相差为3或4时，定义为“严重不一致”。表4给出了统计结果。

从表4可以看出，洪季平均与年平均径流量划分丰平枯水年不一致的共有17次，占全部年份的26%，两者的吻合度为74%,无严重不一致的情况。而枯季平均与年平均径流量划分丰平枯水年不一致的有41次，占全部年份的62%，两者的吻合度为38%,也无严重不一致的情况。

表4 枯季平均、洪季平均与年平均径流量划分丰平枯水年的结果对比Table 4 Classification result according to annual averagerunoff in comparison with those according to dry-season average and flood-season average runoff

类似地，表5给出枯季各月平均与年平均径流量划分丰平枯水年不吻合的次数。

表5 枯季月平均与年平均径流量划分丰平枯水年的不吻合次数Table 5 Number of misfits between classification result according to dry-season monthly average runoff andthat according to annual average runoff

表6 枯季月平均与枯季平均径流量划分丰平枯水年的不吻合次数Table 6 Number of misfits between classification result according to dry-season monthly average runoff andthat according to dry-season average runoff

由表5可见，枯季6个月中，月平均与年平均径流量划分丰平枯水年不一致的次数在34～51之间，占全部年份的52%～77%，平均为67%,两者的吻合度为33%,。各月平均与年平均径流量划分丰平枯水年还存在严重不一致的情况，次数在1～8之间。其中，1月份和2月份的月平均与年平均径流量划分丰平枯水年不一致的次数分别为41次、51次，严重不一致的次数分别为8次、5次。

表6给出了枯季各月平均与枯季平均径流划分丰平枯水年不一致的统计情况。

如表6所列，枯季6个月中，月平均与枯季平均径流量划分丰平枯水年不一致的次数仍比较多，在35～46之间，占全部年份的53%～70%，平均为59%。4月份平均与枯季平均径流量划分丰平枯水年，没有严重不一致的情况，其他月份仍存在1～4次严重不一致。1月份和2月份的月平均与年平均径流量划分丰平枯水年不一致的次数分别为41次、37次，严重不一致的次数分别为4次、1次。

4 结 论

本文采用保证率划分丰平枯水年的方法，对66 a历程长江径流量资料构建的9种径流量序列资料，分别给出了满足P_Ⅲ型概率分布的计算频率曲线，得到年平均径流量、洪季平均径流量、枯季平均径流量、枯季各月平均径流量的丰平枯水年划分标准。以此为依据，进行了各个年份的丰平枯水年划分，得到以下结论：

(1)枯季平均与年平均径流量划分丰平枯水年的差别非常大，洪季平均与年平均径流量划分丰平枯水年的差别则不大，这与长江径流量以洪季显著占优的规律一致，即年平均径流量主要由洪季径流量决定。因此，以年平均径流量划分的丰平枯水年，能较好地反映洪季水文特征，对枯季水文特征的代表性则比较差。

(2)枯季各月平均与年平均径流量划分丰平枯水年的差别更大，它们也与枯季平均径流量划分丰平枯水年有非常大的差别。以年平均或枯季平均径流量划分的丰平水年，都不能较好地反映枯季各月的水文特征。

对于长江口的各种研究来说，可以考虑采用多种径流量指标划分丰平枯水年。对于长江口枯季盐水入侵研究而言，通常以年平均径流量划分丰平枯水年的方法可能有较大的局限性，很有必要以月平均径流量划分丰平枯水年。

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