第34卷第12期2012年12月2012，34（12）：2306-2315Resources ScienceVol.34，No.12Dec.，2012收稿日期：2012-04-25；修订日期：2012-08-21基金项目：国家自然科学重点基金（编号：50939003）；华东师范大学河口海岸学国家重点实验室开放基金（编号：SKLEC201205）；九江学院博士科研启动基金（编号：8869209）。
作者简介：赵军凯，男，河南新郑人，博士，主要研究方向为水文水资源。
E-mail ：junkaizhao@ 通讯作者：李九发，E-mail ：jfli@文章编号：1007-7588（2012）12-2306-10长江宜昌站径流变化过程分析赵军凯1，李九发2，戴志军2，王一斌2，张爱社1（1.九江学院生命科学学院，鄱阳湖生态经济研究中心，九江332000；2.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海200062）摘要：采用长江流域宜昌、寸滩和武隆站长系列水文资料，借助Mann-Kendall 统计分析、dbN 小波分析、径流集中度与集中期等方法对宜昌站几十年来径流量年际和年内变化，尤其是三峡工程运行对宜昌径流变化的影响进行了分析。
结果表明：近60年来宜昌站径流汛期有显著减少趋势，枯季则有不明显增加趋势，年内分配比例也发生了变化，在2000年-2010年时段表现最明显；2000年后，宜昌站2月（径流量最小月）和10月（汛期末端）径流有突变现象，径流跳跃点（2006年）恰好与三峡水库二期蓄水时间一致。
径流变化的时空分析结果证实，三峡工程运行加剧了长江上游径流汛期减少与枯季增加的趋势，使年内分配差异减小。
枯季水库增泄发电使同期坝下游径流量增加，保证了中下游枯季基流量；汛末蓄水使同期坝下游长江径流量减少，可能使枯水年中下游提前进入枯水季节；这必将对长江中下游地区的水资源利用乃至生态环境产生深远影响。
关键词：长江；宜昌水文站；三峡工程；径流量；洪枯季；统计分析方法1引言长江是我国第一大河，以径流量大而著称于世。
由于近几十年来长江流域高强度人类活动，流域出现了生态环境问题[1-3]。
世界自然基金会（WWF ）指出长江是全球已经出现水资源短缺的十条河流之一[4]。
长江径流特征及其变化问题已引起了国内外学者普遍关注[5-9]。
府仁寿宏观分析了长江干支流各主要水文站水沙变化趋势[10]；夏军等分析了长江流域上游径流变化及其原因，认为长江上游干流径流有微弱减少趋势，主要是由于气候发生变化的结果[11]；邹振华等分析了人类活动对长江径流特性的影响，认为人类活动已经改变了长江径流的特性[12]；黄峰等在对长江上游枯水期及10月径流情势分析的基础上，得出长江径流变化可能是上游水库运行所致等[13]。
可见，三峡工程运行是否对宜昌站径流变化产生影响急需进一步研究。
2研究区域三峡大坝建在长江上游，宜昌水文站位于大坝下游43km 处，寸滩水文站位于三峡大坝上游，武隆水文站位于乌江下游（图1）。
显然，寸滩和武隆的来水量都汇入三峡水库，经水库调蓄后宣泄而下。
宜昌水文站是长江干流重要节点水文站，表征上游的径流量，其多年平均径流量为4321亿m 3，其中汛期5月-10月份径流量3412亿m 3，占全年78.96%；枯季径流量仅909亿m 3，占全年的21.04%。
寸滩站是长江上游干流的重要水文站，多年平均径流量3478亿m 3，是构成宜昌站径流量的主要部分，占宜昌站径流量的80.50%，其中汛期径流量2786亿m 3，占全年的80.10%。
武隆站代表乌江汇入长江干流的径流量，其多年平均径流量为495亿m 3，占宜昌站径流量的11.46%。
2012年12月赵军凯等：长江宜昌站径流变化过程分析3数据来源与研究方法3.1资料收集数据采用了长江流域宜昌、寸滩和武隆水文站的水文资料[14-16]。
主要包括长江干流宜昌1950年-1999年的月平均流量和2000年-2010年的日平均流量资料；寸滩站和武隆站2000年-2010年日流量资料。
3.2研究方法3.2.1Mann-Kendall 方法Mann-Kendall 是非参数统计分析法，简称M-K 法，国内外学者常用该方法来分析水文变量的趋势变化和突变现象，其优点是变量不需要服从一定分布，而且检验精度高[17-18]。
用M-K 法进行趋势性检验时，M 为正值表明原序列有上升的趋势，负值表示原序列有下降的趋势；当M 的绝对值大于或等于1.96时，表示通过了α=0.05的显著性水平检验。
用它进行突变分析时，通过秩和检验法来检验跳跃点的显著性[19]，统计量U 的绝对值大于或等于1.96时，表示通过了α=0.05的显著性水平检验。
3.2.2dbN 小波分析法小波分析（Wavelet Analy-sis ）是Fourier 分析发展史上的里程碑，具有时频同时局部化的优点，被誉为数学“显微镜”[20-21]。
Daubechies 小波由著名小波学者Ingeid Daubechies 所创造，它由一系列小波组成。
该系列小波简写为dbN ，其中N 表示阶数。
研究发现：在分析时间序列突变信号时，db5与db2、harr 小波相比，db5小波效果最好，此小波分解后的3层高频系数重构图形可以清楚的确定出序列突变点的位置[22-23]。
因此，本次采用db5小波来分析日径流序列的变化突变性。
3.2.3径流年内分配的研究方法集中度与集中期是由汤奇成等人引入径流年内分配的分析方法[24]，把一年内各月的径流量作为矢量，将一年中各月径流按矢量求和，合矢量的模与年径流的百分比为年径流集中度（R d ），合矢量方向（方向角度）为年径流集中期（R p ）。
集中度的意义是反映径流量在年内的集中程度。
集中期是指各径流向量合成后的方向，反映全年径流量集中的重心所出现的时期（月份）。
系数C vy 是反映径流年内分配不均匀性一个指标，C vy 越大，表明各月径流量相差越悬殊，即年内分配越不均匀，反之相反。
4宜昌径流变化过程分析4.1实测资料年际分析1950年-2010年宜昌站不同时期多年平均径流变化过程如图2。
图2显示：近60年来宜昌年径流量在1954年达最大值5752亿m 3，2006年达最小值2873亿m 3；不同年份有波动现象：1960s 、1980s 到1990s 前期和1990s 后期到2000s 中期年径流量偏图1研究区域示意Fig.1Hydrologic stations and study area2307第34卷第12期资源科学大，而1970s中期、1990s中期和2000s后期径流量相对偏少；总的来说年径流量有减少的趋势。
汛期、径流最大月（7月）和汛期末端（10月）径流变化过程与年径流变化过程相似，并且都有减少的趋势；不同的是10月径流减少趋势更明显，尤其2006年之后迅速减少，这可能与三峡水库汛末蓄水有关。
枯季（11月至翌年4月）和径流最小月（2月）径流过程起伏不大。
这是因为，枯季和2月径流量较少，变化绝对量不大。
4.2趋势性分析利用M-K法计算宜昌站61年径流变化趋势结果见表1。
表1显示：宜昌站全年、汛期、7月和10月径流都有减少的趋势，其中汛期和10月径流减少趋势显著，它们的M值分别为-2.2和-3.02，尤其是10月径流减少趋势通过了置信度99%的检验。
枯季和2月径流都呈现增大趋势，其M值分别为0.40和3.62，其中2月份径流呈显著增大趋势，通过了置信度99%的检验。
可见，宜昌年径流呈不显著的减少趋势，汛期径流则呈显著减少趋势，枯季却有不显著的增加趋势。
4.3突变分析利用M-K法分别对宜昌站1950年-2010年全年、汛期和10月份径流序列进行突变分析，结果见表2。
表2显示：年径流序列跳跃点分别为1969年、1998年和2003年，分成的各时段年均流量差值分别为-1000m3/s、1000m3/s和-2300m3/s；汛期径流序列与年径流序列的跳跃点完全相同，分成各时段的平均流量差值分别为-2500m3/s、3400m3/s、-4400m3/s；10月份径流序列跳跃点只有2003年，前后两时段平均流量相差5100m3/s。
显示：1950年-2010年宜昌站不同径流序列都有突变现象，在2000年之后有一个相同的跳跃点2003年，秩和检验结果都是显著；其中10月份径流序列突变最明显，前后两时段平均流量差值达到所有跳跃点中的最大值，其秩图2宜昌站年径流变化过程Fig.2The variety process of annual runoff inYichang gauging station表1宜昌站径流趋势性检验结果Table1The trend inspection results of runoff in Yichang gauging station表2宜昌站径流序列跳跃点分析Table2Analysis on the break point of runoff series 23082012年12月赵军凯等：长江宜昌站径流变化过程分析和检验U 值为-3.64，通过了置信度为99%的检验（表2、图3）。
4.4年内分配分析1950年-2010年宜昌站各年代径流年内分配比例计算结果见表3。
可以看出：对多年平均来说，汛期集中了年内的主要径流量，占全年的79%，枯季径流量较少，只占21%；2月份径流量最少，占全年的2.2%，7月份径流量最大，占18.4%；6月、7月、8月、9月、10月径流量比较大，所占比例都大于10%。
由表4可以看出：多年平均宜昌径流集中度为46.0%，集中期为236°，这与宜昌站汛期径流各月变化相比是一致的，虽然径流绝对变化幅度为699亿m 3，但相对变化幅度只有8.3%。
一年之内径流变化为：夏季最高（46%），秋季次之（31.7%），春季较少（13.9%），冬季最少（8.5%）。
4.5年内分配的年际变化汛期径流量年内分配比例的变化具有年代际波动性。
从1950s 到1980s ，波动幅度较小，到1980s 达到最大值80.0%，之后加速减少，2000年-2010年达到最小值76.9%；枯季径流量年内分配与之相比有相反的变化过程，先增大后减小，然后又增大，其中1980s 达到最小值20.0%，2000年-2010年达到最大值23.1%。
近60年来，7月径流年内分配比例变化情况是先减小再增大，然后又减小，其中1990s 达到最大值20.0%；2月年内分配比例在1950s-1980s 期间基本稳定在2.1%左右，1980s 以后迅速增加，2000年-2010年达到最大值2.7%；10月年内分配比例自1960s 至2000年-2010年没有波动情况，而是持续减少，2000年-2010年达到最小值9.1%。