全 文 ：第 35 卷第 16 期
2015年 8月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.35,No.16
Aug.,2015
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室(江西师范大学)主任开放基金资助项目(ZK2013006); 安徽省高校引进“领军人才冶专项
项目
收稿日期:2014鄄04鄄08; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄09鄄30
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zhangq68@ mail.sysu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201404080664
刘剑宇, 张强, 顾西辉.水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量.生态学报,2015,35(16):5477鄄5485.
Liu J Y, Zhang Q, Gu X H.Evaluation of ecological flow with considerations of hydrological alterations in the Poyang Lake basin.Acta Ecologica Sinica,
2015,35(16):5477鄄5485.
水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量
刘剑宇1,2, 张摇 强1,2,3,*, 顾西辉1,2
1 中山大学水资源与环境系, 广州摇 510275
2 中山大学华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室, 广州摇 510275
3 宿州学院地球科学与工程学院, 宿州摇 234000
摘要:受气候变化和人类活动综合影响,鄱阳湖流域水文状况发生变异。 河流生态系统适应了变异前的水文状况,变异后势必
会影响当地生态系统。 基于此,采用 8种变异检测方法对水文变异进行综合诊断,阐明水文变异原因。 在此基础上,采用 15种
概率分布函数分别拟合 5站各月变异前日流量序列,最终确定 5站点各月最优分布函数及所对应的概率密度最大处的流量,即
得河道内生态流量。 研究表明:(1)抚河于 1962年发生弱变异,赣江、修河于 1968年发生中变异,信江、饶河于 1991 年发生弱
变异;(2)变异后,赣江、信江、饶河、修河生态需水满足率平均上升 11%,抚河生态需水满足率下降 32%;(3)水文变异增加提高
生态需水满足率,水利工程建设降低年均生态需水满足率、提高干季生态需水满足率。 高森林覆盖率提高干季生态需水满足
率,对年均生态需水满足率影响不明显。 研究结果为鄱阳湖流域水资源管理及区域水资源规划与配置提供重要科学依据。
关键词:鄱阳湖流域; 生态流量; 水文变异
Evaluation of ecological flow with considerations of hydrological alterations in the
Poyang Lake basin
LIU Jianyu1,2, ZHANG Qiang1,2,3,*, GU Xihui1,2
1 Department of Water Resources and Environment, Sun Yat鄄sen University, Guangzhou 510275, China
2 Key Laboratory of Water Cycle and Water Security in Southern China of Guangdong High Education Institute, Sun Yat鄄Sen University, Guangzhou
510275, China
3 School of Earth Sciences and Engineering, Suzhou University, Suzhou 234000, China
Abstract: Fluvial hydrological processes within the Poyang Lake basin are significantly altered under the influence of
human activities and climate changes. Poyang Lake is the largest freshwater lake and plays an important role in conservation
of biological diversity and also in flood mitigation in the Yangtze River basin. In this case, ecological instream streamflow is
also altered and the ecological environment is potentially affected under the influences of altered hydrological processes.
With consideration of hydrological alterations, re鄄evaluation of ecological instream streamflow will be of great scientific and
practical merit in terms of water resource management and conservation of ecological environment. We use the Hurst
coefficient method to preliminary analyze the degree of alterations in five major tributaries of the Poyang lake basin. Then we
use eight mutation testing methods to comprehensively investigate change points. We use 15 kinds of probability distribution
functions to fit respectively daily flow for each month before occurrence of the hydrological alterations. Finally, the monthly
optimal distribution functions and corresponding streamflow with the largest probability are determined and computed, and
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accepted as the ecological instream streamflow. Results indicate that: (1) main causes behind the hydrological alterations of
the Gan, Xin, Rao and Xiu Rivers are the climate changes such as the precipitation changes observed in this study.
However, the Hu River is mainly affected by human activities; ( 2) due to large amounts of water diversion irrigation
system, hydrological processes in the Hu River were significantly altered after 1962. The hydrological alterations of the Gan
and Xiu Rivers occurred in 1968. The East Asian Summer Monsoon led to anincrease of precipitation during the mid鄄1960s;
The Xin, Rao Rivers were dominated by significant hydrological alterations in 1991. Increase of precipitation in the early
1990s is the main cause behind this hydrological alterations that occurred in the 1960s;(3) The increase of forest coverage
and the construction of water conservancy are expected to improve the satisfaction rate of the ecological water requirement in
the dry season. The satisfactory rate of ecological water requirement in the dry season is higher than that in the wet season in
the Rao, Gan, and Xiu Rivers. However, the Fu and Xin Rivers do not follow this trend. The forestation and increased
vegetation coverage can greatly alter the spatiotemporal distribution of water or runoff and can significantly increase the
runoff during the dry seasons. Woodland has an important influence on the changes of runoff. Due to the large forest
coverage, the ecological instream flow is greatly satisfied during dry seasons in the Rao River when compared to the other
four rivers. A difference is found in the Gan River in terms of water requirements of ecological instream flow between wet
and dry seasons. The number of reservoirs in the Gan River basin is high when compared to the other four tributaries of the
Poyang Lake basin that were considered in this study. Forest coverage in the Xiu River basin accounts for 64.4% of the total
area, which is ranked the second largest in the Poyang Lake. However, the difference between wet and dry seasons is small.
The quantity and scale of the reservoir in the Xiu River basin falls far behind others. Therefore, the regulation activities of
the reservoirs in Xiu River basin is not evident than other river basins. On the contrary, the satisfactory rate of ecological
water requirements for the dry season is below that for the wet season in the Fu and Gan River. The rate of forest coverage in
those two basins is far less than in other basins. The ability to regulate the forest is limited. These results will provide an
important scientific basis for the planning and management of water resources within the Poyang Lake basin under a
changing environment.
Key Words: Poyang Lake basin; ecological streamflow; hydrological alterations
在全球气候变化和人类活动共同作用下,河流水文过程发生显著变异[1],改变了流域生态系统已适应了
的变异前的水文状态[2]。 为科学、合理计算河流生态需水,保障河流生态系统良性发展,有必要在水文变异
的基础上对河流生态需水进行研究。 崔瑛等[3]回顾了国内外生态需水的研究进展,认为生态需水尚无统一
认可的概念。 李捷等[4]提出逐月频率计算法,通过与 Tennant法对比得出该方法的优缺点及适用范围。 张华
等[5]运用水文平衡原理构建湖泊生态需水模型,估算了东居延海不同湖面面积下的生态需水量。 李剑锋
等[6]提出考虑水文变异的河道内生态需水计算方法,对黄河干流各站的月平均流量序列进行生态需水计算。
但相关研究尚未在鄱阳湖流域开展。 鄱阳湖湿地是我国最大的淡水湖生态湿地,对维系区域和国家生态安全
具有重要作用。 受人类活动与气候变化影响,该流域气象水文过程发生显著变异,变异后势必会对当地以及
鄱阳湖湖区生态系统造成不同程度的影响。 国务院于 2009年正式批复《鄱阳湖生态经济区规划》,这标志着
鄱阳湖生态经济区正式上升为国家战略。 因此,研究鄱阳湖流域生态需水更具有实践意义。
本文对鄱阳湖流域水文变异情况下,探讨:1)采用 M鄄K检验法、累积距平法、有序聚类法等八种变异诊断
方法对变异点进行系统检测,增加变异检验的可信度;2)选用 Log鄄Logistic分布、Weibull分布、Pearson鄄III 型分
布等 15种概率分布函数分别对各站点各月份变异前的日流量序列进行拟合分析;3)在拟合优度检验方面,采
用 3种拟合优度检验方法对概率分布函数进行拟合优度分析,更好的反映站点水文特征。 并通过对变异前后
生态需水满足率的变化,分析讨论水文变异对河道内生态需水的影响。 该项研究对科学分析计算河道内生态
需水具有重要理论意义,对鄱阳湖流域水资源管理具有重要参考价值。
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1摇 研究区概况与数据来源
图 1摇 鄱阳湖流域、主要水文站点、水库、灌区位置示意图
摇 Fig. 1 摇 Location of Poyang Lake, hydrological stations, water
reservoirs and irrigation areas in the Poyang Lake Basin
鄱阳湖是我国第一大淡水湖,流域面积 16. 22 万
km2,占长江流域面积的 9%。 鄱阳湖入湖水量主要受
赣江、抚河、信江、饶河、修河五大支流(以下简称“五
河冶)影响,构成山江湖一体的核心鄄边缘结构体系[7]
(图 1)。 鄱阳湖地处亚热带季风气候区,降水量季节分
配不均,流域大部分地区 4—6 月降水总量占全年降水
总量的 45%—50%。 鄱阳湖流域共建有大中型水库
208 座,总库容 204.2 亿 m3,10 个大中型引水灌溉渠
系,其中大于 6 670 hm2以上的灌区有 7个(图 1)。
本文数据为鄱阳湖流域水系“五河冶主要控制站的
日流量(表 1),数据来源于江西省水文局。 部分缺失数
据通过与相邻的水文站水文序列建立回归关系进行插
补(R2>0.8)。
2摇 研究方法
受气候变化和人类活动的双重影响,水文序列往往
发生变异,使水文序列分布发生改变。 河流生态系统适
应了变异前的水文状态,变异后势必影响当地生态系
统。 基于此,本文首先对研究区域河流水文序列进行变
异检验分析,再结合生物系统基础理论对鄱阳湖流域生
态需水进行研究。
表 1摇 鄱阳湖流域水文站流量数据
Table 1摇 Detailed information of hydrology station and stream flow in Poyang lake region
河流
River
站名
Stations
集水面积 / km2
Catchment area
资料长度
Length of data
缺失资料时期
Missing data period
多年平均径流量(伊108m3)
Average annual runoff
赣江 外洲 80948 1955—2005 545.4
信江 梅港 15811 1953—2005 186.5
抚河 李家渡 15535 1955—2005 130.1
饶河 虎山 6374 1953—2005 1977—1978年,1981年的 1—8月 69.1
修河 万家埠 3548 1955—2001 29.0
2.1摇 水文变异检验方法
变异点检验方法众多,李剑锋等[6]使用滑动秩和检验法对黄河干流水文变异进行了分析,马岚等[8]利用
重新标度极差分析法对石羊河下游径流变异进行了检测。 考虑到单一检测方法有其适用流域的局限性,本文
采用 Hurst系数法对变异程度进行初步分析,并选用 M鄄K 检验法、累积距平法、有序聚类法、Lee鄄heg 法、滑动
T检验法、滑动 F检验法、滑动游程检验法和滑动秩和检验法八种方法对水文变异进行综合诊断。
2.2摇 生态需水计算方法
若水文变异诊断存在变异点,则认为水文序列的总体分布不一致,不符合水文资料的一致性要求。 可以
认为流域生态环境适应了变异前的水文状态,因此计算河道内生态流量时,只考虑变异前的水文序列。 若水
文序列不存在变异点,则采用整个水文序列计算生态需水。
9745摇 16期 摇 摇 摇 刘剑宇摇 等:水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量 摇
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流量作为河流生态系统最重要的环境因子之一,可以作为河流生态环境的重要考察指标。 生态适宜性理
论[9]认为,生物在适宜的环境中,生物数量最多,生长最好;随着生态因子偏离适宜值,生物生长繁殖速度减
慢;当超过生物耐受区间,生物数量即会减少,直至消亡。 长期的自然选择促使生物适应出现频率较高的环境
因子。 因此,本文取概率密度最大处流量作为适宜生物生长繁殖的生态流量。 Green 等[10]研究指出,任一种
概率分布函数只可能对某种分布或者某个子样本容量的检验效果较好,并不存在一种占绝对优势的概率分布
函数。 采用 Log鄄Logistic 分布、Weibull 分布、Pearson鄄III 型分布等[11]15 种分布函数对 5 个站点变异前各月流
量序列进行拟合,并采用 Kolmogorov鄄Smirnov(K鄄S)、Anderson Darling(A鄄D)和 Chi鄄Squared(C鄄S) [12] 3 种检验
方法进行拟合优度检验分析。
3摇 变异点检验及成因分析
3.1摇 变异点检测
采用 Hurst系数法对变异程度作初步检验,虎山、李家渡、梅港、外洲、万家埠三站 Hurst系数分别为 0.63、
0.51、0.62、0.71、0.76,根据谢平等[13]基于 Hurst系数对变异程度的划分,虎山、李家渡、梅港三站为弱变异,外
洲、万家埠两站为中变异。 采用 M鄄K 检验法、累积距平法、有序聚类法等方法[14]对具体变异点进行综合检
测,将可能变异点中权重最高的年份作为最终变异点(表 2)。
表 2摇 变异点综合诊断结果
Table 2摇 Results of comprehensive diagnosis for variation
站点
Stations
变异点(年份)
Variation point
变异点评分之和
Variation score
综合权重
Comprehensiveweight
检验方法
Testmethod
虎山 1991 4 0.57 累积距平法、有序聚类法、滑动游程检验法、滑动 T 检验法
李家渡 1962 3 0.50 累积距平法、有序聚类法、Lee鄄heg、有序聚类法、滑动 T检验法
梅港 1991 2 0.40 Lee鄄heg、有序聚类法、滑动 T检验法
万家埠 1968 4 0.57 滑动秩和检验、累积距平法、滑动 T 检验法、有序聚类法、Lee鄄heg
外洲 1968 2.5 0.42 累积距平法、有序聚类法、Lee鄄heg
虎山、梅港和李家渡三站的年径流量均发生了弱变异,变异点分别是 1991、1991、1962 年;万家埠和外洲
两站年径流量发生了中变异,变异年份同为 1968年。 各站点水文序列变异点被多种方法同时检测出,增加了
变异点存在的可信度。
3.2摇 水文变异成因分析
整个鄱阳湖流域近 50年来气候变化明显。 鄱阳湖流域降雨量呈增加趋势,蒸发量呈下降趋势,降雨量在
20世纪 60年代中后期以及 90年代初发生突变增加,蒸发量明显减小[15]。 运用一元线性法对径流序列进行
趋势分析,发现信江、饶河、赣江、修河四河径流序列都有不同程度的增加趋势,这与鄱阳湖流域降水量突变增
加、蒸发量突变减少基本相符,水利工程等会引起径流量减小,因此,气候变化是上述四河径流突变增加的主
要原因。 相反,抚河径流序列的线性系数为-1.318,趋势减少,如果径流突变由气候变化主导,那径流变异应
该是突变增加,因此,抚河水文变异主要受人类活动的影响。
各站点变异具体成因分析
(1)信江、饶河摇 鄱阳湖流域年降水量在 1990 年突变增加,夏季降水量和暴雨频率在 1992 年突变增
加[16],与梅港、虎山两站水文序列 1991年变异时间点基本一致。 饶河从水库数量、规模和级别上都落后于其
他流域,水利工程对降雨径流的调蓄较少,径流量受水利工程影响较小。 因此,气候变化是引起信江、饶河两
河水文变异(增加)的主要原因。
(2)赣江、修河摇 东亚夏季风在 20 世纪 60 年代中后期发生了一次突变,由正常偏强夏季风转为弱夏季
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风[17]。 夏季风减弱,南方降水增多,平均气温降低,蒸发量减少,导致年降水量在 60年代中后期发生突变。 年降
水量的增加和蒸发量的减少是引起两河径流变异增加。 这与本文检测出的赣江、修河径流变异时间大致相同。
(3)抚河摇 李家渡上游有赣抚平原灌区(1958—1960)、洪门水库(1958—1961)。 赣抚平原水利工程
1958年动工,1960 年秋开始收益,东西灌渠设计引水流量分别为 60m3 / s、107 m3 / s,占抚河多年平均流量的
42%;洪门水库为江西四大水库之一,始建于 1958 年,1961 年开始蓄水,流域面积 2736km2,最大库容 12 亿
m3。 本文检验出的变异时间与洪门水库和赣抚平原灌渠建成时间相近,表明人类活动是导致抚河水文变异
的主要原因。
4摇 结果分析
4.1摇 生态需水计算结果
根据变异点发生年份将水文序列分段,选用变异前序列计算河道内生态需水。 将概率密度最大处流量作
为河道内生态流量,求概率密度最大处流量。 以赣江外洲站 4月份为例,选用上述 3种检验方法对 15 种分布
函数进行拟合优度分析,综合检验结果表明 Johnson SB分布为外洲站 4 月份水文序列最优概率分布函数(表
3)。 同时,以该月为例比较了几个概率分布函数的理论概率分布曲线与经验概率分布(图 2),认为 Johnson
SB法与经验概率分布吻合更好。
表 3摇 外洲站 4月逐日流量的 15种概率分布函数拟合优度检验表
Table 3摇 The 15 kinds of probability distribution functions to fit respectively daily flowat the April of Waizhou station
分布函数
Distributionfunction
K鄄S检验 Kolmogorov Smirnov
检验值 Testvalue 排序 Rank
A鄄D检验 Anderson Darling
检验值 Testvalue 排序 Rank
C鄄S 检验 Chi鄄Squared
检验值 Testvalue 排序 Rank
Johnson SB分布 0.028 1 0.388 1 10.5 1
三参数 Burr分布 0.031 2 0.418 2 12.0 6
Pearson鄄III型分布 0.033 3 0.456 3 11.7 5
Fatigue Life分布 0.035 4 0.571 5 10.5 2
逆 Gaussian分布 0.035 5 0.589 6 10.7 3
Weibull分布 0.036 6 0.480 4 10.9 4
广义 Pareto分布 0.040 7 64.6 12 N / A
Log鄄Logistic分布 0.046 8 1.31 7 11.8 6
Log鄄Gamma分布 0.078 9 4.92 8 29.2 8
Hyper Secant分布 0.108 10 6.76 9 29.4 9
Frechet分布 0.139 11 17.0 10 67.2 10
Pareto二型分布 0.246 12 41.0 11 132.0 11
Pareto一型分布 0.393 13 93.0 13 623 12
Dagum分布 0.513 14 148 14 N / A
四参数 Burr分布 N / A N / A N / A
采用相同方法对其它各站点站逐月日流量序列进行拟合优度检验分析,得到相应水文序列最优分布函数
与生态流量(表 4)。
选用 15种分布函数对 5个站点变异前水文序列进行系统分析,并采用 3 种检验方法对拟合优度综合检
验。 检验分析发现,不同子流域、不同月份最优分布函数存在差异。 因此,按不同流域、不同月份水文序列分
别进行概率分析是必要的。
在拟合优度综合检验过程中发现,某种分布函数在一种拟合优度检验方法下是最优的,但另外一种方法
检验效果却非常差。 例如对外洲站 5月份水文序列分布函数的拟合检验, K鄄S 检验广义 Pareto 分布为最优,
A鄄D检验为最劣,C鄄S检验拒绝。 故选用 A鄄D检验、C鄄S 检验最优的,K鄄S 检验第二的 Johnson SB 分布作为外
洲站 5月份最优分布函数。 因此,采用多种方法对概率分布函数拟合优度进行综合检验更为合理。
1845摇 16期 摇 摇 摇 刘剑宇摇 等:水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量 摇
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图 2摇 外洲站 4月逐日流量的理论与经验概率分布曲线及相应的概率差异图
Fig.2摇 Probability distribution functions and Probability Difference for the respectively daily flow at the April of Waizhou station
4.2摇 与其它方法对比
将本文所采用的方法与最小月平均流量法、逐月最小流量法等常用方法比较。 由于篇幅限制,只列出各
方法所求得的年均生态流量(表 5)。 最小月平均流量法与最枯月频率法所给出的生态流量各月相同,不能反
映生态需水的月份差异;除外洲站外,各站生态流量的 Tennant法[18]等级基本处于差水平。 逐月最小流量法
与本文方法都能反映生态需水的月份差异,但最小月平均流量法考虑的是最小月平均流量这一极端条件,因
表 4摇 5站点各月份水文序列最优分布函数及其对应的生态流量
Table 4摇 Optimal probability distribution functions and ecological flow for each month at every station
月份
Month
李家渡
分布函数
Function
流量
Flow /
(m3 / s)
万家埠
分布函数
Function
流量
Flow /
(m3 / s)
梅港
分布函数
Function
流量
Flow /
(m3 / s)
虎山
分布函数
Function
流量
Flow /
(m3 / s)
外洲
分布函数
function
流量
flow /
(m3 / s)
1 Burr(3P) 72 Burr(4P) 17 Log鄄logistic 49 Dagum 18 Dagum 349
2 FatigueLife 89 Burr(3P) 19 Pearson鄄III 105 Burr(4P) 17 FatigueLife 392
3 Welbull 141 Burr(3P) 26 Pearson鄄III 196 Burr(3P) 68 Johnson SB 867
4 Welbull 141 Dagum 40 FatigueLife 296 Burr(4P) 121 Johnson SB 1733
5 Pearson鄄III 523 逆 Gaussian 52 FatigueLife 329 Pearson鄄III 159 Johnson SB 2810
6 逆 Gaussian 373 Dagum 55 Dagum 327 Pearson鄄III 102 Johnson SB 1970
7 Dagum 112 Burr(3P) 19 Dagum 119 Burr(4P) 14 Frechet 769
8 Log鄄Gamma 91 Loglogistic 21 Burr(3P) 103 Burr(3P) 37 Log鄄logistic 620
9 Burr(4P) 66 Dagum 15 Burr(3P) 88 Burr(3P) 28 Pearson鄄III 379
10 Log鄄logistic 79 Burr(4P) 21 Burr(3P) 89 Log鄄Gamma 17 逆 Gaussian 356
11 Burr(3P) 79 Burr(3P) 19 Dagum 60 Burr(4P) 16 逆 Gaussian 417
12 Frechet 65 Burr(3P) 18 Burr(4P) 45 Burr(4P) 14 逆 Gaussian 329
表 5摇 与其它生态需水计算方法比较
Table 5摇 Compare with other calculating methods of ecological streamflow
站点
Station
本文生态流量
Ecological
streamflow /
(m3 / s)
Tennant等级
Tennant /
(m3 / s)
最小月均流量法
Mininum monthly
average flow method /
(m3 / s)
逐月最小流量法
Monthly mininum
streamflow method /
(m3 / s)
最枯月频率法
Mininum monthly
frequency method /
(m3 / s)
逐月频率计算法
Monthly frequency
calculation method /
(m3 / s)
虎山 50.8 中 27.8 37.5 11.4 59
梅港 150.4 好 30.3 120.6 36.9 162.8
李家渡 152.4 好 50.4 40.1 25 66.4
外洲 915.9 好 506.3 619.7 299 846.8
万家埠 26.9 中 25 26.1 13.2 37.7
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此,该方法下各月生态流量均小于本文生态流量。 逐月频率计算法下生态流量与本文生态流量相当,逐月频
率计算法在一定的保证率下对生态需水进行计算,其保证率的设定至今没有统一定论,计算结果主观性较强。
本文方法计算频率最大处流量,计算结果在 Tennant 法等级中属于好或中水平,可以满足水生生物的正常需
求,其计算结果具有确定性与合理性。
5摇 讨论
如果实测流量大于生态流量,则认为该流量满足生态需水的要求。 各月生态需水得以满足的日数与序列
相应月份总日数之比为生态需水满足率[19]。 通过对各流域生态需水满足率的对比分析来探讨气候变化与人
类活动对生态需水的影响。
5.1摇 变异前后年生态需水满足率变化
除抚河李家渡外,其它四站水文变异后生态需水满足率均上升,平均上升幅度为 11%,河流生态系统的
正常需水得到更好保障(表 6)。 河流径流量增加使得变异后生态需水满足率提高。 鄱阳湖流域 1961—2003
年饶河、信江、赣江中下游、信江中下游地区降水量呈增加趋势,暴雨、特大暴雨频次增加明显对年降水量增加
贡献最大,同时流域内蒸发量的减少一定程度上也增加了河川径流[20]。 变异后蒸发量的减少,降水量的增加
是径流量增加、生态需水满足率提高的主要原因。
抚河变异前,各月生态需水满足率绝大部分在 70%以上,说明抚河变异前 70%以上的时间河流流量满足
生态需水的要求,能保障河流生态系统的正常需水。 抚河流域水文变异后,各月生态需水满足率均下降,近半
数月份生态需水满足率不到 50%,平均生态需水满足率下降 32%。 抚河径流量的大量减少导致变异后生态
需水满足率降低。 沿线灌区从抚河干支流上大量引水用于工农业生产,造成河道内径流量大幅度减少,使抚
河生态需水满足率变化方向与其它四河相反。 李家渡生态需水满足率下降与沿途灌渠大量引水有直接关系。
表 6摇 水文变异前后生态需水满足率
Table 6摇 Assurance of Ecological Flow before and after hydrological variation
站点
Station
月份 Month
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
李家渡 变异前 / % 76 90 96 100 82 83 72 74 79 66 72 74
变异后 / % 63 57 69 84 64 65 19 32 68 40 54 58
万家埠 变异前 / % 73 80 78 80 85 84 67 81 75 68 74 67
变异后 / % 82 83 92 75 92 79 94 92 93 86 82 87
梅港 变异前 / % 83 81 86 81 86 81 81 74 76 71 78 83
变异后 / % 89 72 94 95 89 78 88 97 91 93 97 97
虎山 变异前 / % 80 94 80 82 81 83 83 76 73 88 86 83
变异后 / % 95 91 76 91 82 89 100 97 87 100 97 100
外洲 变异前 / % 76 86 74 69 66 78 79 75 85 85 74 79
变异后 / % 84 88 61 60 61 72 79 95 97 100 93 94
5.2摇 变异前后干湿季生态需水满足率变化差异
鄱阳湖流域 4—6月是全年雨量最大的 3个月份,所以把径流量最大的 4、5、6月定义为湿季,把径流量最
小的 11、12月及次年 1月定义为干季,对比分析变异后干湿季生态需水满足率的差异。 饶河虎山、赣江外洲、
修河万家埠 3站干季生态需水满足率高于湿季,抚河李家渡、信江梅港两站生态需水满足率干季小于湿季。
流域森林植被对径流变化有重要影响,森林可以起到蓄水、保水、保土作用,调节年际间枯水的流量,并且显著
提高干季径流量。 江西从 20世纪 80 年代开始实行山江湖工程、退耕还林工程、中德造林工程、长(珠)防林
工程以及各种人造林工程,大量植树造林使江西省的森林覆盖率迅速提高到 60.1%,居全国第二位。 饶河流
域森林覆盖率达 67.8%,修河流域为 64.4%,赣江流域 63.6%,信江流域为 54.3%,抚河流域为 53.0%。
3845摇 16期 摇 摇 摇 刘剑宇摇 等:水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量 摇
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饶河虎山站干季生态需水满足率与年生态需水满足率均为“五河冶最高。 饶河流域第一产业只占12.1%,
农业用地在“五河冶中最少,土地利用类型以林地为主,饶河流域森林覆盖率在“五河冶中最高,占流域面积的
67.8%,森林覆盖率明显增加干季径流量,增大干季生态需水满足率。 饶河上游婺源、德兴一带是江西省的三
大暴雨中心之一,该流域水资源量相当地丰富。
赣江外洲站年生态需水满足率仅高于抚河,干季生态需水满足率高出湿季 39.1%,为“五河冶干湿季生态
需水满足率差别最大的河流。 水库对径流量变化具有重要的调节作用,使下游河道枯水流量相对稳定,径流
量年内分配较天然均匀,在一定程度上缓解干旱。 赣江流域内有水库 107 座,库容达 75.13 亿 m3,流域面积、
水库数量和容量均居五河之首,尤其是 1990年修建的赣江流域最大水库万安水库,其总库容达 22.16 亿 m3,
对枯水的调节发挥及其重要的作用。
修河流域森林覆盖率居鄱阳湖流域第二位,但干季生态需水满足率仅高出湿季 2.4%,这主要是由于万家
埠上游的潦河流域只有 7座中型水库,水库以灌溉型为主,流域内水库数量、规模和级别均落后于其它流域,
水库调蓄功能小于其它流域。
而抚河李家渡站、信江梅港站干季生态需水满足率均低于湿季,分别低 8.5%、3.5%。 抚河流域耕地资源
丰富,相应的林业用地较少。 抚河与信江两流域森林覆盖率远小于其它流域,森林调节能力有限是造成干季
生态需水满足率小于湿季的主要原因。 抚河干、湿两季生态需水满足率的差距大于信江,一方面是抚河流域
森林覆盖率小于信江流域,另一方面抚河流域水库 18座远小于信江流域的 35 座,抚河流域森林与水库的调
节能力均小于信江。
6摇 结论
(1)受气候变化和人类活动双重影响,河流水文状况发生不同程度变异。 虎山、梅港水文序列均发生弱
变异,变异年份为 1991年,变异主要原因为 90年代初降水量的突变增加。 外洲、万家埠两站水文序列发生中
变异,变异年份为 1968年,变异主要是受 20世纪 60 年代中期夏季风变化影响。 抚河流域径流于 1962 年发
生弱变异,变异原因是受水利工程建设影响。
(2)鄱阳湖流域水文变异提高了生态需水满足率。 另外,气候变化与人类活动对生态需水影响的程度均
不同,水利工程降低年均生态需水满足率,而提高干季生态需水满足率;高森林覆盖率提高干季生态需水满足
率,而对年均生态需水满足率影响不明显;修河、饶河、信江、赣江径流变异增加使年生态需水满足率上升,抚
河径流变异减小使年生态需水满足率大幅度减小。 高森林覆盖率与水利工程的大量建设使饶河虎山、赣江外
洲、修河万家埠 3站干季生态需水满足率高于湿季;低森林覆盖率使信江流域、抚河流域干季生态需水满足率
小于湿季。
(3)水文序列变异点检测符合水文资料一致性要求,选用最优分布函数所对应流量作为河流的生态流
量,符合水生生物生长需求。 与 Tennant法、最小月流量法、逐月频率计算法等方法比较,本文计算结果更具
确定性与合理性。 本文研究对鄱阳湖流域各支流水资源管理与规划提供重要科学依据。
参考文献(References):
[ 1 ]摇 Zhang Q, Xu C Y, Zhang Z X, Chen Y Q D. Changes of atmospheric water vapor budget in the Pearl River basin and possible implications for
hydrological cycle. Theoretical and Applied Climatology, 2010, 102(1 / 2): 185鄄195.
[ 2 ] 摇 Ziegler A D, Sheffield J, Maurer E P, Nijssen B, Wood E F, Lettenmaier D P. Detection of intensification in global and continental鄄scale
hydrological cycles: temporal scale of evaluation. Journal of Climate, 2003, 16(3): 535鄄547.
[ 3 ] 摇 崔瑛, 张强, 陈晓宏, 江涛. 生态需水理论与方法研究进展. 湖泊科学, 2010, 22(4): 465鄄480.
[ 4 ] 摇 李捷, 夏自强, 马广慧, 郭利丹. 河流生态径流计算的逐月频率计算法. 生态学报, 2007, 27(7): 2916鄄2921.
[ 5 ] 摇 张华, 张兰, 赵传燕. 极端干旱区尾闾湖生态需水估算———以东居延海为例. 生态学报, 2014, 34(8): 2102鄄2108.
[ 6 ] 摇 李剑锋, 张强, 陈晓宏, 江涛. 考虑水文变异的黄河干流河道内生态需水研究. 地理学报, 2011, 66(1): 99鄄110.
[ 7 ] 摇 崔丽娟, 赵欣胜. 鄱阳湖湿地生态能值分析研究. 生态学报, 2004, 24(7): 1480鄄1485.
4845 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 35卷摇
http: / / www.ecologica.cn
[ 8 ]摇 马岚, 魏晓妹. 石羊河下游年径流序列的变异点分析. 干旱地区农业研究, 2006, 24(2): 174鄄177.
[ 9 ] 摇 Mackenzie A, Ball A S, Virdee S R. BIOS Instant Notes in Ecology (Instant Notes Series) . 2nd ed. UK: BIOS Scientific Publishers Ltd., 2001:
20鄄63.
[10] 摇 Green J R, Hegazy Y A S. Powerful modified鄄EDF goodness鄄of鄄fit tests. Journal of the American Statistical Association, 1976, 71(353): 204鄄209.
[11] 摇 屠其璞, 丁裕国. 气象应用概率统计学. 北京: 气象出版社, 1984.
[12] 摇 S俟r俟c俟 B. A power comparison and simulation study of goodness鄄of鄄fit tests. Computers & Mathematics with Applications, 2008, 56 ( 6):
1617鄄1625.
[13] 摇 谢平, 雷红富, 陈广才, 李晶. 基于 Hurst系数的流域降雨时空变异分析方法. 水文, 2008, 28(5): 6鄄10.
[14] 摇 谢平, 陈广才, 雷红富, 武方圆. 水文变异诊断系统. 水力发电学报, 2010, 29(1): 85鄄91.
[15] 摇 郭华, 苏布达, 王艳君, 姜彤. 鄱阳湖流域 1955鄄2002年径流系数变化趋势及其与气候因子的关系. 湖泊科学, 2007, 19(2): 163鄄169.
[16] 摇 Zhang Q, Peng J T, Xu C Y, Singh V P. Spatiotemporal variations of precipitation regimes across Yangtze River basin, China. Theoretical and
Applied Climatology, 2014, 115(3 / 4): 703鄄712.
[17] 摇 郭其蕴, 蔡静宁, 邵雪梅, 沙万英. 1873—2000年东亚夏季风变化的研究. 大气科学, 2004, 28(2): 206鄄215.
[18] 摇 Tennant D L. Instream flow regimens for fish, wildlife, recreation, and related environmental resources. American Fisheries Society, 1976, 1(4):
6鄄10.
[19] 摇 张强, 李剑锋, 陈晓宏, 江涛. 水文变异下的黄河流域生态流量. 生态学报, 2011, 31(17): 4826鄄4834.
[20] 摇 孙鹏, 张强, 陈晓宏. 鄱阳湖流域枯水径流演变特征、成因与影响. 地理研究, 2011, 30(9): 1702鄄1712.
5845摇 16期 摇 摇 摇 刘剑宇摇 等:水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量 摇