劉 洋， 韓曉旭， 李麗娟
(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 陸地水循環(huán)及地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗室， 北京 100101；
2.中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100049; 3.中國城市建設研究院有限公司， 北京 100120)
水資源是基礎性的自然資源和戰略性的經(jīng)濟資源，是實(shí)現經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展和維系生態(tài)平衡及環(huán)境優(yōu)良的重要基礎[1]。IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第五次報告指出，隨著(zhù)21世紀全球氣候持續變暖，遭受水資源短缺和河流洪水影響的人口比例將增加[2]。全球氣候變暖造成的冰川融化、海平面上升、極端降水增加等，直接影響著(zhù)區域水循環(huán)過(guò)程和水資源分布。同時(shí)，人類(lèi)社會(huì )對水資源的需求與日俱增，導致水資源的供需矛盾持續加劇。大型水利工程的修建、水土保持措施的實(shí)施及土地利用變化等人類(lèi)活動(dòng)通過(guò)改變區域的產(chǎn)匯流條件對區域水文過(guò)程產(chǎn)生影響，不同氣候變化情景和多種人類(lèi)活動(dòng)綜合作用使得流域的產(chǎn)匯流機制更為復雜[3]。河川徑流作為水資源的重要組成部分和轉化形式，是地表水循環(huán)的重要環(huán)節，更是社會(huì )發(fā)展資源需求的直接來(lái)源。徑流變化規律及其歸因識別已成為現代水科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[4]，是實(shí)現流域水資源綜合管理和可持續發(fā)展的重要基礎工作。
隨著(zhù)流域管理者和科研工作者對徑流變化的持續關(guān)注，相關(guān)研究全面展開(kāi)。當前主要研究?jì)热莅◤搅髂觌H變化規律、徑流年內分配特征和徑流變化的歸因分析3個(gè)方面，研究時(shí)間尺度涉及月徑流變化[5]、水文時(shí)期和季節徑流變化[6-7]、年徑流變化、年代際徑流變化[6]、基準期和對比期徑流變化[7]。
目前，關(guān)于徑流變化的研究方法日益豐富，在徑流年際變化規律的研究方面，已從年徑流的趨勢性、持續性、變異性、周期性及豐枯性等多角度展開(kāi)。(1)趨勢性：常采用線(xiàn)性?xún)A向率法、滑動(dòng)平均法、累積距平法、Mann-Kendall(M-K)趨勢檢驗法、Spearman秩相關(guān)系數法研究趨勢走向；
(2)持續性：常采用R/S分析法判斷未來(lái)發(fā)展；
(3)突變性：常采用M-K突變檢驗法、Pettitt檢驗法、滑動(dòng)t檢驗法、Cramer檢驗法、Yamamoto檢驗法、有序聚類(lèi)法和啟發(fā)式分割算法尋找突變點(diǎn)；
(4)周期性：常采用小波分析方法識別周期；
(5)豐枯性：常采用距平百分率、Z指數法、均值標準差法、集對分析法和Markov過(guò)程法描述豐枯變化。徑流年內分配特征主要表現在不均勻性、集中程度和變化幅度3個(gè)方面。(1)不均勻性：利用不均勻系數和完全調節系數表征；
(2)集中程度：常采用集中期和集中度進(jìn)行研究；
(3)變化幅度：常采用極值比表示。徑流變化的歸因分析旨在定量分析氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對徑流變化的貢獻率，是最為重要的研究?jì)热?。?jīng)過(guò)大量實(shí)踐研究，Pearson相關(guān)分析法、灰色關(guān)聯(lián)法、雙累積曲線(xiàn)法、彈性系數法、累積斜率變化率比較法和水文模型法均取得了較好的研究效果。上述研究方法各具優(yōu)勢，同時(shí)也存在局限，在實(shí)際工作中常將多種方法結合使用，以提升結論的可信度。
近年來(lái)，學(xué)者們不斷探索徑流評價(jià)新方法。王青等[8]將衡量經(jīng)濟收入平衡的指標基尼系數和洛倫茲不對稱(chēng)系數作為評價(jià)徑流年內分配均勻性的指標；
王小杰等[9]利用分維數描述了徑流序列的復雜性；
范琳琳等[10]通過(guò)驗證表明，HHT(Hilbert-Huang transform)方法基本綜合了小波變換和M-K檢驗對時(shí)間序列周期與趨勢分析的功能；
謝平等[11]通過(guò)構建水文變異診斷系統，實(shí)現了各種檢驗方法的聯(lián)合，可對水文序列的趨勢變異和跳躍變異進(jìn)行綜合診斷。
曹娥江是錢(qián)塘江的最大支流，位于浙江省東北部，發(fā)源于金華市磐安縣，河流流向自南向北，依次流經(jīng)紹興市的新昌縣、嵊州市、上虞區和柯橋區。曹娥江干流全長(cháng)193 km，流域面積為6 080 km2。上游澄潭江為曹娥江主流，主要支流有長(cháng)樂(lè )江、新昌江和黃澤江，呈典型的扇形水系。曹娥江為常年性河流，上游屬山溪性河流，下游屬感潮河段。流域位于亞熱帶季風(fēng)氣候區，四季分明，溫和多雨，4月中旬進(jìn)入汛期，6月中旬至7月上旬為梅雨季，雨量相對集中，8至9月份進(jìn)入臺風(fēng)期，雨量較大，易形成洪澇災害。曹娥江擁有厚重的人文歷史，是沿途城市重要的工農業(yè)水源，具有防洪排澇、水資源保障和交通運輸等重要功能。掌握曹娥江的徑流變化特征，是推進(jìn)區域水資源合理配置、防洪排澇部署及流域綜合治理的基礎。目前，關(guān)于曹娥江長(cháng)時(shí)間序列徑流特征的研究較少。因此本文基于曹娥江中上游的嵊州站、黃澤站、花山站3個(gè)水文站的月平均徑流資料，結合多種研究方法，對曹娥江中上游進(jìn)行徑流變化特征研究及歸因分析。研究區地理位置及水文站點(diǎn)分布如圖1所示。
本研究涉及的徑流數據來(lái)自《中華人民共和國水文年鑒》，3個(gè)水文站的基本信息見(jiàn)表1。其中，嵊州站和黃澤站實(shí)測徑流數據時(shí)段為1980-2018年，由于站別更改，花山站實(shí)測徑流數據時(shí)段為1983-2012年。為統一研究時(shí)段，對花山站徑流數據進(jìn)行插補延長(cháng)。鑒于花山站與其上游嵊州站月徑流數據相關(guān)性較好，故優(yōu)先采用上下游徑流相關(guān)方法[12-13]進(jìn)行插補，將其數據時(shí)段延長(cháng)至1980-2018年。插補后各站資料系列長(cháng)度相同，資料精度可靠。降雨數據采用1980-2018年嵊州氣象站數據，數據來(lái)自中國氣象數據網(wǎng)《中國地面氣候資料月值數據集》。
表1 曹娥江中上游水文站基本信息
本研究從徑流年際變化的趨勢性、突變性及豐枯性和徑流年內分配的不均勻性、集中程度及變化幅度等方面研究曹娥江中上游徑流變化特征。各研究?jì)热莸南鄳芯糠椒ㄈ缦隆?/p>
(1)年際變化趨勢性研究：線(xiàn)性?xún)A向率法、M-K趨勢檢驗法[14]。
(2)年際變化突變性研究：M-K突變檢驗法[15]、滑動(dòng)t檢驗法[16]；
(3)年際變化豐枯性研究：距平百分率[17]；
(4)年內分配特征研究：不均勻系數、集中期和集中度[18]、極值比；
(5)徑流變化歸因分析：雙累積曲線(xiàn)法[19]。
各研究方法的原理參考標注文獻，在此不再贅述。在研究區季節和水文期劃分上，3-5月為春季、6-8月為夏季、9-11月為秋季、12月-次年2月為冬季；
1-3月為非汛期(汛前)、4-9月為汛期、10-12月為非汛期(汛后)。
圖1 曹娥江中上游流域地理位置及水文站點(diǎn)分布
3.1.1 趨勢性分析 1980-2018年曹娥江中上游徑流量年際變化趨勢如圖2所示。
由圖2可以看出，1980-2018年，嵊州站年平均徑流量在25.3～82.4 m3/s之間波動(dòng)，最大值出現在2015年，最小值出現在2004年，總體呈現減小趨勢，平均氣象傾向率為-1.39 (m3/s)/10a；
黃澤站年平均徑流量在4.8～18.6 m3/s之間波動(dòng)，最大值出現在1990年，最小值出現在2003年，總體呈現減小趨勢，平均氣象傾向率為-0.11 (m3/s)/10a；
花山站年平均徑流量在32.4～109.9 m3/s之間波動(dòng)，最大值出現在2015年，最小值出現在2004年，總體呈現減小趨勢，平均氣象傾向率為-1.98 (m3/s)/10a，減小幅度在3個(gè)水文站中最大。3個(gè)水文站徑流序列表明1980-2018年曹娥江中上游年徑流量呈減小趨勢。
從多年徑流量特征值來(lái)看，1980-2018年，嵊州站多年平均徑流量為53.6 m3/s，黃澤站多年平均徑流量為11.6 m3/s，花山站多年平均徑流量為71.6 m3/s，嵊州站、黃澤站和花山站年平均徑流量變差系數分別為0.257、0.300和0.260，年平均徑流量極值比分別為3.25、3.87和3.39，表明研究期內黃澤站年平均徑流量變動(dòng)最大，其次為花山站，嵊州站年平均徑流量變動(dòng)最小。
不同研究時(shí)期徑流年際變化M-K趨勢性診斷結果見(jiàn)圖3。以檢驗統計量Z的取值作為趨勢性診斷依據，若Z>0，則可診斷徑流序列呈上升趨勢；
相反若Z<0，則可診斷徑流序列呈下降趨勢。圖3表明，與線(xiàn)性?xún)A向率法結果一致，3個(gè)水文站年平均徑流量均呈減小趨勢，但未通過(guò)0.05顯著(zhù)性水平檢驗。從不同季節的平均徑流量變化情況來(lái)看，春季3個(gè)水文站均呈顯著(zhù)減小趨勢；
夏季3個(gè)水文站的平均徑流量變化趨勢有所不同，嵊州站呈不顯著(zhù)增大趨勢，黃澤站呈不顯著(zhù)減小趨勢，而花山站未表現出明顯的變化趨勢；
秋季3個(gè)水文站均呈不顯著(zhù)增大趨勢；
冬季嵊州站和花山站的平均徑流量呈不顯著(zhù)增大趨勢，黃澤站呈顯著(zhù)增大趨勢。從不同水文時(shí)期平均徑流量變化情況來(lái)看，汛前和汛期3個(gè)水文站均呈不顯著(zhù)減小趨勢，汛后3個(gè)水文站均呈不顯著(zhù)增大趨勢。
圖2 1980-2018年曹娥江中上游水文站年徑流量變化趨勢
圖3 曹娥江中上游不同時(shí)期徑流年際變化M-K趨勢性診斷結果
3.1.2 突變性分析 為提高結論的可信度，采用M-K突變檢驗法和滑動(dòng)t檢驗法相結合的方式分析1980-2018年曹娥江中上游水文站年徑流量的突變性。
對徑流序列進(jìn)行M-K突變檢驗時(shí)，給定顯著(zhù)性水平α=0.05，繪制UF和UB統計量序列曲線(xiàn)及顯著(zhù)性檢驗臨界線(xiàn)Uα，根據曲線(xiàn)顯示，若UF(UB)>
0，則可判斷徑流序列呈現增大趨勢，相反若UF(UB)<0，則可判斷徑流序列呈現減小趨勢。UF超過(guò)Uα臨界線(xiàn)的部分即為出現突變的時(shí)間區域，需重點(diǎn)關(guān)注[20]。如果UF和UB兩條曲線(xiàn)在臨界線(xiàn)之間產(chǎn)生交點(diǎn)，那么交點(diǎn)對應的時(shí)刻便是突變開(kāi)始的時(shí)間。
曹娥江中上游水文站年徑流量M-K突變檢驗結果見(jiàn)圖4。
由圖4可見(jiàn)，嵊州站年平均徑流量可能發(fā)生突變的年份為2003和2015年；
黃澤站年平均徑流量可能存在的突變年份為2001、2003和2015年；
花山站年平均徑流量可能在2003年或2015年發(fā)生突變。
對徑流序列進(jìn)行滑動(dòng)t檢驗，給定顯著(zhù)性水平α=0.05，選取不同子序列長(cháng)度n值分別計算統計量t，并與臨界值tα進(jìn)行比較。若統計量t超出臨界值范圍，則可判斷在基準點(diǎn)時(shí)刻出現了突變，否則沒(méi)有突變發(fā)生。分別取n=4、5、6、7、8對徑流序列進(jìn)行反復檢驗比較，檢驗結果見(jiàn)表2，圖5給出了n=5時(shí)的檢驗結果。
由表2和圖5可知，嵊州站年平均徑流序列可能的突變年份為2003、2010和2012年，其中2003年還通過(guò)了置信水平0.01的顯著(zhù)性檢驗，黃澤站可能的突變年份為2009和2010年，花山站可能的突變年份為2003和2010年。綜合不同子序列長(cháng)度檢驗結果，嵊州站年平均徑流量較大可能在2003和2010年發(fā)生突變，黃澤站年平均徑流量較大可能在2009和2010年發(fā)生突變，花山站年平均徑流量較大可能在2003和2010年發(fā)生突變。
圖4 1980-2018年曹娥江中上游水文站年徑流量M-K突變檢驗結果
表2 滑動(dòng)t檢驗n不同取值下各水文站年均徑流序列可能的突變年份(0.05顯著(zhù)性水平)
圖5 1980-2018年曹娥江中上游水文站滑動(dòng)t檢驗結果(n=5)
綜合M-K檢驗和滑動(dòng)t檢驗的結果，可以認為嵊州站和花山站年平均徑流量均在2003年發(fā)生突變，而黃澤站年平均徑流量未發(fā)生明顯的突變。
3.1.3 豐枯性變化 利用距平百分率K表征徑流的豐枯狀態(tài)，按K值的大小將徑流豐枯狀態(tài)劃分為枯水(K<-20%)、偏枯(-20%≤K<-10%)、平水(-10%≤K≤10%)、偏豐(10%
黃澤站排序為枯水年>平水年>偏豐年=豐水年>偏枯年；
花山站排序為枯水年>偏豐年>豐水年>偏枯年>平水年。3個(gè)水文站中，黃澤站平水年比例最大，水情最為穩定；
嵊州站豐水年比例最大，發(fā)生洪澇災害的風(fēng)險最高；
花山站枯水年比例最大，水情最為不穩。
將研究期劃分為1980年代、1990年代、2000年代、2010-2018年及全時(shí)期1980-2018年5個(gè)時(shí)段，繪制各時(shí)段嵊州站、黃澤站及花山站的徑流量年內月平均分配過(guò)程線(xiàn)，如圖6所示。由圖6可以看出，3個(gè)站點(diǎn)不同時(shí)段年內分配曲線(xiàn)均呈“三峰”形態(tài)，第1個(gè)峰值出現在3-4月，第2個(gè)峰值出現在6月，第3個(gè)峰值出現在8-9月，3個(gè)峰值表現為“低-高-低”的特征。多年月平均徑流量3個(gè)峰值的比例分別為：3月占比10.2%，6月占比16.7%，8月占比11.4%；
多年平均徑流量季節分配比例為：春季占比27.6%，夏季占比38.8%，秋季占比19.8%，冬季占比13.8%；
多年平均徑流量水文期分配比例為：汛前占比20.3%，汛期占比66.5%，汛后占比13.2%。
上述不同時(shí)段曹娥江中上游水文站徑流量年內分配特征值計算結果見(jiàn)表4。其中，不均勻系數和完全調節系數用以表征徑流量年內分配均勻程度，其數值越大，表明年內分配越不均勻；
極值比用以表征徑流量的相對變化幅度；
集中度反映徑流量集中程度，集中期反映最大徑流量出現的時(shí)間。
表3 1980-2018年曹娥江中上游水文站徑流豐枯狀態(tài)統計結果
圖6 1980-2018年不同時(shí)段曹娥江中上游水文站徑流量年內月平均分配過(guò)程線(xiàn)
表4 1980-2018年不同時(shí)段曹娥江中上游水文站徑流年內分配特征值
綜合分析徑流年內分配過(guò)程線(xiàn)(圖6)和年內分配特征值(表4)，嵊州站1980年代、1990年代及2010-2018年徑流年內不均勻系數均高于1980-2018年全時(shí)期，表明該站3個(gè)時(shí)期的徑流量年內分配較為不均勻，其中2010-2018年最為不均勻，所有時(shí)期中2000年代徑流年內分配最為均勻，各時(shí)期均勻程度變化不大。從變化幅度來(lái)看，1980年代徑流量年內相對變化幅度最大，2000年代相對變化幅度最??；
從集中程度來(lái)看，1980年代徑流量年內分配最為集中，2000年代集中程度最低；
各時(shí)期的徑流量集中期皆分布在6月中下旬，2000年代集中期最晚。2000年代徑流量年內分配特征值與其他時(shí)期相比表現出明顯差異。黃澤站1980年代徑流量年內分配最為不均勻、相對變化幅度最大且集中程度最高，2000年代徑流量年內分配最為均勻、相對變化幅度最小且集中程度最低，集中期也最晚?；ㄉ秸緩搅髁磕陜确峙涮卣髋c嵊州站一致。
對不同水文站之間的徑流量年內分配特征進(jìn)行比較，從徑流量年內分配的均勻程度上看，不同時(shí)期均表現為嵊州站>花山站>黃澤站；
從年內徑流量的相對變化幅度上看，除2000年代嵊州站小于花山站外，其他各時(shí)期徑流量年內相對變化幅度為黃澤站>花山站>嵊州站；
從徑流集中程度來(lái)看，黃澤站年內徑流集中程度最高，嵊州站集中程度與花山站接近；
不同時(shí)期徑流量集中期黃澤站最晚，花山站集中期與嵊州站接近，略晚于嵊州站。
徑流序列變化量是氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)綜合作用的結果。兩個(gè)因素中，氣候變化會(huì )引起“天然徑流量”的變化，而“實(shí)測徑流量”與“天然徑流量”之間的差異則由人類(lèi)活動(dòng)主導。徑流變化歸因方法的兩個(gè)關(guān)鍵步驟為徑流突變點(diǎn)的診斷和天然徑流量的還原[3]，其中，提高天然徑流量模擬精度是近年來(lái)水文領(lǐng)域研究的重要方向。本文采用雙累積曲線(xiàn)法量化氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對曹娥江中上游徑流變化的貢獻。根據歸因分析原理，人類(lèi)活動(dòng)會(huì )改變區域的降雨-徑流關(guān)系，在降雨-徑流雙累積曲線(xiàn)上表現為斜率的變化，對突變前后階段進(jìn)行降雨-徑流回歸分析，可快捷實(shí)現量化歸因。
根據前文3.1.2節突變性分析結果，嵊州站和花山站年徑流量在2003年發(fā)生突變，黃澤站年徑流不存在明顯的突變點(diǎn)，因此可將2003年作為曹娥江中上游徑流量發(fā)生突變的時(shí)間，將突變點(diǎn)前后時(shí)段分別劃分為基準期(1980-2002年)和變化期(2003-2018年)。
1980-2018年嵊州氣象站年降雨量變化如圖7所示。曹娥江中上游年降雨量在2003年發(fā)生明顯的突變，與徑流量突變時(shí)間相一致。2003年紹興市遭遇50年一遇的嚴重干旱， 降雨量大幅減少，僅為879 mm。區域1980-2002年基準期年平均降雨量為1 386 mm，2003-2018年變化期年平均降雨量減少至1 305 mm。
圖7 1980-2018年嵊州氣象站年降雨量變化
利用1980-2018年各水文站實(shí)測徑流量和降雨量資料構建的雙累積曲線(xiàn)如圖8所示，并分別對基準期(1980-2002年)和變化期(2003-2018年)進(jìn)行回歸分析。降雨量變化與人類(lèi)活動(dòng)對研究區徑流量變化的貢獻率見(jiàn)表5。
圖8 1980-2018年曹娥江中上游基準期和變化期徑流量-降雨量雙累積曲線(xiàn)
表5 降雨量變化與人類(lèi)活動(dòng)對曹娥江中上游徑流量變化的貢獻率
結合表5對研究區各水文站徑流量變化歸因分析如下：
(1)嵊州站變化期與基準期相比，徑流量減少了8.6 m3/s。其中，由于降雨減少造成的徑流量變化為-2.3 m3/s，降雨因素的貢獻率為26.8%，由人類(lèi)活動(dòng)造成的徑流量變化為-6.3 m3/s，人類(lèi)活動(dòng)的貢獻率高達73.2%，遠高于降雨因素的貢獻，人類(lèi)活動(dòng)是嵊州站徑流量減少的主要因素。
(2)花山站變化期與基準期相比，徑流量減少了11.4 m3/s，其中，由于降雨減少造成的徑流量變化為-2.9 m3/s，降雨因素的貢獻率為25.4%，由人類(lèi)活動(dòng)造成的徑流量變化為-8.5 m3/s，人類(lèi)活動(dòng)的貢獻率高達74.6%，遠高于降雨因素的貢獻?；ㄉ秸境尸F與嵊州站相似的特征，人類(lèi)活動(dòng)是變化期徑流量減少的主要原因。
(3)黃澤站變化期與基準期相比，徑流減少了0.9 m3/s，其中，由于降雨減少造成的徑流量變化為-1.5 m3/s，降雨因素的貢獻率高達177.2%，而人類(lèi)活動(dòng)對徑流變化造成反向增加的影響，增加值為0.7 m3/s，人類(lèi)活動(dòng)的貢獻率為-77.2%。降雨因素和人類(lèi)活動(dòng)對徑流變化作用相反，呈現與嵊州站和花山站不同的徑流變化特點(diǎn)。降雨量減少是造成黃澤站徑流量減少的主要原因。
位于曹娥江干流的嵊州站和花山站表現出相似的徑流變化特征，人類(lèi)活動(dòng)對徑流量減少的影響超過(guò)70%，是徑流變化的主導因素。人類(lèi)活動(dòng)的影響體現在：
(1)用水量需求增大。隨著(zhù)近年來(lái)城鎮社會(huì )發(fā)展和居民生活需要，各地用水量大幅增加。2003年紹興市遭遇50年一遇嚴重干旱，加上持續高溫，使居民生活和工業(yè)生產(chǎn)用水量飆升。
(2)供水能力增強。為滿(mǎn)足用水需求，保障用水安全，引水、蓄水和供水工程不斷完備，對徑流的調控幅度也隨之增大。上游南山水庫、遼灣水庫、長(cháng)詔水庫和欽寸水庫是紹興市的重要水源地。除為沿途城鎮供水外，在浙江省投入建設的“浙東引水工程”中，曹娥江成為解決浙東地區缺水問(wèn)題的重要水源。
(3)防洪力度加大。曹娥江上游環(huán)山，自古洪澇頻發(fā)，水土流失嚴重，防洪排澇措施能有效削減洪峰，調節水文過(guò)程。曹娥江花山站以上有長(cháng)詔、南山和欽寸3座大型水庫以及巧英、門(mén)溪、豐潭、遼灣、剡源、坂頭和五丈巖7座中型水庫，承擔防洪和供水功能。近年來(lái)，浙江省啟動(dòng)“千庫保安工程”，對曹娥江上游水庫進(jìn)行除險加固，并著(zhù)手建設信息管理系統及時(shí)獲取河道信息和下達調控指令。
人類(lèi)活動(dòng)對黃澤江徑流量起到了增加作用。一方面，自2000年以來(lái)持續對黃澤江實(shí)施河道清淤、植樹(shù)保土、灘地修復及堰壩改造等綜合治理工程，顯著(zhù)改善了水環(huán)境；
另一方面，位于黃澤江中段的欽寸大型水庫自2009年起投入建設，工程涉及大批水庫移民和大量耕地變化，降低了區域用水需求，同時(shí)工程建設期直接改變了河流水文特征。
隨著(zhù)徑流研究方法的不斷拓展，從徑流序列數據中可以解讀出更為豐富的信息，并可根據實(shí)測數據的長(cháng)度和精度、具體研究目標及不同方法優(yōu)勢，選擇合適的研究方法組合。近年來(lái)隨著(zhù)經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展，全國各地用水需求日益增長(cháng)，合理開(kāi)發(fā)利用水資源是區域可持續發(fā)展的重要議題。曹娥江是紹興市重要水源，承載著(zhù)水資源保障和防洪排澇的功能，應深入研究曹娥江徑流變化規律，以便合理地對水資源進(jìn)行時(shí)空調配，充分發(fā)揮水利工程對徑流的調節作用，完善水資源管理體系。同時(shí)，應因地制宜，結合區域發(fā)展特征，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結構轉型升級，推廣工農業(yè)生產(chǎn)節水技術(shù)，科學(xué)提高用水效率。后續研究一方面需結合產(chǎn)業(yè)結構數據，對曹娥江流域進(jìn)行用水特征分析，提出區域水資源配置方案和產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議；
另一方面需加強氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對徑流變化影響的機理研究，實(shí)現徑流模擬預測。
本文利用曹娥江中上游嵊州站、黃澤站和花山站3個(gè)水文站1980-2018年的月徑流數據，結合多種徑流研究方法，包括線(xiàn)性?xún)A向率法、Mann-Kendall趨勢及突變檢驗法、滑動(dòng)t檢驗法、距平百分率、不均勻系數、集中期和集中度、極值比和雙累積曲線(xiàn)等方法，對曹娥江中上游徑流量年際變化規律、年內分配特征及徑流量變化歸因進(jìn)行研究，得到了較為全面的區域徑流信息。主要結論如下：
(1)1980-2018年嵊州站、黃澤站、花山站年平均徑流均呈現下降趨勢，氣象傾向率分別為-1.39、-0.11、-1.98 (m3/s)/10a。多年徑流特征值表明，1980-2018年黃澤站年平均徑流量變動(dòng)最大，其次為花山站，嵊州站年平均徑流量變動(dòng)最小。季節性變化方面，春季3個(gè)水文站平均徑流均呈顯著(zhù)減少趨勢，冬季黃澤站呈顯著(zhù)增大趨勢。結合M-K突變檢驗法和滑動(dòng)t檢驗法，嵊州站和花山站年平均徑流量在2003年發(fā)生突變，黃澤站年平均徑流量無(wú)明顯突變點(diǎn)。1980-2018年嵊州站豐水年所占比例最大，為25.6%；
黃澤站枯水年所占比例最大，為25.6%；
花山站枯水年所占比例最大，為28.2%。
(2)在1980年代、1990年代、2000年代、2010-2018年及1980-2018年5個(gè)研究時(shí)段內，嵊州站、黃澤站及花山站的徑流年內分配過(guò)程線(xiàn)均呈“三峰”形態(tài)，峰值分別出現在3-4月、6月和8-9月，峰值表現為“低-高-低”的特征。曹娥江中上游多年徑流年內分配比例，春季占比為27.5%，夏季占比為38.8%，秋季占比為19.8%，冬季占比為13.8%；
汛前占比為20.3%，汛期占比為66.5%，汛后占比為13.1%。嵊州站和花山站2010-2018年徑流年內分配最為不均勻，2000年代徑流年內分配最為均勻，1980年代徑流年內相對變化幅度最大且分配最為集中，2000年代相對變化幅度最小且集中程度最低。黃澤站1980年代徑流年內分配最為不均勻、相對變化幅度最大且集中程度最高，2000年代徑流年內分配最為均勻、相對變化幅度最小且集中程度最低。
(3)將研究時(shí)期劃分為1980-2002年(基準期)和2003-2018年(變化期)兩個(gè)階段。變化期與基準期相比，嵊州站降雨因素對徑流量變化的貢獻率為26.8%，人類(lèi)活動(dòng)的貢獻率高達73.2%，遠高于降雨因素的貢獻；
黃澤站降雨因素的貢獻率高達177.2%，而人類(lèi)活動(dòng)對徑流量變化造成反向增加的影響，貢獻率為-77.2%；
花山站降雨因素的貢獻率為25.4%，人類(lèi)活動(dòng)的貢獻率高達74.6%。對于嵊州站和花山站，人類(lèi)活動(dòng)是變化期徑流量減少的主要原因，而降雨因素是造成黃澤站徑流量減少的主要原因。
