6-7月鄱阳湖进入汛期降水主要类型（气候变化对鄱阳湖赣江流域水文情势影响的实证研究）

6-7月鄱阳湖进入汛期降水主要类型（气候变化对鄱阳湖赣江流域水文情势影响的实证研究）国家能源集团科技项目(QT/20029);基金：作者简介：肖农(1976—) 女 工程师 学士 主要从事水库优化调度研究。E-mail:12036988@chnenergy.com.cn;*闫峰(1988—) 男 副教授 博士 主要从事水资源管理研究。E-mail:yfmilan@163.com;

摘 要：

为了解气候变化对鄱阳湖赣江流域不同区域水文情势的影响，选择栋背、吉安、峡江、外洲等代表性水文站，将赣江流域进一步划分为赣江上游、坝吉区间、吉峡区间、峡外区间等4个子区域，结合长系列的水文资料，从气候变化下的降雨演变、径流演变、洪水时空分布演变、干旱及旱涝急转事件发生频率演变4个方面进行实证研究，并提出相应的对策建议。结果表明：气候变化对赣江流域不同区域的水文情势影响有一定区别。(1)相比于1960—2001年，赣江上游、吉峡区间、峡外区间2002—2020年的年平均降水量和年降雨天数均有减少；而坝吉区间的年降雨天数有一定减少，但年平均降水量则增大了6.4%。(2)降水方面，4个区域的年均降雨天数都处于减少状态。相比于1960—2001年，赣江上游的年平均流量和大于2 a一遇洪水的发生频率均有大幅下降；而中下游的峡江站和外洲站年平均流量则分别增加了3.6%和1.0%。除此之外，大于5 a一遇的典型洪水来水区域和主雨带总体也呈由上游向下游转移的趋势。(3)相比于1960—2001年，2002—2020年流域级旱涝急转事件频率由2.5%上升至10.5%;但赣江上游的气象干旱频率变化不大，而中下游吉安、南昌的气象干旱频率有明显提升。

关键词：

鄱阳湖;赣江;气候变化;水文情势;实证分析;

作者简介：

肖农(1976—) 女 工程师 学士 主要从事水库优化调度研究。E-mail:12036988@chnenergy.com.cn;

*闫峰(1988—) 男 副教授 博士 主要从事水资源管理研究。E-mail:yfmilan@163.com;

基金：

国家能源集团科技项目(QT/20029);

国家自然科学基金项目(52069012);

引用：

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0 引 言

气候变化是国际社会普遍关注的重大全球性问题，通过改变全球水文循环，造成降雨、径流等水文要素的变化，进而影响到人类社会和生态环境的全面协调可持续发展。因此，研究气候变化对水文形势的影响，对于加强水资源管理，制定科学的防洪抗旱对策，保障区域的防洪安全、供水安全和生态安全具有重大意义。

鄱阳湖是我国最大的淡水湖，在长江流域洪水调蓄中具有关键作用。与此同时，鄱阳湖也是江豚、白鹤、东方白鹳等珍稀动物的重要栖息地，具有重要的生态服务功能。除此之外，由于良好的水热条件和丰富的矿产资源，鄱阳湖流域也是我国重要的商品粮生产基地和有色金属生产基地。鄱阳湖流域属于东亚季风气候区，在全球气候变暖影响下，鄱阳湖的降雨、径流、洪水、干旱等水文要素也发生了较大改变，不仅直接影响到当地的防洪安全和供水安全；而且破坏了珍稀动物的栖息生境，对生态安全也造成了一定威胁。

针对气候变化对鄱阳湖流域水文情势的影响，目前国内外已经开展了一定的研究。在降水方面，殷剑敏等利用鄱阳湖流域79个气象站1959—2008年的观测数据，揭示了流域近50a的气候变化事实。结果表明，进入21世纪后，鄱阳湖流域的平均气温具有比较明显的上升，而降水量和径流量方面则有一定的下降。鲁向晖等、韩会明等、刘明霞等使用小波分析、EODF分解、Mann-Kendall 检验等方法对鄱阳湖赣江流域长系列的降水资料研究也表明，在2002年左右鄱阳湖的年降水量出现了由多到少的突变。除此之外，HONG等、ZHANG等、高冰等、王怀清等的研究进一步表明，自2002年起，鄱阳湖赣江流域的降水天数有显著减少，但强降雨天数有一定增多。在径流方面，赣江是鄱阳湖最大的支流，但已有文献中对于鄱阳湖赣江流域径流的变化研究结论有一定分歧。其中WANG等、刘贵花等、叶许春利用Mann-Kendall突变检验的分析表明，自2002年以来赣江的径流量呈下降趋势。黄彬彬等的研究则表明，赣江的径流量呈不显著的增加趋势。值得借鉴的是，黄燕平等提出了一种新的研究思路，即气候变化对赣江流域不同区域的影响可能有所区别，应当将赣江流域进一步划分为若干子区域，而后针对不同的区域展开相应的评估。

总体来看，目前学术界针对气候变化造成的鄱阳湖流域降水、径流改变已经进行了较为深入的研究。而且一般均认为进入21世纪(特别是2002年以后) 鄱阳湖流域的气温、降水和径流已经发生了一定的改变。但需要指出的是，对于这一时期洪旱灾害时空分布的变化，目前的研究仍然较少 很难对相关部门的防洪抗旱工作提供有效的帮助。

结合上述研究进展，本研究的目标是：(1)以鄱阳湖赣江流域为主要研究对象，通过栋背、吉安、峡江、外洲等代表性水文站，将赣江流域进一步划分为若干子区域，讨论气候变化对不同区域降水、径流等水文要素的影响。(2)通过4个代表性水文站典型洪水时空分布的变化分析，揭示气候变化对洪灾的影响。(3)通过极端天气气候事件的统计分析，揭示气候变化对干旱的影响。(4)结合上述研究成果，提出防洪抗旱减灾应对措施，保障人民生命财产安全，促进鄱阳湖流域的经济社会发展和生态文明建设。

1 研究区域概况

鄱阳湖流域位于长江中下游南岸，南北长约620 km 东西宽约490 km 面积为16.22×104 km2 由赣、抚、信、饶、修五大水系和鄱阳湖组成 (见图1)。赣江是鄱阳湖水系的第一大河，发源于江西省赣州市石城县石寮岽，流经44个县(市、区) 主河道长823 km(流域范围见图1)。永修县吴城镇以上流域82 809 km2 占鄱阳湖流域面积的51.50%;多年平均径流量675.60×108 m3(外洲水文站) 占鄱阳湖入湖水量的47.05%。万安水利枢纽坝址以上为赣江上游，大坝下游设有栋背水文站，坝址至峡江水利枢纽为中游，干流设有吉安、峡江水文站；峡江至南昌市为下游，设有外洲水文站。赣江由南向北纵贯鄱阳湖流域，分析鄱阳湖流域径流过程和洪水时空分布时，以赣江干流4个水文站资料作为代表。

图1 鄱阳湖流域及赣江等五大水系

本研究的资料来源如下：气温和降水资料引自鄱阳湖流域79个气象站1960—2020年的观测数据。径流资料引自栋背、吉安、峡江、外洲4个水文站1960—2020年的水文观测资料。洪水资料引自江西省水文局对赣江1960—2020年的洪水观测，并按照“赣江流域综合规划报告”的洪峰流量理论频率曲线，提取出大于2 a一遇的洪水52场，大于5 a一遇的洪水14次。干旱资料引自江西省水文局对1960—2020年的气象干旱评估数据。

考虑到在已有文献中，有关学者已经借助小波分析、EODF分解、Mann-Kendall 检验等方法，对鄱阳湖流域的气温、降水和径流变化进行了较多的分析，并对于“进入21世纪(特别是2002年以后) 鄱阳湖流域上述水文要素已经发生了一定的改变”达成了的共识。因此，本研究不再对水文要素的突变检验进行重复性讨论，而重点依据降雨、径流、洪水、干旱资料，对赣江上游、坝吉区间、吉峡区间、峡外区间1960—2001年和2002—2020年间水文情势的改变展开实证分析。

2 降水与径流的演变规律实证分析

统计1960—2020年万安水库集水区域(赣江上游，面积40 231 km2)、万安大坝至吉安区域(面积15 992 km2)、吉安至峡江区间(面积6 521 km2)和峡江至外洲区间(面积18 224 km2)的年均降水量和降雨天数，结果如表1所列。

从降水量来看，赣江流域年平均降水量1 546 mm 其中1960—2001年为1 555 mm 2002—2020年为1 550 mm。从分区来看，相比于1960—2001年，赣江上游、吉峡区间、峡外区间2002—2020年的年平均降水量均有小幅减少，分别下降了1.8%、1.2%和0.1%;而坝吉区间2002—2020年的年平均降水量则增大了6.4%。

从降雨天数来看，4个区域的年均降雨天数都处于减少状态。相比于1960—2001年，赣江上游、坝吉区间、吉峡区间、峡外区间2002—2020年的年均降雨天数分别下降了19.6%、9.0%、8.5%和10.3%。值得注意的是，坝吉区间2002—2020年的年均降雨天数相比于1960—2001年下降了9.0% 而年平均降水量却增加了6.4%。这表明相比于1960—2001年，万安大坝至吉安区间2002—2020年间有降水发生时，日均降水量更大。

根据赣江干流栋背、吉安、峡江和外洲站实测流量资料，分别计算1960—2001年和2002—2020年的平均流量，结果如表2所列。

由表2可知，2002—2020年与1960—2001年相比，栋背平均流量减少13.1%、吉安减少1.2% 峡江断面增加3.6%、外州断面增加1.0%。总体来看，赣江上游的地表径流减少现象极为突出。值得注意的是，对比表1与表2 相比于1960—2001年，赣江上游2002—2020年的年均降水量仅减少了1.8% 而地表径流却下降了13.1%。由此可见，除了降水量减少之外，用水量的增加和植被改善可能也是赣江上游地表径流减少的重要原因。

根据曾金凤等学者的研究，由于人口增长、工农业发展和城市化进程的加快，赣江上游的最大城市——赣州市的工业用水、生活用水均有大幅增长。其中仅在2009—2013年的5 a间，赣州市工业用水和生活用水分别增加了28.0%和16.5% 总用水量增加了20%。据统计，2017年赣州市共有脐橙面积1.03×106 hm2 20 a前大部分是裸露的或稀疏灌木山丘，常绿阔叶林增加了叶面蒸发。因此，赣江上游地表径流的减少与气候变化与人类活动有关。

3 洪水的时空分布变化实证分析

3.1 大于2 a一遇洪水时空分布特点

洪水过程反映流域降水、产流汇流及河道洪水演进的集中效应。从赣江干流栋背、吉安、峡江和外洲1960—2020年的洪水要素资料中，按照“赣江流域综合规划报告”确定的洪峰流量理论频率曲线，提取出大于2 a一遇洪水52场，其中全流域洪水26次，局部区域洪水25次。洪水的时空分布特点如表3所列。

由表3可知，大于2 a一遇的洪水时空分布具有如下特点：

(1)1960—2001年共42a间发生大于2 a一遇洪水39次，其中全流域洪水19次，局部地区洪水20次。全流域19次洪水中，主要来水于中上游15次、中下游3次、下游1次。局部洪水20次中，发生在上游4次、中上游10次、中下游6次。

(2)2002—2020年共19a间共发生洪水13次，其中全流域洪水7次，主要来水区域全部在中下游。局部洪水6次，中上游1次，中下游5次。

由此可见，与1960—2001年相比，2002—2020年间赣江上游大于2 a一遇洪水发生频率有大幅下降，且明显小于下游，表明雨带有从上游向中下游转移的趋势。

3.2 大于5 a一遇洪水时空分布特点

按照“赣江流域综合规划报告”确定的洪峰流量理论频率曲线，1960—2020年汛期大于5 a一遇洪水14次，其中1960—2020年发生9次，频率为21% 2002—2020年发生5次，频率为25%。61 a间，万安、吉安和峡江最大洪峰流量均出现在1964和1968年，外洲最大洪峰流量出现在2010年。

主要洪水的时空分布特点如表4所列。选择具有代表性、典型性的8次洪水(见表4中标*的洪水) 产生洪水的暴雨等值线如图2所示。根据栋背、吉安、峡江和外洲洪水过程，用马斯京根河道洪水演进方法计算上游断面洪水演进到下游断面的过程，将下游断面实测洪水减去上游演进的洪水流量，得到区间入流。1960—2020年间8次洪水区间组成如图3所示。

图2 1960—2020年8次暴雨等值线

图3 1960—2020年8次洪水的区间来水组成

由表4和图2可知，1960—2001年间共有4次大于5a一遇的典型洪水，均发生在赣江上游、万安坝下至吉安区间。2002—2020年间共有4次大于5a一遇的典型洪水，除1次属于全流域洪水外，1次在上游和万安坝下至吉安区间，而2019、2020年的2次典型洪水主要在下游区间。

但从主雨带分布区域来看，1960—2001年4次典型洪水的主要来水均在鄱阳湖流域的南部(赣江上游)、东南部(中上游)、东北部(中下游)或中东(中游)部，2002—2020年4次洪水的主雨带均在鄱阳湖流域中东部(中游)或北部(下游)。

虽然大于5 a一遇的典型洪水数量较少，但来水区域和主雨带总体也呈由上游向下游转移的趋势。根据胡振鹏等学者的研究，这可能与气候变暖造成的雨带北移有关。鄱阳湖流域的降水主要受东亚季风气候影响，随着气候变暖，欧亚大陆和太平洋之间海陆热力差异大，季风环流增强时，造成鄱阳湖流域的雨带北进。但需要指出的是，几年来的气象研究表明，东亚季风的驱动力极为复杂，厄尔尼诺事件、拉尼娜事件、北极涛动以及青藏高原的积雪变化均对其造成一定影响。因此，鄱阳湖流域雨带和洪水区域的变化原因仍有待进一步的研究。

4 气象干旱与洪涝急转实证分析

以连续2个月降水量小于相应月份多年平均值的一半，或者1个月降水量小于相应月份多年平均值的25%为作为鄱阳湖流域出现气象干旱的判断条件 统计1960—2020年赣州、吉安和南昌的月降水量，分别计算1960—2001年和2002—2020年干旱发生的次数，结果如表5所列。

由表5可知，相比于1960—2001年，2002—2020年赣江上游(赣州为代表站)的气象干旱频率相差不大，仅由52.4%变为52.6%。但赣江中下游(吉安、南昌为代表站)发生气象干旱的频率增加。其中吉安的气象干旱频率由31.0%提升至126.3%;南昌的气象干旱频率由38.1%提升至68.4%。

随着平均气温升高，极端气象事件频发。2002年10月30日赣江中上游出现较大洪水，在枯水期实属罕见；旱涝急转现象频繁发生。1960—2001年鄱阳湖流域，仅1963年1—6月发生过一次旱涝急转。2002—2020年19 a中，2011年全流域出现春夏连旱、6月份急转洪灾；2019年7月洪水之后急转旱灾，时间长达6个月。

1963年鄱阳湖流域平均降雨量1 130 mm 是有记录以来降水最少年份。1—5月流域平均降水量484 mm 江西全省无雨天数达85 d 局部区域河道断流；五河入湖总径流量235.2×108 m3 仅为同期多年平均值的34%;鄱阳湖星子站2月平均水位5.50 m(黄海基面) 5月下旬全流域遭遇暴雨，一次降水过程250 mm 山洪暴发，江河水位急涨，洪水泛滥；赣江等5河入湖流量由4月的970 m3/s增加到5月份的4 140 m3/s 一些地方出现洪灾。1—6月南昌降水量、外洲站流量和鄱阳湖星子站水位过程如图4所示。

图4 1963年1—6月旱涝急转相关水文要素变化过程

2011年江西全省平均降雨量1271 mm 比多年平均值少21% 1—5月份，全流域平均降水量421.3 mm 比常年同期均值少49% 比1963年同期少13% 属于1950年以来同期最小值。1—5月，5河入湖总径流量251.6×108 m3 比1963年少13%。6月初一场暴雨，流域中小河流遭受洪灾，鄱阳湖星子站水位由5月份7.73 m上涨到6月的12.38 m 水位上涨4.65 m(见图5)。

图5 2011年1—6月旱涝急转相关水文要素变化过程

2019年6—7月上半月江西全省平均降水量625 mm 暴雨集中，鄱阳湖星子站7月17日达到年最高水位18.73 m 超过防汛警戒水位1.59 m 流域洪涝灾害损失严重。7月下旬急转干旱，到10月初，流域平均降雨量仅96 mm 比同期多年均值偏少约70% 冬季继续干旱，8—12月降水量之少，排历史同期首位。有代表性的水文要素如图6所示。

图6 2019年7—12月涝旱急转相关水文要素变化过程

从图4—图6可以看出：2011年和2019年旱涝急转程度比1963年突发性更强烈。气候变暖，大气温度高，其中蕴藏的水汽更多，一旦形成降水，降水强度更大；大气温度高，蕴藏的能量更多，大气环流稳定性差，一旦遇到成雨条件，旱涝急转的几率更大、突发性更明显。

5 讨 论

根据上述讨论，结合国内外有关研究，将气候变化对鄱阳湖流域洪旱时空分布的影响列举如表6所列。

由表6可知，本研究与目前已有研究的区别主要在于：既有文献通常将赣江流域作为一个整体，研究其降雨、径流等水文要素的变化；而本研究则进一步将其划分为赣江上游(栋背站以上)、坝吉区间、吉峡区间、峡外区间等几个子流域，研究气候变化对这几个子区域相应水文要素的影响。

在气候变化对年均降水量的影响研究中，文献[7 8 9]表明：赣江流域降水量自2002年起出现由多到少的突变，年均降雨量有一定下降。而本研究表明：虽然赣江上游、吉峡区间、峡外区间的年平均降水量均有小幅减少；但坝吉区间的年平均降水量有一定增加。两者之间略有一定区别，造成这种差异的原因可能是文献[7 8 9]将赣江流域作为一个整体进行降水量计算所致。在年降雨天数变化的研究中，文献[10 11 12 13]表明：自2002年起，赣江流域降雨天数显著减少，这与本研究的结论一致。

在气候变化对径流的影响研究中，已有文献中对于鄱阳湖赣江流域径流的变化研究结论有一定分歧。其中文献[14 15 16]认为自2002年以来赣江的径流量呈下降趋势；文献[17]认为：赣江流域年径流有一定的增加，但增加趋势并不显著。本研究通过进一步划分子流域，表明赣江上游的地表径流有较为明显的减少趋势；但中下游的变化仍需要进一步的研究。

在气候变化对洪水的影响研究中，文献[19]主要关注赣江中下游的洪峰、洪量要素；而本研究主要从洪水频率方面展开分析，二者具有一定的互补性。如文献[19]表明赣江中下游的洪峰、洪量并无显著变化。而本研究则进一步指出“相比于1960—2001年，2002—2020年间赣江上游大于2 a一遇洪水发生频率有大幅下降；且大于5 a一遇的洪水来水区域和主雨带总体呈由上游向下游转移的趋势。”

在气候变化对干旱的影响研究中，文献[20]认为“进入21世纪后，赣江流域发生干旱的可能性增大”。本研究进一步指出“气象干旱频率增加的现象主要出现在赣江中下游；而相比于1960—2001年，2002—2020年间赣江上游的气象干旱频率并未出现明显改变。”但需要指出的是，由于数据的限制，本研究主要关注气象干旱。为了更全面地解释气候变化对鄱阳湖流域水资源短缺的影响，还应进一步对农业干旱、水文干旱和社会经济干旱展开更深入研究。

在气候变化对旱涝急转的影响研究中，不同文献的结论有较大差异。其中文献[21]利用长周期旱涝急转指数 LDFAI对近50 a鄱阳湖流域的入湖水量进行了分析，认为进入21世纪，鄱阳湖流域旱涝急转有增加趋势。文献[22]利用短周期旱涝急转指数 SDFAI对1960—2012年间鄱阳湖五河的控制性水文站进行了分析，认为2000年后鄱阳湖流域旱涝急转有减少趋势。本研究通过对1960—2020年间实证分析，表明2002年后旱涝急转现象有增加趋势，流域级旱涝急转事件频率由2.5%上升至10.5%。但总体来看，采用不同的统计分析方法以及水文气象监测数据起止年限不同，结论可能有很大差异。因此，对于鄱阳湖流域的旱涝急转现象，仍有待进一步的研究。

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6 对策与建议

赣江下游及鄱阳湖周边人口众多、城镇密集、经济繁荣。而结合前文的论述可知，气候变化下鄱阳湖赣江流域的洪灾有从上游向中下游转移的趋势，而且中下游的气象干旱频率也有显著增加，这给当地社会经济发展和生态文明建设带来了新的挑战。为了应对这一新情况，提出下述对策建议。

6.1 赣江中下游的防洪能力提升对策

针对气候变化下鄱阳湖赣江流域的洪灾有从上游向中下游转移的趋势，结合当地的防洪工程现状，建议从以下两个方面进行防洪能力提升。

(1)城市防洪排涝要放到流域“山水林田湖草”生命共同体中统筹考虑，补齐短板、消除隐患、加强管理。根据经济社会发展水平和人民群众承受能力，科学确定城市防洪排涝标准，确保在遭遇3～5 a一遇暴雨时，基本不造成灾害损失、不影响正常的生产生活。

(2)任何工程措施都不可能完全应对可能出现的超强暴雨。要充分认识非工程措施应对突发性强暴雨和超强暴雨的作用和价值，进一步完善和强化各类非工程措施。首先，把编制不同频率暴雨淹没范围图和暴雨洪涝灾害预测预报系统纳入智慧城市建设中，使防洪排涝有一定预见期和针对性；影响城市防洪安全的大型水库都应建设暴雨洪水预测预报系统。根据暴雨洪涝灾害预报提前采取应急措施，如提前排泄或抽放城市内湖泊、水塘或废弃河道中的积水，腾出一定容量存蓄降雨径流；制定易受洪涝侵害区域居民转移和确保交通、电力和通信畅通的应急方案，加强居民保护人身安全和家庭财产的教育与培训，有条件的城市利用水上公园或湿地公园作为临时分蓄洪区等。

6.2 赣江中下游的抗旱能力提升对策

针对气候变化下鄱阳湖赣江流域的中下游气象干旱频率增加的趋势，结合当地的水资源开发利用工程现状，建议从以下两个方面进行抗旱能力提升。

(1)坚持节水优先，加强水需求管理。需要根据气候变化下的水资源时空分布演变规律，调整产业结构和工业布局，提高节水器具普及率和工业用水重复利用率；加强高标准农田建设，提高农田灌溉水有效利用系数。

(2)根据气候变化下的水文情势改变，对现有水利工程的运行目标、调度规则、经济社会效益和环境影响进行再评估，实施适应性管理。通过改进工程运行规则，完善管理体制机制，局部加固改造，充分挖掘现有水利工程的潜力。

7 结 论

气候变化对赣江流域不同区域的水文情势影响有一定区别：

(1)在降水方面，赣江上游、坝吉区间、吉峡区间、峡外区间4个区域的年均降水天数都处于减少状态；而且相比于1960—2001年，赣江上游、吉峡区间、峡外区间2002—2020年的年平均降水量均有小幅减少，分别下降了1.8%、1.2%和0.1%;而坝吉区间的年平均降水量则增大了6.4%。

(2)在径流方面，相比于1960—2001年，赣江上游的年平均流量下降极为突出，其中栋背流量减少了13.1%。在其它测站中，吉安减少1.2% 峡江和外洲则分别增加了3.6%和1.0%。

(3)在洪水方面，与1960—2001年相比，2002—2020年间赣江上游大于2 a一遇洪水发生频率有大幅下降，且明显小于下游。除此之外，大于5a一遇的典型洪水来水区域和主雨带总体也呈由上游向下游转移的趋势。

(4)在干旱方面，相比于1960—2001年，2002—2020年赣江上游的气象干旱频率相差不大；但中下游吉安的气象干旱频率由31.0%提升至126.3%;南昌的气象干旱频率由38.1%提升至68.4%。而且随着平均气温升高，极端气候事件频发，流域级旱涝急转事件频率由2.5%上升至10.5%。

在旱涝急转的研究中。采用不同的统计分析方法，结论可能有很大差异。因此，对于鄱阳湖流域的旱涝急转现象，仍有待进一步的研究。

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水利水电技术（中英文）

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