摘要：根据海南岛万泉河下游水文控制站1956-2014年实测月降水量与径流量资料，采用统计参数、累积曲线、小波分析方法对其进行研究。结果表明：①万泉河年径流量多年变化大于年降水量，实测径流系数呈现下降趋势，降水径流关系存在减小的规律；②万泉河近60a来降水量呈增多趋势，径流量呈减少趋势；③万泉河年降水量具有28年和12年左右的明显周期，径流量具有28年和13年左右的明显周期。研究结果对万泉河水资源开发利用和优化调度具有一定的指导意义。
关键词：海南岛；万泉河；降水；径流；特征
降水与径流是水文过程的重要环节，是水文要素变化最为直接的表征[1]。国内对降水径流演变规律及其重要性主要集中在黄河[2]、长江[3]以及珠江[4]等流域，对于热带岛屿性降水径流变化研究相对较少。
在全球气候变暖、ENSO事件频发的变化环境背景下，研究其降水量与径流量的年内分配、年际变化及其演变规律，有助于探索流域水循环演化规律，并对区域水资源合理开发利用、人水关系和谐、水资源配置与安全保障以及经济社会发展均具有重要意义[5-6]。
1 区域概况
万泉河，海南岛第三大河流，流域面积3693km2，属热带季风海洋性气候，发源于琼中，流经屯昌、定安、文昌、万宁等市县，至琼海博鳌港汇入南海。地理位置：18°46′~19°31′N、109°37′~110°38′E。
万泉河干流全长157km，平均坡降1.12‰，总落差586m，干流在合口咀以上部分为上游段，主源为乘坡河（习称乐会水），长度103km，落差573m，集水面积1387km2；合口咀至入海口河段称万泉河，全长56km，落差13m。
万泉河流域上游属中、低山区，中、下游为半山区或丘陵区，在合口咀以下河面宽阔，两岸为冲积台地平原。流域是海南岛暴雨中心之一，多年平均降水量2020mm，多年蒸发量1132mm，多年平均流量154m3/s。主要大型水库为牛路岭水库，集雨面积1236km2，总库容、兴利库容分别为7.78亿m3、4.17亿m3。
2 资料与方法
考虑到海南岛地理位置的代表性和资料完整性，选取流域下游靠近入海口的水文控制站，即万泉河加积站（集水面积3236km2）1956-2014年近60a实测降水与径流数据（径流量换算为径流深），通过绘制趋势变化线、双累积曲线分析万泉河降水量与径流量变化趋势情况；利用小波分析对降水量与径流量周期进行探究，根据主周期的丰枯变化规律对未来年降水量与径流量进行简单趋势预测。
3 结果分析
3.1 年内分配
万泉河多年月均实测降水量与径流量年内分配呈单峰型。1-3月份降水量与径流量呈现下降趋势，4月份开始缓慢增加，到汛期10月份降水量与径流量达到最大值。加积站5-10月份降水量占全年的77%，径流量占全年的67%。
采用年内分配不均系数Cvy分析径流量年内分配的均匀状况，Cvy值越大，表示各月径流量相差越悬殊，即年内分配越不均匀。Cvy的计算方法如下：
式中：Cvy为降水（径流）量年内分配不均匀系数；Ki为各月降水（径流）占年降水（径流）百分比；
为各月平均降水（径流）占全年降水（径流）百分比。
万泉河降水量年内分配不均系数在0.02~0.33之间，径流量年内分配不均系数在0.93~9.59之间，3月最小，10月最大。说明气候变化导致降水年内稳定程度降低，万泉河属雨源型河流，降水量变化和人类活动造成径流年内分配不均系数增大。
3.2 年际变化
采用变差系数Cv、极值比Km和不均匀系数α分析径流量的年际变化规律。
变差系数Cv为标准差与平均数之比，反映降水（径流）量总体系列离散程度。Cv值越大，表示降水（径流）量年际变化越剧烈，易发生洪涝灾害；Cv值越小，则表示降水（径流）量年际变化越平缓，利于水资源开发[7]。
极值比Km为最大和最小降水（径流）量的比值，反映降水（径流）量两个极端值的倍数关系，显示其不均匀程度。Km越大，表示降水（径流）年际变化越不均匀。
年际不均匀系数α为降水（径流）量平均值与最大值之比，反映年际变化的不均匀特征。α越接近1，表示年际变化越均匀。
万泉河降水量变差系数为0.22，径流量变差系数为0.31，说明万泉河径流量多年变化大于降水量；万泉河降水量极值比2.90，径流量极值比4.52，说明径流量受降水量变化影响，使其不均匀程度较降水量大。万泉河降水量不均匀系数为0.66，径流量不均匀系数为0.62，径流量年际变化均匀度较差。
表1 万泉河径流量、降雨量年际变化
水文要素变差系数极值比不均匀系数
降水量0.222.900.66
径流量0.314.520.62
3.3 趋势特征
由图1降水量与径流量变化过程线可知，万泉河降水量趋势线斜率k>0，说明年降水量呈现总体缓慢上升的趋势；径流量趋势线斜率k<0，说明年径流量呈现总体缓慢下降的趋势。
为了更好地说明流域下垫面对降水所产生的径流的影响程度，采用实测径流系数分析万泉河流域变化趋势特征，采用降水径流累积曲线分析万泉河降水量与径流量关系随时间的变化规律。
实测径流系数k是反映降水所产生径流受人类活动影响的程度[8]，计算公式为
（其中：R为实测径流量，P为降水量）。
由图2实测径流系数可以看出，万泉河实测径流系数呈现下降趋势。将万泉河降水径流关系分为1956-1979年、1980-2000年、2001-2014年三个阶段，对其降水径流累积曲线图分析显示，降水径流关系存在减小的规律。由此可见，万泉河流域自1979年牛路岭水库建成以后，水资源开发利用程度提高以及厄尔尼诺等气候现象变化，导致流域下垫面发生较大变化，致使实测径流系数呈下降趋势。
图1 1956-2014年万泉河降水与径流量线性趋势图2 万泉河径流系数变化曲线
图3 万泉河降水-径流累积曲线图图4 万泉河年降水量与年径流量小波方差图
3.4 周期特征
采用Morlet小波函数分析万泉河降水量与径流量周期特征。小波分析是可以一种实现多时间尺度序列结构特征分析及反映其局部化规律的方法，能够准确地判断水文时间序列周期的具体时段。利用Morlet小波函数同时从时域和频域揭示径流量信号变化特性，尺度较大时，可得到信号整体特征；尺度较小时，能提取信号细节特征[9]。通过绘制小波方差图反映时间序列中各个尺度扰动的相对强度。以Var（a）为纵坐标、a为横坐标绘制小波方差图，其峰值所对应的是径流量主周期。
由图4，万泉河年降水量存在不同尺度的5个较为明显的峰值，其中28a时间尺度为最大峰值，说明其周期震荡最强，为年径流量变化第一主周期；12a时间尺度对应着第二峰值，为年径流量变化的第二主周期，同时还存在21a、8a和5a的次周期。
万泉河年径流量存在不同尺度的4个较为明显的峰值，其中28a时间尺度为最大峰值，说明其周期震荡最强，为年径流量变化第一主周期；13a时间尺度对应着第二峰值，为年径流量变化的第二主周期，同时还存在21a和5a的次周期。
表2 万泉河年降水量与年径流量主要周期
水文要素短周期中长周期长周期
降水量5~81228
径流量51328
4 结论
（1）万泉河降水量年内分配不均系数在0.02~0.33之间，径流量年内分配不均系数在0.93~9.59之间，径流量年际变化、不均匀程度均大于降水量。
（2）万泉河流域径流量自1979年牛路岭水库建成以后，水资源开发利用程度提高以及气候变化，导致流域实测径流系数呈下降趋势。
（3）万泉河年降水量主周期为28a和12a；年径流量主周期为28a和13a，时间尺度一致性较好。
（4）本文对降水量分析忽略了蒸发量与人类活动的影响，对径流量分析也未考虑基流和其他因子的影响，因此，下一步定量分析气候变化和人类活动对万泉河降水量与径流量变化影响的研究仍需要不断深入和改进。
参考文献：（References）
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[8]代俊峰，张学洪，王敦球.北部湾经济区径流、降雨分配特点及其变化分析[J].中国农村水利水电，2011（6）：1-4.
[9]卢裕景，郭纯青，代俊峰.南流江流域降水序列周期特征及变化趋势[J].南水北调与水利科技，2016，14（2）：99-104.
论文作者:卢裕景,符秋菊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：径流论文; 降水量论文; 万泉河论文; 系数论文; 周期论文; 流域论文; 趋势论文; 《基层建设》2018年第30期论文;