江西柘林水库集水区近５０年气候干湿状况研究

摘　要：柘林水库的面积和库容较大，但集水区面积相对较小，水资源亏缺是其主要制约因子，研究近５０ａ来水库集水区的气候干湿状况和变化趋势，对于水库的运行调度、效益发挥以及制定科学的投资计划具有很好的参考价值。基于江西柘林水库集水区内３个常规气象站１９５８～２００７年的逐日降水、气温等要素观测资料，计算不同时间尺度的标准化降水指数（ＳＰＩ指数），以衡量集水区干湿情况；用ＦＡＯ　Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ方法计算参考蒸散量；以年降水量与年参考蒸散量的差值近似代表最大径流深度。采用线性趋势拟合、滑动平均等分析方法，对水库集水区的旱涝、参考蒸散量、最大径流深度等的时间分布状况、季节变化、变化趋势等进行了分析。研究结果表明：（１）柘林水库集水区１９９８年以来年降水量呈明显下降趋势，而年参考蒸散量呈上升趋势，导致年最大径流深度下降明显，水库水资源不足；（２）近５０ａ柘林水库集水区的降水集中度呈增加趋势，强降水对总降水量的贡献增大，旱涝发生风险均增加；（３）近５０ａ柘林水库集水区旱涝互现、旱重于涝。

    柘林水库库区位于东经１１５．４８°、北纬２９．２°附近狭长地带，北倚幕府山，南接九岭山，东连开阔的鄱阳湖平原，汇水区属于修河流域，是鄱阳湖５大入湖水系之一。柘林水库集水面积９　３４０ｋｍ２，占整个修河流域面积的６３．５％；总库容７９．２亿ｍ３，装机容量４２万ｋＷ，是江西省面积、库容最大的水库，亦是已建成的亚洲最大土坝水库。柘林水库集水区属于亚热带湿润季风气候区，降水充沛，但季节分布不均，极端强降水、持续干旱发生频率高。
    大型水库的效益主要体现在防洪、灌溉和发电等方面，水库效益的发挥与集水区的气候干湿状况密切相关，气候干湿状况决定了年降水量的多寡，年降水量的多寡则直接决定了入库水量的多少。入库水量、年发电量和同期年降水量、年地表径流深度之间密切相关，利用１９７３～２００２年柘林水库逐年的入库水量、年发电量和同期年降水量、年地表径流深度数据，计算相互之间的相关系数，结果表明入库水量、年发电量数据与同期年降水量、年地表径流深度之间相关较好，其中年入库水量与年降水量、年地表径流深度之间相关性很好，相关系数均大于０．９４，
而年发电量与年降水量、年地表径流深度的相关系数稍差，但均在０．５５以上，上述相关系数均可通过０．０１信度检验。柘林水库集中了防洪、灌溉和发电等功能，对下游防汛抗旱、生态环境保护等非常重要。另外，柘林水库投资额巨大，需着重考虑发电效益。研究柘林水库集水区近５０ａ来的气候干湿变化规律，揭示降水量、地表径流深度时空分布特点和变化趋势，对于水库的运行调度，制定科学的投资计划等工作具有重要的意义。
    气候干湿状况主要取决于当地的降水量和参考蒸散量，目前表征气候干湿状况的指标主要有干燥度指数［１～６］、湿润指数［７～９］，两者本质上是一致的。大型水库上游一般具有较大面积的集水区域或流域，其干湿情况、降水集中度等的变化体现了气候变化对区域的影响，具有很好的指示作用。近几十年来，国内外关于气候变化对水文水资源影响的评价研究方面取得了很大进展，气候变化对水文水资源影响的评价方法一般有３种，即影响、相互作用和集成方法［１０］。史玉品等［１１］利用１９５６年以来气候资料，建立天然径流量计算公式分析了２０世纪９０年代近期以来气候变化对龙羊峡入库径流量的影响；姚玉壁等［１２］利用洮河流域气象观测资料和水资源定位观测资料，建立水资源气候模式；许有鹏等［１３］开展了气候和下垫面特征变化条件下的暴雨洪水模拟研究，以长江下游太湖东苕溪流域的南苕溪为研究区，进行了流域降雨径流过程的动态模拟验证和特征分析；谷黄河等［１４］分析了江西柘林水库历史洪水资料、频率计算、洪水调度及合理性论证，校核了水库讯限水位设计值；Ｃｏｈｅｎ［１５］用Ｔｈｒｏｎｔｈｗａｉｔｅ水量平衡模型研究了不同ＧＣＭｓ 输出结果对加拿大Ｓａｓｋａｔｃｈｅｗｅｎ河的影响；Ｃｈｉｅｗ等［１６］研究了气候变化对澳大利亚２８个代表流域的影响；Ｄａｖｉｄ［１７］、
Ｋｅｎｎｅｔｈ［１８］和邓慧平［１９］等采用了确定性的月时间尺度水量平衡模型来研究气候变化对水文水资源的影响。本文基于柘林水库上游集水区３个气象站１９５８～２００７年的气温、降水观测资料，采用了标准化降水指数（ＳＰＩ指数）衡量柘林水库集水区干湿情况，用ＦＡＯ　Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ 方法计算的参考蒸散量ＰＥ，分析其气候干湿变化规律，为研究气候变化对区域的影响提供具体事证。