葫芦河径流年际变化分析.doc

葫芦河径流年际变化分析 （天水市水利水电勘测设计院 甘肃 天水741000）摘要径流的变化对整个水文系统的演化起主导作用，会对资源环境和区域经济产生重大影响，本文依据葫芦河下游秦安水文站实测月、年径流量资料，运用数理统计法对葫芦河径流的年际变化进行了分析计算，得出葫芦河近50a来的径流情势：年际变化总体呈现出先增大后减小的趋势，特别近几年，葫芦河进入相对枯水期，年径流变差系数和极值比较大，反映出葫芦河径流丰枯水年变化剧烈，流域调蓄能力不强；径流M-K趋势反映葫芦河径流总体呈现减小趋势，径流在1989年和2003年发生突变。关键词葫芦河，径流，年际变化，数理统计，Mann- kendall秩次检验法序言河川径流量是水循环的重要环节，会对资源环境和区域经济产生重大影响，近年来，由于人类活动频繁，各流域的河川径流量都出现了不同程度的增大和减小趋势。葫芦河是黄渭河上游较大的支流，为甘肃省中部静宁县、庄浪县、秦安县提供丰富的水资源，同时也是这一地区防洪减灾重要设防河流。因此有必要对葫芦河径流变化规律进行深入研究，以便深入了解葫芦河流域地表水资源的变化趋势，为水资源的合理开发利用、流域的生态安全和防洪减灾提供科学依据。1研究区概况8葫芦河属渭河一级支流，发源于宁夏回族自治区西吉县月亮山，河源处海拔高程2550m，由北向南流经静宁县、庄浪县、秦安县至麦积区南河川汇入渭河。河流全长287 km，流域面积10740 km2，河道平均比降0.44%。整个流域地处六盘山以西地区，地貌类型为高黄土梁，黄土梁相对高度达200m以上。河流多年平均径流量3.09亿m3。多年平均输沙量776万t。图1-1 葫芦河流域地理位置图2研究内容及方法2.1研究内容本次研究以葫芦河下游秦安站1956-2006年实测径流资料为基础，对径流年际变化特点进行分析，揭示葫芦河流域径流系统的演化规律和趋势变化特点。2.2研究方法（一）距平法距平是常用的表示径流偏离正常情况的统计量，即xi-。（二）变差系数和年际极值比变差系数是衡量系列相对离散程度的参数，变差系数大小反映河川径流在多年中的变化情况，计算式为： （2-5）其中：Ki为第i年的年径流变率，Ki=，n为资料年数。（三）Mann- kendall秩次检验法在M-K秩次检验中，原假设H0：时间序列数据（x1,x2，xn）是n个独立同分布的随机变量样本；备择假设H1是双边检验；对于所有的k，jn且kj，xk和xj的分布是不相同的，检验的统计变量S计算如下式： S= （2-6）其中，sign()为符号函数。当xj-xk小于、等于或大于零时sign(xj-xk)分别为-1、0或1。S为正态分布，其均值为0，方差 s0s0 s0(2-7)使用连续Mann-Kendall检验来清晰看到趋势随时间的变化过程。连续值U（t）为一标准化变量，具体计算如下xixj xixj1ji（2-12） t=2，3，n E（t）=t（t-1）/4 Var（st）= t（t-1）（2t+5）/72 t=1，2，.，n 采用双边趋势检验，统计量U称为M-K秩次检验系数，在给定一显著性水平=5%，查正态分布表得到临界值=1.96。若，拒绝原假设，即表明原序列存在一个显著的增长或减少趋势。若，接受原假设，U服从标准正态分布，即序列无趋势变化。即所有U随时间变化曲线落在置信区间内，那么原序列不存在变化趋势，反之，原序列存在显著的变化趋势。将原时间序列x按顺序排列，按以上公式计算得出U（t）为统计量UF；原时间序列x按逆序排列，再按上式计算得出的U（t）为统计量UB，将统计量曲线UF、UB和信度线（u0.05=1.96）绘制在同一张图上，如果UF值大于0，则表明原序列呈上升趋势，反之则呈下降趋势；当UF超过置信度线时，表明上升或下降趋势显著，超过置信度线的范围确定为出现突变的时间区域。3成果分析（一）径流的年际变化河川径流是流域自然地理因素综合作用的产物，各河流径流量年际变化呈现不同的特点。根据葫芦河1956-2006年共51年年径流资料系列，计算径流距平，分析葫芦河径流多年变化特征。根据水文预报规范，径流丰枯情况的划分标准为：P-20%为枯水；-20%P-10%为偏枯；-10%P10%为平水；10%P20%为偏丰； P20%为丰水。图3-1 葫芦河径流距平图从图3-1中看出：葫芦河径流年际波动较大，总体表现为先增大后减小的趋势，丰平枯水年交替出现，秦安站枯水年出现的次数最多，丰水年次之，平水年最少。50年代为葫芦河径流平水期，60年代至70年代为葫芦河丰水期，80年代至21世纪初为葫芦河连续枯水期。（二）径流变差系数和年极值比对水文现象来说，变差系数Cv，年反映河川径流在多年中的变化情况，Cv，年值越大，表明丰枯水年的年径流变化剧烈，容易引发干旱或洪涝灾害，对水资源的开发利用不利。年际径流极值比越大，反映径流年际变化幅度越大。表3-4 葫芦河流域年径流量特征值表水文站年径流量（亿m3）流域面积（km2）Cv，年最大最小最大/最小年径流量（亿m3）年份年径流量（亿m3）年份秦安）3.0998050.688.4819680.32199726.5从表3-4中可以看出，葫芦河Cv，年值为0.68，表明葫芦河径流年际变化剧烈，多年分配不均匀、不稳定，丰水年易发生洪水问题，枯水年易发生干旱问题。自1956年以来，葫芦河流域水量最丰沛的一年为1968年，1997年是葫芦河流域历史上最枯的一年，年际径流量极值比为26.5，表明该流域调蓄能力较弱，年际变化幅度大。（三）径流M-K秩次检验根据葫芦河秦安站1956-2006年实测径流资料系列，采用Mann-Kendall秩次检验法计算出时间序列的UF和UB值。图3-2为葫芦河年径流Mann-Kendall秩次检验方法统计变化图。图中水平直虚线为0.05显著性水平临界值（1.96），虚线表示UF值，实线代表UB。UFUB图3-2 葫芦河年径流M-K曲线图从年径流M-K曲线图中可以看出：葫芦河流域51a径流量总体上有减小趋势。分阶段来看：1956-1989年UF曲线呈不规则的周期性波动变化，1972-1989年径流呈明显下降趋势，但介于0.05置信区间，表明径流在0.05显著性水平下，变化趋势不显著； 1990-2002年径流下降趋势显著；1966-1970年、2003-2006年径流上升趋势显著，1989年和2003年UF和UB曲线相交，表明葫芦河径流发生突变。5结语葫芦河是甘肃省中部防洪减灾的重要的河流。本次研究从最基本的径流资料入手，通过对1956-2006年共51年水文实测资料的分析，对葫芦河径流年际变化情况及趋势进行系统的研究，得出结论：葫芦河流域丰枯水年径流变化剧烈，容易发生干旱和洪涝灾害，流域地区应该做好防灾减灾工作。参考文献1张济世，康尔泗，蓝永超等.50a来洮河流域降水径流变化趋势分析J.冰川冻土.2003，25（1）：77-82.2李艳，陈晓宏，张鹏飞.北江流域径流序列年内分配特征及其趋势分析J.中山大学学报（自然科学版）.2007，46（5）：113-116.3冯国璋，李瑛，李佩成.河川径流年内分配不均匀性的量化研究J.西北农林大学学报.2000，28（2）：50-53.4郑红星，刘昌明.黄河源区径流年内分配变化规律分析J.地理科学进展.2003，22（6）：585-589.5刘贤赵，李嘉竹，宿庆等.基于集中度与集中期的径流年内分配研究J.地理科学.2007，27（6）：791-795.6徐东霞，章光新.嫩江径流年内变化特征分析J.干旱区资源与环境.2009，23（7）：48-5