韓江干流潮安站徑流量變化特征分析

【摘要】本文研究了1951-2010年韓江干流潮安站徑流量的基本變化特征，結(jié)果表明：潮安站年徑流量年內(nèi)分配不均，年徑流量呈現(xiàn)不顯著增加趨勢，在60年代和21世紀(jì)兩個(gè)時(shí)代水量偏枯，而在70-90年代水量相對(duì)較多；Morlet小波變換表明該站徑流量存在2a、8a和11a等周期變化，與厄爾尼諾和太陽黑子的運(yùn)動(dòng)周期有關(guān)；P-Ⅲ型分布對(duì)洪峰流量擬合較好，洪水頻率計(jì)算可以為區(qū)域水利建設(shè)和防洪提供一定的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】徑流量；韓江；潮安站；周期；洪水頻率

一、流域概況

韓江流域位于粵東、閩西南地區(qū)，地理位置在東經(jīng)115°13′～117°09′，北緯23°17′～26°05′，是廣東省僅次于珠江流域的第二大流域。該流域包括廣東、福建和江西3省，干流全長470km（自河源至東溪口），落差920m，平均坡度為0.4‰，流域面積為30112km2。梅江是韓江的主流，發(fā)源于廣東省紫金縣的七星崠，在三河壩與汀江匯合后，經(jīng)潮州市進(jìn)入韓江三角洲，分北、東、西溪出南海。

潮安水文站是國家重點(diǎn)基本水文站，其控制流域面積29077km2，占總流域面積的96.6%，是韓江流域的總出口控制站。本文基于1951-2010年潮安站徑流資料分析了韓江徑流的年內(nèi)年際變化，并對(duì)洪水頻率進(jìn)行了計(jì)算分析，可以為該流域水資源的發(fā)展與合理利用提供一定的參考。

二、徑流年內(nèi)變化

潮安站多年平均徑流量為248.9億m3，其中平均徑流量最大出現(xiàn)在6月，最小為1月。該站徑流量年內(nèi)分配不均，呈單峰性變化曲線，汛期（4-10月）徑流量占全年總徑流量的79.7%，非汛期徑流量占20.3%，主要是由于臺(tái)風(fēng)在這幾個(gè)月頻繁登陸，帶來臺(tái)風(fēng)雨，從而對(duì)韓江徑流產(chǎn)生一定的影響。

三、徑流年際變化

3.1年際豐枯分析

為探討年徑流量豐枯變化的規(guī)律，本文采用P-Ⅲ分布對(duì)潮安站年徑流量進(jìn)行擬合。設(shè)大于25%對(duì)應(yīng)的頻率值為豐水年，小于75%對(duì)應(yīng)的頻率值為枯水年。計(jì)算得出豐水年、平水年以及枯水年的流量臨界值為296.4m3/s和194.0m3/s。年徑流豐、中、枯分類見圖1。

由圖中可以看出，1951～2010年間潮安站水量處于枯水年和豐水年的年份基本持平。1951～1956年沒有出現(xiàn)平水年；1972～1998年，除了1977和1991年為枯水年之外，其它均為豐水年和平水年；而在1956～1972年和1998～2010年兩個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)枯水年和平水年的年份較多。

3.2年代年際變化

韓江潮安站最大年徑流量477.6億m3，最小為112億m3。從表2的數(shù)據(jù)中可以看出，韓江在60年代和進(jìn)入21世紀(jì)之后兩個(gè)年代徑流量較少，80至90年代徑流量相對(duì)較多，50和70年代與多年平均徑流量相差不大。

為了進(jìn)一步揭示韓江年徑流量階段性變化，圖2繪制了徑流量的累積距平曲線。由圖可知，潮安站60年實(shí)測年徑流量的累積距平波動(dòng)性較大。其中，1953～1958年曲線持續(xù)下降，1958～1961年曲線持續(xù)上升，說明在50年代前后期水量變化幅度較大，豐枯變化劇烈；1961～1972年間曲線趨勢下降，說明在60年代韓江干流處于枯水時(shí)段；1972～2001年整體呈波動(dòng)上升階段，說明進(jìn)入70年代之后的30年韓江水量整體處于上漲趨勢；而進(jìn)入21世紀(jì)之后，曲線在2004-2007年間出現(xiàn)短暫上升趨勢，但整體波動(dòng)下降，水量出現(xiàn)減少態(tài)勢。

3.3年際變化的趨勢性

Mann-Kendall檢驗(yàn)法是由Mann（1945）最先提出的一種用于檢測時(shí)間序列變化趨勢的方法，該檢驗(yàn)不要求樣本服從一定的分布且計(jì)算比較簡單，是WMO推薦并已廣泛使用的一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法。

潮安站年徑流量趨勢檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值ZMK=0.351，這里取置信水平a=0.05進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，臨界值U0.05=±1.96，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值小于臨界值，即潮安站60年徑流量呈不顯著增加趨勢。

3.4年際變化的周期性

本文運(yùn)用Morlet復(fù)小波變換對(duì)潮安站年徑流量進(jìn)行小波分析，分析其變化周期特征。通過以時(shí)間因子為橫坐標(biāo)，尺度因子為縱坐標(biāo)繪制二維等值線圖可以分析序列的多時(shí)間尺度變化特征。小波方差為時(shí)域上關(guān)于尺度因子的所有小波系數(shù)的平方積分，可以判別出序列變化的顯著周期。

鑒于月徑流數(shù)據(jù)序列含有1a左右顯著的周期變化，掩蓋了更大尺度的周期變化特征，本文選用小波濾波的方法對(duì)原數(shù)據(jù)序列進(jìn)行低通濾波，去掉1a左右的周期影響，然后再對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。選用Morlet復(fù)小波對(duì)上述預(yù)處理后的年徑流序列進(jìn)行小波變換，得到潮安年徑流量的小波功率圖。圖中等值線表示不同大小的小波譜密度值，粗等值線圍成的部分為通過紅噪音譜95%置信水平的區(qū)域，V型曲線包圍之外的為“影響錐”。V型曲線之外的部分受數(shù)據(jù)邊界的影響較大，可信度不大。

由圖可知，韓江潮安站年徑流量存在2.1、8.3、11.7和39.3年周期變化。由于39.3年周期在影響錐外側(cè)，可信度不大，所以潮安站年徑流量存在2年、8年和11年左右的周期變化。其中2年周期為顯著周期，超過了置信水平為95%紅噪音理論譜曲線值。2年和8年周期與厄爾尼諾現(xiàn)象有關(guān)，而11年周期與太陽黑子活動(dòng)周期一致。

四、洪峰頻率分析

洪水是人類面臨的主要自然災(zāi)害之一，具有突發(fā)性和破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，會(huì)給人類帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在一年的觀測資料中選用最大的一次洪水作為樣本分析即為洪水頻率分析。本文運(yùn)用P-Ⅲ頻率曲線對(duì)潮安站洪峰流量進(jìn)行頻率計(jì)算，頻率分析曲線見圖4，頻率重現(xiàn)期值計(jì)算見表3。

韓江流域洪水主要由暴雨產(chǎn)生，韓江洪水來時(shí)較早，結(jié)束時(shí)間較遲，一般從4月下旬開始，到10月中旬結(jié)束。韓江下游區(qū)屬于大范圍暴雨洪水，為肥胖型洪水，漲落緩慢且歷時(shí)較長，如1960年6月，潮安站實(shí)測最大洪峰流量為13300m3/s，15天洪量達(dá)63.1億m3，持續(xù)時(shí)間近半個(gè)月。

五、結(jié)論

（1）韓江潮安站年徑流量年內(nèi)分配不均，主要集中在汛期，約占總徑流量的80%；徑流量變化具有一定階段性，在60年代和21世紀(jì)兩個(gè)時(shí)間段水量偏枯，而在70-90年代水量相對(duì)較多；年徑流量整體呈現(xiàn)不顯著增加趨勢。

（2）韓江潮安站年徑流量存在2年、8年和11年左右的周期變化，這與厄爾尼諾現(xiàn)象和太陽黑子運(yùn)動(dòng)周期相關(guān)。

（3）韓江流域洪水主要為暴雨洪水，洪水設(shè)計(jì)頻率值的計(jì)算可以為該區(qū)域水利建設(shè)以及防洪提供一定的依據(jù)。

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作者簡介

趙蘭（1987- ）女，漢族，山東泰安人，碩士生，主要研究方向：水文與水資源分析。

Analysis on the Runoff Characteristics of Chaoan Station in Hanjiang River Basin

Zhao Lan

Abstract： This paper studied the basic runoff characteristics of Chaoan station in Hanjiang river basin during 1951-2010. It was showed that the distribution of runoff is unequal during the year and the annual runoff increases not significantly. It has less quantity of runoff in 1960s and in the 21st century but has more from the 1970s to the 1990s. The runoff has 2a， 8a， and11a periods based on the Morlet wavelet transform method. This may be related to the El Ni?o phenomenon and the movement of sunspot. The extreme flood runoff is consistent with the distribution of P-Ⅲ，the calculation of flood frequency can provide a basis for the construction of water conservancy and the flood prevention in local area.

Key words： Runoff； Hanjiang； Chaoan； Period； Flood frequency