黑龍江省年徑流系列代表性分析

孫國敏，王春雷

（1.黑龍江省水文局，黑龍江 哈爾濱 150001；2.黑龍江省黑河水文局，黑龍江 黑河 164300）

黑龍江省年徑流系列代表性分析

孫國敏1，王春雷2

（1.黑龍江省水文局，黑龍江 哈爾濱 150001；2.黑龍江省黑河水文局，黑龍江 黑河 164300）

文章對(duì)黑龍江省水資源計(jì)算成果，采用的 1956-2000 年徑流系列，對(duì)長系列的代表性進(jìn)行了分析并得出結(jié)論：徑流 1956～2000 年系列均值與長系列均值相比稍偏大，Cv 值稍偏小，具有一定代表性。但由于年徑流受人類活動(dòng)影響較大，建議實(shí)際應(yīng)用時(shí)視地理分布情況而定。

年徑流實(shí)測(cè)系列；統(tǒng)計(jì)參數(shù)；代表性

1 問題的提出

系列代表性是指樣本對(duì)總體的代表性，實(shí)測(cè)年徑流樣本系列對(duì)長系列（總體）的代表性如何,直接影響到實(shí)測(cè)年徑流樣本系列計(jì)算結(jié)果的精度,如果實(shí)測(cè)年徑流樣本系列對(duì)長系列具有代表性,據(jù)此計(jì)算的結(jié)果才能與實(shí)際情況相符,否則將會(huì)產(chǎn)生較大的計(jì)算誤差。黑龍江省水資源量最新計(jì)算成果，采用 1956—2000 年 45 年資料系列，這一樣本系列對(duì)長系列的代表性如何，此文在總結(jié)借鑒已有成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行初步分析。

2 分區(qū)代表站的選擇

由于全省的下墊面條件及氣候條件存在明顯差異。因而全省年降水、年徑流的地區(qū)分布也很不均。在選擇代表站時(shí)，一要考慮代表站資料系列較長；二要考慮地域及氣候條件?；谏鲜鲆蛩?，我們選擇了5個(gè)水文站作為代表站進(jìn)行系列代表性分析，并對(duì)年徑流缺測(cè)年份進(jìn)行插補(bǔ)延長，詳見表 1。

3 系列代表性分析

3.1 年徑流系列代表性分析

年徑流系列代表站插補(bǔ)后，一般為 84～103年，這一系列能否作為與短系列相比的長系列，一要取決于系列本身的精度；二要看它對(duì)更長年徑流系列是否具有足夠的代表性。

3.2 年徑流周期變化規(guī)律的分析

繪制5個(gè)代表站長系列年徑流模數(shù)差積曲線及年徑流，可見，差積曲線大致都呈波狀變化趨勢(shì)，哈爾濱、富拉爾基和湖通鎮(zhèn)站曲線形狀比較近似，1927—1928 年均出現(xiàn)最低點(diǎn)，1963—1966 年均出現(xiàn)最高點(diǎn)。周期變化基本吻合，都存在 70～80 年左右的長周期和 20～30 年左右的短周期；秦家站和饒河站的周期變化是 20 年左右的短周期，20 年左右豐枯交替期和 40年左右的長周期。這說明本次計(jì)算選取的 84～103 年的年徑流系列具有一定的代表性，可作為與短系列比較的長系列。

表1 年徑流系列代表站資料插補(bǔ)情況

此外，哈爾濱、富拉爾基站累計(jì)均值穩(wěn)定在 1的年份為 1901 年, 其徑流系列具有代表性的年數(shù)為 97 年；饒河站累計(jì)均值從 1959 年開始即在 1 附近穩(wěn)定下來，表明該站從 1959 年開始的短系列均值，大體上接近于長系列，其徑流具有代表性的年數(shù)為 39 年；秦家、湖通鎮(zhèn)站累計(jì)均值分別于 1950年和 1958 年開始穩(wěn)定在 1 附近，所以，該二站分別從 1958 年和 1971 年始的徑流系列具有較好的代表性，其年數(shù)分別為 50 年和 31 年。

3.3 用太陽黑子資料與大氣環(huán)流型分析

3.3.1 太陽黑子與大氣環(huán)流及年徑流的關(guān)系

黑龍江省河流水量主要來源于大氣降水，而降水量的多少與大氣環(huán)流關(guān)系密切，大氣環(huán)流形勢(shì)的維持與轉(zhuǎn)變，需有巨大的外部能源，而這種大氣運(yùn)動(dòng)的能量主要來自太陽輻射能量，因此，太陽活動(dòng)與全省年徑流的豐枯變化有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)太陽活動(dòng)加強(qiáng)（黑子增多）時(shí)，有利于大氣經(jīng)向環(huán)流（E，C，E+C）型發(fā)展，氣流呈南北方向流動(dòng)，這樣就把南方暖濕空氣帶到北方，為全省多雨、豐水創(chuàng)造了有利條件，出現(xiàn)豐水期（1929-1968 年）；當(dāng)太陽黑子活動(dòng)減弱（黑子減少）時(shí)，有利于大氣緯向環(huán)流（W，W+C）型發(fā)展，氣流呈東西向流動(dòng)，阻礙了南方暖濕空氣向北推進(jìn)，全省常出現(xiàn)少雨枯水 期 ，（1900-1928，1969-2000）。 經(jīng)向環(huán)流與緯向環(huán)流相互交替，依次循環(huán)，導(dǎo)致全省豐枯水交替變化現(xiàn)象。

繪制太陽黑子相對(duì)數(shù) 22 年滑動(dòng)平均模數(shù)、大氣環(huán)流型和資料系列較長的哈爾濱站年徑流模數(shù)差積曲線，據(jù)此，當(dāng)太陽黑子差積曲線下降時(shí)（降枝段），緯向 W 型環(huán)流差積曲線上升，經(jīng)向 E+C 型環(huán)流差積曲線下降，哈爾濱站年徑流隨之下降，出現(xiàn)枯水期；反之亦然，當(dāng)太陽黑子差積曲線上升時(shí)（升枝段），緯向 W 型環(huán)流差積曲線下降，經(jīng)向 E+ C型環(huán)流差積曲線上升，哈爾濱站年徑流隨之上升，出現(xiàn)豐水期。

3.3.2 太陽黑子與年徑流的相關(guān)關(guān)系

依據(jù) 240 年左右的太陽黑子資料，繪制歷年太陽黑子變化曲線，分別將谷底至峰頂及峰頂至后一谷底視為升、降枝，用太陽黑子小周期（一升一降為一小周期）相對(duì)數(shù)與全省代表站年徑流長系列相應(yīng)時(shí)段的年徑流量建立關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到 0.65～0.82，用它們的相關(guān)關(guān)系分別估算各站240 年左右的多年平均年徑流量，詳見表 2。由表 2可見，用太陽黑子估算值與 84～103 年長系列年徑流的誤差基本上都在 10%以內(nèi)，均偏小，兩者之間的關(guān)系成正比。

表2 用太陽黑子資料估算年徑流與長系列年徑流對(duì)比表

3.3.3 大氣環(huán)流型與年徑流的關(guān)系

前面已經(jīng)論證大氣環(huán)流型與全省的降水、徑流存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)大氣環(huán)流型資料，繪制大氣環(huán)流差積曲線。并由此可見，當(dāng) W 型環(huán)流盛行時(shí)，全省多為少雨枯水年，當(dāng) E+C 型環(huán)流盛行時(shí)，全省則為多雨豐水年。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，1891-1968 年出現(xiàn)了 5 種不同的環(huán)流盛行期，即 W+C，W，E，C，E+C 環(huán)流型，1969-2000 年又重復(fù)出現(xiàn)了W型。

由此可見，大氣環(huán)流型與我省年徑流豐枯水的多年變化基本上存在 80 年左右的長周期，大氣環(huán)流型的周期變化規(guī)律，與全省年徑流的變化周期基本吻合。

大氣環(huán)流型與我省年徑流除存在 80年左右的長周期外，分析結(jié)果還表明存在 22 年左右的短周期，與太陽黑子 22 年磁周期是對(duì)應(yīng)的。此外，從哈爾濱站年徑流 22年滑動(dòng)平均模數(shù)差積曲線圖，由于進(jìn)行 22 年滑動(dòng)平均后的距平累計(jì)，消除了短期振動(dòng)，成為一光滑曲線，由此說明 22 年的短周期是明顯存在的。

3.4 長短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比分析

對(duì)選用的代表站進(jìn)行不同時(shí)段統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算，詳見表 3。由表可見，代表站長、短系列年徑流均值的相對(duì)誤差一般在±10%左右，富拉爾基、哈爾濱站偏大近 13%，湖通鎮(zhèn)、秦家和饒河站長系列與短系列均值接近，誤差不超過±5%；Cv 值相差不到 ±18%，且有正有負(fù)，負(fù)值稍偏多。因此，就徑流短系列的系列代表性而言，應(yīng)根據(jù)地域分布情況來看，黑龍江上游，呼蘭河、湯旺河流域及撓力河、穆棱河流域，年徑流短系列對(duì)長系列的代表性較好，而嫩江、松花江流域短系列與長系列相比均值稍偏大，Cv值稍偏小。

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