近80年涇河流域徑流量變化和突變分析

王 莉

（陜西省江河水庫管理局 陜西 西安 710018）

1 引言

涇河是渭河的最大支流，干流全長455 km，流域面積4.54萬km2,在陜西省境內長272.5km。陜西省境內張家山站以上主要為黃土高原溝壑區(qū)和丘陵溝壑區(qū)，張家山以下為河川階地區(qū)。涇河是涇惠渠灌區(qū)的主要水源。分析涇河流域徑流量的變化趨勢，推求徑流量序列發(fā)生顯著突變的時間點，對于進一步分析引起徑流量變化的原因，研究涇河徑流量的變化規(guī)律，優(yōu)化水資源的調度和綜合開發(fā)利用流域水資源的有著重要的意義。

2 數據及研究方法

2.1 資料數據

綜合考慮水文站點在流域內的代表性以及資料的可靠性與完整性,本文選取涇河干流上的景村、張家山水文站進行徑流變化趨勢分析。景村站是涇河入陜的重要的控制站,其集水面積為4.03萬km2,占全流域面積的88%。張家山水文站位于涇河干流的出口處，于1932年1月份設站，該站控制的流域面積達4.32萬km2,占整個流域面積的95%，是整個流域的控制站。

數據資料來自陜西省江河水庫管理局2011年5月刊印的《陜西省渭河流域防汛技術手冊》及歷年陜西省水資源公報，水文年鑒等資料。

2.2 研究方法

采用線性傾向法分析徑流量變化趨勢；采用有序聚類【1】、曼-肯德爾、滑動 t檢驗【2】等方法計算分析張家站、景村站徑流量突變時間。有序聚類法是將整個序列看作一個整體，然后根據同類之間離差平方和最小,不同類之間離差平方和最大原則來推求序列的最優(yōu)分割點也就是突變點。曼-肯德爾法是一種非參數統(tǒng)計檢驗方法，其優(yōu)點在于樣本不需要遵從一定的分布，也不受少數異常值的干擾，計算簡便?；瑒觮檢驗主要是通過考察兩組樣本平均值的差異是否顯著來檢驗突變。

3 結果分析

3.1 徑流量年際變化

張家山站年均徑流量為13.9億m3，徑流量最大的年份是1964年，為38.82億m3；最少年份為 1972年，為 3.218億 m3，最大值得和和最小值相差35.6m3。景村站多年平均徑流量為13.9億m3，徑流量最大的年份是1964年，為38.22億m3；最少年份為200年，為6.59億m3。

圖1-a為張家山站徑流量變化趨勢圖。徑流量的年際變化總體上呈減少趨勢。大于平均值年數和小于平均值年數分別為1932年和1947年。徑流量的負距平值介于-10.7～-0.08之間，正距平值在0.17～24.9之間。最大年徑流量的為多年均徑流量的2.79倍，最大年值為最小年值的12倍。這些都表明張家山站徑流量年際變化大。圖1-b為張家山站徑流量距平百分率。徑流量距平百分率在-333.2～+64.1之間，進一步表明反映了家山徑流量的年際變化差異較大，年際變化幅度大。張家山徑流量上世紀50年代以前、60年代大于多年平均值；50年代、80年代接近多年平均值；70年代、90年代至今低于多年平均值。

圖1 張家山站徑流量變化趨勢和距平百分率

圖2 景村站徑流量變化趨勢和距平百分率

圖2-a為景村站徑流量變化趨勢圖。景村站年均徑流量為14.73億m3，徑流量的年際變化總體上呈減少趨勢。1963年～2004年42年中，大于平均值年數和小于平均值年數分別為23年和19年。徑流量的負距平值介于-23.5～-8.13之間，正距平值在0.43～8.13之間。最大年徑流量的為多年均徑流量的2.60倍，最大年值為最小年值的5.8倍。圖2-b為景村站徑流量距平百分率，徑流量距平百分率在-159.5～+55.2之間。景村站徑流量上世紀60年代大于多年平均值；70年代接近多年平均值；80年代至今低于多年平均值。

3.2 徑流量的突變分析

圖3 張家山站徑流量的突變分析

圖4 景村站徑流量的突變分析

圖5 徑流量的突變分析

3.2.1 張家山站徑流量的突變分析

（1）有序聚類

張家山站徑流量的序列離差平方和曲線如圖3-a所示。由圖可知，張家山站徑流1932年～2010年的離差平方和曲線在1996和1970年出現極小值，突變點可能在1970年、1996年。

（2）曼肯德爾分析

圖3-b為張家山站徑流量曼肯德爾統(tǒng)計量曲線。上世紀30年代到本世紀，徑流量呈現減少的趨勢。特別上世紀90年代中期以來，減少更為明顯；2001年以來，這種減少的趨勢大大的超過了顯著性水平0.05的臨界線。這些表明張家山站徑流量近10多年減少的趨勢是是十分顯著的。在上世紀90年代，兩條曲線有一個交點。根據UF和UB這兩條曲線交點的位置，確定該徑流量減少這一突變現象，發(fā)生在從1996年左右。

（3）滑動 t檢驗

張家山站徑流量的滑動t統(tǒng)計量曲線如圖3-c所。圖中為張家山站徑流量的滑動t統(tǒng)計量曲線。n=79,n1=n2=6,給定顯著性水平α=0.01,α=0.001，按照t的分布自由度，ν=10,t0.01=±3.17。從1932年以來，t的統(tǒng)計量有1次超過0.01顯著性水平，為1996年。說明張家山站徑流量自上世紀30代以來，出現了一次明顯的突變。

綜合分析：1932年～2010年張家山站徑流量序列存在一個變異點，在1996年左右。

3.2.2 景村站徑流量的突變分析

（1）有序聚類

景村站徑流量的序列離差平方和Sn（τ）曲線如圖4-a所示。由圖可知，景村站徑流1963年～2004年的離差平方和曲線在1970年出現極小值，突變點可能在1970年。

（2）曼肯德爾分析

圖4-b為景村站徑流量曼肯德爾統(tǒng)計量曲線。上世紀60年代到本世紀，徑流量呈現減少的趨勢。特別上世紀80年代中期以來，減少更為明顯。1985年以來，這種減少的趨勢的超過了顯著性水平0.05的臨界線；1993年以來甚至超過了顯著性水平0.01的臨臨界線，表明景村站站徑流量近多年減少。在80年代，兩條曲線有連個交點1882年和1984年。UF和UB曲線基本上都是在顯著性水平a=0.05的臨界線內，UF和UB有幾個交點，在有交點的年份有波動，但變化趨勢不顯著，不存在突變現象。

（3）滑動 t檢驗

景村站徑流量的滑動t統(tǒng)計量曲線如圖3-c所。圖中為景村站徑流量的滑動t統(tǒng)計量曲線。n=42,n1=n2=6,給定顯著性水平α=0 11,α=0.01，按照t的分布自由度，ν=10,t0 1=±1.81，t0.01=±3.17。從 1963年以來，t的統(tǒng)計量有1次超過0.1顯著性水平，年份為1996年，但未超過0.1顯著性水平。

綜合分析：1963年～2004年景村站徑流量有減少的趨勢；變化趨勢不顯著，不存在突變現象。

3.3 年徑流量累積曲線分析

通過分析年徑流量累計曲線可以判斷年徑流量是否受到人類社會活動影響，并定性判斷影響程度。對于正常的水文年份,如果不受外界干擾,盡管來水量有變化，徑流量累積點數據會有波動,但不會有偏離系統(tǒng)。反映徑流量累計曲線上，不會遠離趨勢線。如果受到人類社會活動的影響,數據點就會發(fā)生偏離系統(tǒng)。

圖5-a為張家山水文站年徑流量累積曲線。累積曲線上的點在上世紀60年代中期前基本呈現直線；60年代中期到80年代中期累計曲線上的點有所偏離；2000年后，累積曲線上的點逐漸偏離,且偏離有增大趨勢。圖5-為景村水文站年徑流量累積曲線。累積曲線上點在上世紀90年代前圍繞趨勢線波動；90年代中期后累計曲線上的點逐漸偏離趨勢線。這些說明在90年代以前涇河干流受人類活動影響有限，而90年代中期以后涇河徑流量受人類活動影響有加大的趨勢。

4 討論

涇河流域降雨量年際間波動較大,每相隔10年降雨正負距平發(fā)生轉化,上世紀90年代至今降雨處于新的減少期[3]。張淑蘭等[4]分析認為人類活動是涇河上游徑流變化的最主要原因。張家山站近80年徑流序列總體來說呈現明顯的下降趨勢，但2000年開始年徑流量有所上升[5]。

人類活動對流域徑流的影響主要表現為流域內大規(guī)模的水利工程、水土保持措施和工農業(yè)用水的增加。國民經濟發(fā)展耗水量的明顯增加，水土保持用水量的增加，城鎮(zhèn)化的不斷推進，水利工程建設等改變了天然徑流規(guī)律，使涇河徑流特征發(fā)生了變化，客觀上減少了徑流量。氣候變化和人類活動共同導致涇河流域徑流減少。

5 結論

（1）涇河的年際變化總體上呈減少趨勢，徑流量年際變化幅度大。張家山年均徑流量為13.9億m3。景村站多年平均徑流量為 14.73億 m3。

（2）通過滑動檢驗，有序聚類分析，曼肯德爾法分析得到：1932年～2010年張家山站徑流量序列存在一個變異點，在1996年左右；1963年～2004年景村站徑流量有減少的趨勢；變化趨勢不顯著，不存在突變現象。

（3）涇河徑流量受氣候變化、人類活動等多因素影響。如何識別不同因素對徑流變化的定量影響，需要進一步深入研究。陜西水利

[1]肖潔,羅軍剛,解建倉,等.渭河干流徑流年際及年內變化趨勢分析 [J].人民黃河,2012,34（11）:32-36.

[2]魏鳳英.現代氣候統(tǒng)計診斷與預測[M].北京:氣象出版社,2007:63-65.

[3]陳操操,謝高地,甄霖,等.涇河流域降雨量變化特征分析[J].資源科學,2007,29（2）:172-177

[4]張淑蘭,王彥輝,于鵬濤,等.定量區(qū)分人類活動和降水量變化對涇河上游徑流變化的影響 [J].水土保持學報,2010,24（4）:53-58

[5]陳晨,羅軍剛,解建倉,等.涇河流域近80a徑流變化趨勢及特征分析 [J].人民黃河,2013,35（1）:26-28