武安市近55年降雨徑流變化趨勢(shì)分析

□李 柯 柳金杰

隨著武安市經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，對(duì)水資源利用量也不斷加大，而該地區(qū)水資源量在連年減少，通過Mann-Kendall檢驗(yàn)法和趨勢(shì)線法可以較好的揭示該區(qū)域內(nèi)天然降水量和徑流量未來的變化趨勢(shì)，為該地區(qū)的水資源配置提供參考。

1.概況

武安地區(qū)總體地勢(shì)西高東低，四面環(huán)山，中部丘陵，其間呈現(xiàn)盆地景觀，全區(qū)水資源補(bǔ)給基本靠大氣降水，又無過境河流，空間相對(duì)比較獨(dú)立，故此次選擇武安地區(qū)作為研究對(duì)象。武安市位于邯鄲市城區(qū)的西側(cè)，屬河北省管轄的擴(kuò)權(quán)縣級(jí)市，地理位置在東經(jīng)113°45′～114°22′，北緯 36°30′～37°02′之間。區(qū)域北部與沙河市、邢臺(tái)縣毗鄰，南部與峰峰礦區(qū)、磁縣接壤，東部與永年縣、邯鄲縣相連，西部與涉縣及山西省左權(quán)縣以太行山為界。市境東西寬55km，南北長56km，土地面積約1806km2。武安市地處太行山東麓，大地構(gòu)造屬太行隆起與華北沉降帶的過渡帶，地貌類型有中低山區(qū)、丘陵區(qū)、盆地及漫灘階地。區(qū)域內(nèi)主要有子牙河和漳衛(wèi)南運(yùn)河兩大水系。子牙河水系包括北洺河、南洺河、淤泥河、牤牛河和馬會(huì)河，都屬于滏陽河的支流；漳衛(wèi)南運(yùn)河水系包含部分漳河流域在武安的支溝，該地區(qū)河流均為季節(jié)性河流，除北洺河與南洺河上游有基流外，其余河流在豐水年非汛期的大部分時(shí)間內(nèi)及枯水年全年河流干涸。

2.區(qū)域內(nèi)降水量與徑流量分析

2.1 Mann-Kendall檢驗(yàn)法介紹

Mann-Kendall檢驗(yàn)法是世界氣象組織推薦并已廣泛使用的非參數(shù)檢驗(yàn)方法，它可以分析降水、徑流、氣溫和水質(zhì)等要素的時(shí)間序列變化趨勢(shì)。Mann-Kendall檢驗(yàn)無需樣本服從一定的分布，也不受個(gè)別異常值的干擾影響，非常適用于水文非正態(tài)分布數(shù)據(jù)，且計(jì)算簡便。在Mann-Kendall檢驗(yàn)中，原假設(shè)H0為時(shí)間序列數(shù)據(jù)(x1-xn)，是n個(gè)獨(dú)立的、同分布的隨機(jī)變量樣本；假設(shè)H1是雙邊檢驗(yàn)，對(duì)于所有的 k，j≤n，且k≠j，xk和xj的分布是不相同的，檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)變量S計(jì)算如下式：

s為正態(tài)分布，其均值為0，方差var（s）=n(n-1)(2n+5)/18。 當(dāng) n≥10 時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量通過下式計(jì)算：

這樣，在雙邊的趨勢(shì)檢驗(yàn)中，在給定的a置信水平上，如果z≥z1-a/2，則原假設(shè)是不可接受的，即在a置信水平上，時(shí)間序列數(shù)據(jù)存在明顯的上升或下降趨勢(shì)；當(dāng)z﹤z1-a/2時(shí)，接受原假設(shè)，即趨勢(shì)不顯著。

2.2 降雨量變化趨勢(shì)分析

根據(jù)武安地區(qū)1958年～2012年有連續(xù)紀(jì)錄的車谷、馬店頭、賀進(jìn)、陽邑、徘徊、武安這6個(gè)雨量站的實(shí)測(cè)資料。分別采用趨勢(shì)線和Mann-Kendall檢驗(yàn)法對(duì)比檢驗(yàn)降水量突變情況在時(shí)間序列中的趨勢(shì)。

圖1為武安市境內(nèi)6個(gè)雨量站1958年～2012年平均降水量變化圖，可以看出降水量的變化趨勢(shì)線呈不明顯的下降趨勢(shì)，而用m-k檢驗(yàn)法檢驗(yàn)，置信水平0.95，無明顯趨勢(shì)，接受原假設(shè)。

2.3 徑流量變化趨勢(shì)分析

圖1 武安市年平均降水量趨勢(shì)線圖

圖2 武安市1958-2012年徑流量趨勢(shì)線圖

圖3 武安市1971-2012年徑流量趨勢(shì)線圖

由于武安市大多區(qū)域?yàn)閹r溶發(fā)育區(qū)，且境內(nèi)除口上、車谷、大洺遠(yuǎn)3座中型水庫有水文觀測(cè)資料外，其他河流無水文控制站。故選用市境內(nèi)的口上、車谷、大洺遠(yuǎn)3處中型水庫控制站實(shí)測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算。如圖2趨勢(shì)線可以看出，徑流量有較明顯的上升趨勢(shì)，與實(shí)際情況不符。調(diào)查分析其原因，是由于1970年后人類活動(dòng)影響顯著，各種水利工程及礦山開采興建和開采，導(dǎo)致1970年以后的實(shí)測(cè)資料已經(jīng)不能代表天然徑流量。為了更好地反映現(xiàn)狀及未來來水情勢(shì)，現(xiàn)采用1971年～2012年徑流系列分析成果。

1970年以前天然徑流量受人類活動(dòng)影響較小，而為了更好代表現(xiàn)狀來水情況，本次地表水資源量評(píng)價(jià)對(duì)1956年～2008年和1980年～2008年兩種徑流系列分別進(jìn)行了分析計(jì)算。為了更好反映現(xiàn)狀及未來來水情況勢(shì)，采用1980年～2008年徑流系列分析成果，見圖3。用m-k檢驗(yàn)法檢驗(yàn)，置信水平0.95，呈下降趨勢(shì)，突變點(diǎn)發(fā)生在1990年。

3.結(jié)論

一是由以上分析結(jié)果證明，m-k方法能較好揭示降水量及徑流量序列未來的趨勢(shì)特征。二是大氣降雨量是直接影響徑流量變化的主要原因之一，降水量不變的情況下，綜合考慮因起該地區(qū)徑流量的減少主要原因?yàn)槿祟惢顒?dòng)，主要表現(xiàn)在：河道外引用消耗的水量不斷增加，造成河川的徑流量不斷減少，生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)改變了流域內(nèi)下墊面產(chǎn)流條件，包括地面土壤、植被、水面等眾多因素，導(dǎo)致蒸發(fā)、入滲、徑流等水平衡各要素發(fā)生了變化，從而造成了區(qū)域內(nèi)徑流量不斷減少，特別是市域內(nèi)新建有了許多的大、中型采礦、冶煉等企業(yè)，大量開采地下水和外排礦井疏干水，造成局部地下水位持續(xù)不斷下降，以致于地表徑流急劇衰減。□