石羊河流域出山徑流特征值和變化趨勢(shì)分析

楊正華

(甘肅省水利廳石羊河流域管理局，甘肅 武威 733000)

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石羊河流域出山徑流特征值和變化趨勢(shì)分析

楊正華

(甘肅省水利廳石羊河流域管理局，甘肅 武威 733000)

根據(jù)石羊河流域8個(gè)出山口水文站55年較長(zhǎng)系列水文資料，采用Mann-Kendall秩檢驗(yàn)等3種方法，對(duì)流域各出山徑流的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，并給出趨勢(shì)方程。流域出山徑流多年變化總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)分析出流域各代表站出山徑流特征值以及典型年的平均流量。

徑流變化趨勢(shì)；典型年徑流量；石羊河流域

石羊河流域位于祁連山東段，受東亞夏季風(fēng)和高原季風(fēng)的共同影響降水較多。降雨和蒸發(fā)是石羊河流域水資源短缺首要風(fēng)險(xiǎn)敏感自然因子[1]。石羊河流域的水資源主要來源于祁連山出山口上游的降水和冰川徑流[2]。黃玉霞等[3]研究認(rèn)為石羊河流域由于出山口上游山區(qū)近55年降雨總體呈減少趨勢(shì)，導(dǎo)致出山口的徑流量也呈明顯的下降趨勢(shì)。研究徑流長(zhǎng)期變化特征，認(rèn)識(shí)其變化規(guī)律，對(duì)水利工程和其他有關(guān)工程設(shè)計(jì)具有重要參考作用，為流域水資源合理開發(fā)、利用、配置和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

1　研究區(qū)概況

石羊河流域位于甘肅省河西走廊的東部，流域內(nèi)地勢(shì)南高北低，自西南向東北傾斜，由南而北可分為南部祁連山高寒半干旱濕潤(rùn)區(qū)、中部走廊平原溫涼干旱區(qū)、北部溫暖干旱區(qū)3個(gè)氣候區(qū)。流域面積4.16萬 km2。流域行政區(qū)劃包括武威市的古浪縣、涼州區(qū)、民勤縣全部及天?？h部分，金昌市的永昌縣及金川區(qū)全部，以及張掖市肅南縣和山丹縣部分地區(qū)、白銀市景泰縣的少部分地區(qū)，流域共涉及4市9縣(區(qū))。全流域2012年總?cè)丝?20.36萬人，流域集水面積大于300 km2的較大河流，自西向東有西大河、東大河、西營(yíng)河、金塔河、雜木河、黃羊河、古浪河和大靖河。石羊河流域人口密度已達(dá)55/km2人，是我國(guó)內(nèi)陸河流域人口密度最大，人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值最高，人均水資源占有量最少，中下游水資源供需矛盾最突出，生態(tài)惡化成都最嚴(yán)重的地區(qū)[4]。

2　徑流及其變化

2.1徑流資料

石羊河流域出山徑流主要控制水文站從東到西分別是：大靖河為大靖水庫(kù)站，古浪河為古浪站，黃羊河為黃羊河水庫(kù)站，雜木河為雜木寺站，金塔河為南營(yíng)水庫(kù)站，西營(yíng)河為四溝咀站，東大河為沙溝寺站，西大河為插劍門站。按照全國(guó)水資源綜合規(guī)劃《地表水資源調(diào)查評(píng)價(jià)大綱》的技術(shù)要求，本次取用甘肅省水文水資源局上述8個(gè)水文站的1956～2010年共55年系列資料進(jìn)行徑流計(jì)算。

2.2出山徑流的年際變化

石羊河流域各站Cv值在0.15～0.35之間，年極值比在1.77～14.20之間，并呈現(xiàn)出明顯的從西向東逐漸增大的空間分布特性。

1)不同年代徑流變化

按照《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》年徑流量豐枯情況劃分標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算20世紀(jì)50年代各河流基本為豐水年；60年代各河流基本為平水年；70年代均為平水年；80年代各河流基本為平水年；90年代各河流為偏枯年；本世紀(jì)初基本為平水年?？梢钥闯?，石羊河流域平水年份發(fā)生的幾率最大，偏豐、偏枯年份出現(xiàn)的幾率次之，豐水、枯水年出現(xiàn)的幾率最少。侯迎[5]等按照樹木年輪學(xué)方法，研究認(rèn)為石羊河徑流量枯水年與豐水年出現(xiàn)的概率幾乎相同，但都低于平水年出現(xiàn)的概率。本研究與侯迎等的研究結(jié)論基本一致。

圖1　出山徑流4個(gè)階段均值變化過程線

2)徑流年際變化

石羊河流域各河流年徑流的豐枯變化周期具有相似性，根據(jù)捆綁效應(yīng)原理，將各站同步年徑流系列疊加合成流域出山徑流資料系列，其年際變化過程如圖1所示?？梢钥闯鰪搅鬟^程的年際變化分為4個(gè)階段，即1956-1968年總體趨勢(shì)下降段，徑流均值為15.18億 m3；1969-1990年總體趨勢(shì)平穩(wěn)段，徑流均值為14.34億 m3；1991-2002年總體趨勢(shì)下降段，徑流均值為12.73億 m3；2003-2004年總體趨勢(shì)上升段，徑流均值為15.14億 m3?？梢钥闯鼍党尸F(xiàn)出臺(tái)階式的變化，顯示不同時(shí)段的均值具有跳躍性。將徑流合成資料系列的變化過程用線性模型擬合，如圖2所示，則整體趨勢(shì)減少。這種變化趨勢(shì)與張曉偉[6]、丁永建、藍(lán)永超、王文行等人研究的結(jié)論一致。

圖2　出山徑流總流量年際變化過程線

2.3徑流的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)

徑流量序列的趨勢(shì)是否顯著，直接反映了研究區(qū)域的水文序列受氣候變化和人類活動(dòng)的影響程度，其判斷方法常采用Mann-Kendall秩檢驗(yàn)[7]、斯波曼(Spearman)秩次相關(guān)法[7]、線性趨勢(shì)回歸法[7]進(jìn)行檢驗(yàn)(原理略)。

按照上述3種方法將各代表站逐年徑流變化過程進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果表明，除西大河年徑流量不顯著性增加外，其余各河流均表現(xiàn)出不顯著性減少，檢驗(yàn)成果見石羊河流域各河流年徑流量趨勢(shì)項(xiàng)檢驗(yàn)成果表1。

表1　各河流年徑流量趨勢(shì)項(xiàng)檢驗(yàn)

2.4各河流年平均流量典型年

根據(jù)全國(guó)水資源綜合規(guī)劃技術(shù)細(xì)則規(guī)定，水資源調(diào)查評(píng)價(jià)中徑流量頻率曲線的線型一般采用皮爾遜Ⅲ型[8]。取用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)參數(shù)，通過計(jì)算機(jī)程序完成(過程略)，求得各河流統(tǒng)計(jì)參數(shù)和典型年的年平均流量見表2。

表2　石羊河流域各河流年平均流量頻率計(jì)算成果

3　結(jié)語

(1)平水年份出現(xiàn)的概率最高。石羊河流域20世紀(jì)50年代、60年代、70年代、80年代和21世紀(jì)初各河流基本為平水年，20世紀(jì)90年代為偏枯年。平水年份發(fā)生的幾率最大。

(2)徑流變化過程不同時(shí)段的均值具有的跳躍性。徑流資料系列的變化過程進(jìn)行線性模型擬合，呈現(xiàn)整體趨勢(shì)減少趨勢(shì)。

(3)采用Mann-Kendall秩檢驗(yàn)等3種方法，對(duì)各河流年徑流的變化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，除西大河年徑流量不顯著性增加外，其余各河流均表現(xiàn)出不顯著性減少。

(4)應(yīng)用皮爾遜Ⅲ型徑流量頻率曲線，得到石羊河流域8條主要河流年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)和典型年的年平均流量。

[1]衷平，沈珍瑤，楊志峰，等.石羊河流域水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)敏感因子的確定[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境.2005，19(2)：81-86.

[2]曲耀輝，付興啟.石羊河流域水資源[J].中國(guó)沙漠.1984，4(1)：8-12.

[3]黃玉霞，王寶鑒，張強(qiáng)，等.氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)石羊河流域水資源影響評(píng)價(jià)[J].高原氣象.2008，27(4)：866-871.

[4]許文海，張永明，陳剛.石羊河流域水資源利用現(xiàn)狀及其持續(xù)利用對(duì)策研究[J].冰川凍土.2007，27(2)：265-271.

[5]侯迎，王乃昂，張學(xué)敏，等.1880年以來石羊河出山徑流量重建與變化特征[J].地理科學(xué).2011，31(11)：1396-1402.

[6]張曉偉，沈冰，莫淑紅，等.石羊河流域出山口徑流演變特征[J].干旱地理.2008，31(6)：837-839.

[7]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京：氣象出版社.1999.

[8]金光炎.水文統(tǒng)計(jì)原理與方法[M].北京：中國(guó)工業(yè)出版社.1964.

2016-03-14

楊正華(1963-)，男，甘肅寧縣人，高級(jí)工程師，主要從事水文水資源、農(nóng)田水利等方面的研究。

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