河南省衛(wèi)河流域降水徑流演變規(guī)律分析

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（1新鄉(xiāng)水文水資源勘測局；2河南省水利第一工程局）

河南省衛(wèi)河流域降水徑流演變規(guī)律分析

□趙文舉1□李東陽2□趙瓏迪1

（1新鄉(xiāng)水文水資源勘測局；2河南省水利第一工程局）

根據(jù)河南省衛(wèi)河流域1956-2012年的降水、徑流資料，運(yùn)用Mann-Kendall法、徑流差積曲線、雙累積曲線法對降水、徑流的年際變化趨勢、突變特征及相關(guān)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：河南省衛(wèi)河流域的降水量和徑流量在1956-2012年期間呈現(xiàn)遞減的變化趨勢，徑流量的下降趨勢較降水更為明顯；期間降水量發(fā)生多次突變，徑流量在1978年發(fā)生一次突變，兩者的變化過程并不完全同步；降雨徑流關(guān)系的突變發(fā)生于1979、1980年前后，1980年前后的降水徑流關(guān)系存在較大差異。

降水；徑流；Mann-Kendall法；徑流差積曲線；雙累積曲線

0 引言

衛(wèi)河是河南省海河流域最大的河流，區(qū)域內(nèi)西部礦產(chǎn)資源豐富，是河南省乃至全國主要的貴金屬、有色金屬、能源礦產(chǎn)基地，東部廣大平原具有農(nóng)作物生長良好條件，是河南省乃至全國重要的糧棉油生產(chǎn)基地。隨著流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，河南省衛(wèi)河流域的水資源開發(fā)利用程度大幅度提高，土地的開發(fā)利用和城市化程度不斷擴(kuò)大，已對本流域的下墊面條件產(chǎn)生了顯著影響。為此，分析在人類活動日益加劇的現(xiàn)實(shí)情況下的降水徑流變化規(guī)律，不僅有助于了解區(qū)域內(nèi)的水資源變化特性，而且也有利于區(qū)域水資源的合理配置與開發(fā)利用。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

衛(wèi)河是海河水系南運(yùn)河的支流，發(fā)源于山西省陵川縣奪火鎮(zhèn)，流經(jīng)河南省博愛、焦作、武陟、修武、獲嘉、輝縣、新鄉(xiāng)、衛(wèi)輝、?？h、滑縣、湯陰、內(nèi)黃、清豐、南樂，入河北省大名縣，至山東省館陶縣秤鉤灣與漳河相會后進(jìn)入南運(yùn)河。省境以上河長286 km，流域面積12 911 km2。

衛(wèi)河的主要支流有淇河、湯河、安陽河等。淇河是衛(wèi)河最大支流，發(fā)源于山西省陵川縣，經(jīng)輝縣、林州、鶴壁、淇縣，在浚縣劉莊入衛(wèi)河，河長162 km，流域面積2 142 km2；湯河發(fā)源于鶴壁市孫圣溝，經(jīng)湯陰、安陽，于內(nèi)黃縣西元村匯入衛(wèi)河，河長73 km，流域面積1 287 km2；安陽河發(fā)源于林州黃花寺，經(jīng)安陽縣于內(nèi)黃縣入衛(wèi)河，河長160 km，流域面積1 953km2。

元村集水文站作為河南省衛(wèi)河流域的出境控制站，位于衛(wèi)河干流右岸南樂縣元村集，東經(jīng)115°03、′北緯36°07，′至河口距離112 km，集水面積14 286 km2。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

降水資料：為分析流域降水量的變化規(guī)律，采用衛(wèi)河元村集以上49處代表雨量站1956-2012年的降水系列資料，采用加權(quán)平均方法計算流域面平均雨量。

徑流資料：選取河南省衛(wèi)河流域的出境控制站元村集水文站1956-2012年的天然徑流量系列。

1.3 研究方法

采用世界氣象組織推薦的Mann—Kendall非參數(shù)統(tǒng)計檢驗(yàn)法對河南省衛(wèi)河流域1956-2012年的降水量以及天然徑流量進(jìn)行趨勢分析和突變檢驗(yàn)。Mann-Kendall法是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗(yàn)方法，可以對氣溫、降雨、徑流等時間序列的變化趨勢進(jìn)行定量的分析，還可用以檢驗(yàn)時間序列的可能突變點(diǎn)，已廣泛用于水文氣象等時間序列的趨勢分析與突變檢驗(yàn)中。

2 降水變化規(guī)律

由河南省衛(wèi)河流域面平均降水量的逐年變化過程可以得出，20世紀(jì)50年代中期以來流域的年降水量呈現(xiàn)出遞減的變化趨勢。采用Mann-Kendall法對年降水序列進(jìn)行定量的趨勢分析和突變點(diǎn)檢驗(yàn)，年降水的Mann-Kendall統(tǒng)計值Z=－0.94。取置信度水平為99%，相應(yīng)的臨界值為2.32，沒有通過置信度99%的顯著性檢驗(yàn)，表明流域的年降水量在1956-2012年中呈現(xiàn)下降趨勢，但趨勢不明顯。

圖1是對流域的年降水量序列用M－K法檢驗(yàn)突變點(diǎn)的正序與逆序曲線，從圖中可以看出，UF和UB曲線在99%的置信度臨界線之間存在多個突變點(diǎn)，分別為1957、1958、1959、1963、1965、2003、2004年和2012年，由此也可以看出，河南省衛(wèi)河流域降水在1965年之前年際變化非常劇烈，存在多個突變點(diǎn)，之后直到2003年年際變化相對平緩，2003年之后流域降水變化又趨向劇烈。

圖1 流域年降水量突變情況圖

3 徑流變化規(guī)律

由河南省衛(wèi)河流域的出境控制站元村集水文站的天然徑流量逐年變化過程可以得出，20世紀(jì)50年代以來流域的年徑流量呈現(xiàn)出遞減的趨勢，下降趨勢較降水更為明顯。采用Mann-Kendall法對年徑流序列進(jìn)行趨勢分析和突變檢驗(yàn)，Mann-Kendall統(tǒng)計值Z=-3.55。取置信度水平為99%，相應(yīng)的臨界值為2.32。通過置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)，表明流域的天然徑流量在1956-2012年中存在比較明顯的下降趨勢。

對流域的年徑流量序列也用M－K法檢驗(yàn)突變點(diǎn)的正序與逆序曲線進(jìn)行分析，得出UF和UB曲線在99%的置信度臨界線之間存在交點(diǎn)，由此可以斷定，自1956年以來，衛(wèi)河流域的天然年徑流在1978年發(fā)生了一次突變。

繪制1956-2012年天然徑流差積曲線，見圖2，進(jìn)一步分析年徑流的豐枯變化情況。年徑流差積曲線上升表示偏豐水年，下降表示偏枯水年，曲線坡度反映降徑流的豐枯強(qiáng)度。從圖中可以看出：1956-1977年總體呈上升趨勢，表明豐水或偏豐水年份較多；1978-2012年總體呈下降趨勢，表明枯水或偏枯水年份較多。豐枯變化的分析結(jié)果與檢測到的突變點(diǎn)發(fā)生時間基本吻合，進(jìn)一步證明檢測到的突變點(diǎn)是合理可信的。

圖2 衛(wèi)河元村集站天然徑流差積曲線圖

4 降水徑流關(guān)系變化規(guī)律

采用雙累積曲線法確定河南省衛(wèi)河流域1956-2012年降水～徑流關(guān)系的突變年份，并建立突變年份前后的降水量與徑流量的相關(guān)圖，分析降水徑流關(guān)系變化。

雙累積曲線法的基本原理是利用累積降雨量與累積徑流量（或累積輸沙量）曲線斜率變化來分析水沙變化趨勢，曲線斜率的變化表示單位降雨量所產(chǎn)生的徑流量和輸沙量的變化。如果斜率發(fā)生轉(zhuǎn)折即認(rèn)為流域下墊面的產(chǎn)水產(chǎn)沙關(guān)系發(fā)生了較大變化，從而判斷水沙突變年份。

將河南省衛(wèi)河流域1956-2012年面平均降水量與元村集站天然徑流量建立雙累積曲線，見圖3。由圖可見，降雨徑流關(guān)系突變于1979、1980年前后，以1980年為界，將系列劃分為1956-1979年和1980-2012年兩個系列，分別進(jìn)行降水～徑流的相關(guān)分析。經(jīng)過分析得出，相同的面平均雨量下，20世紀(jì)80年代之后產(chǎn)流量較80年代之前有所減少，降雨量越大，相應(yīng)的產(chǎn)流量減少幅度也越大。就相關(guān)性而言，在1980年之前，降水徑流相關(guān)性較大，相關(guān)系數(shù)為0.87，1980年之后，兩者的相關(guān)性下降，相關(guān)系數(shù)降為0.74。

圖3 河南省衛(wèi)河流域面平均雨量與徑流量雙累積曲線圖

5 結(jié)語

河南省衛(wèi)河流域的降水量在1956-2012年期間呈現(xiàn)遞減的變化趨勢，但下降趨勢不明顯，1965年之前年際變化非常劇烈，1965-2003年之間變化相對平緩，2003年之后流域降水變化又趨向劇烈。徑流量的下降趨勢較降水更為明顯，并在1978年發(fā)生了一次突變。1956-1977年豐水或偏豐水年份較多；1978-2012年枯水或偏枯水年份較多。降雨徑流關(guān)系突變于1979、1980年前后，在1980年之前，降水徑流相關(guān)性較大，徑流系數(shù)也較大，1980年之后，兩者的相關(guān)性下降，徑流系數(shù)也隨之減小。在相同的面平均雨量下，20世紀(jì)80年代之后產(chǎn)流量較80年代之前有所減少。通過降水與徑流的對比分析可以看出，兩者的變化過程并不完全同步，徑流量的變化不僅歸因于降水量的變化，在更大程度上受到下墊面條件改變、人類活動等因素的影響。

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（編輯：左英勇）

S271

A文章編號：1673-8853（2017）01-0049-02

2016-11-13