大伙房水庫入庫徑流變化特征分析

李安安

（遼寧省大伙房水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110041）

1 研究區(qū)概況

大伙房水庫位于渾河中上游，地理位置東經(jīng) 124°04′ ～124°21′，北緯 41°50′ ～ 41°56′，是一座以防洪及城市供水為主，兼顧發(fā)電、灌溉等綜合利用的大（I）型水利樞紐工程，控制流域面積5 437 km2，總庫容2.187×109m3。

大伙房水庫上游流域為山岳地帶，山嶺海拔高程一般在400 ～ 800 m。降雨主要集中在7、8月份，期間降雨約占全年降水的48.4%。本地區(qū)洪水主要發(fā)生在6 — 9月，洪水成因主要是期間的大暴雨。

2 資料選取

本文數(shù)據(jù)資料選取自《中華人民共和國水文年鑒第2卷遼河流域水文資料（第3冊 — 渾河、太子河水系）》中的大伙房水庫1959 — 2016年的年徑流量，滿足水文資料可靠性、一致性、代表性要求。

3 研究方法

3.1 變差系數(shù)

變差系數(shù)是衡量資料中各觀測值變異程度的統(tǒng)計量，可消除單位和（或）平均數(shù)不同對兩個或多個資料變異程度比較的影響。CV常用于表征徑流年際變化總體特征。計算公式[1]:

式中:Cv為變差系數(shù)；N為徑流序列個數(shù)（a）；Xi為徑流序列第i年的徑流量（106m3）；μ為徑流系列的平均值（106m3）。

3.2 距平法

距平是時間系列中某一個數(shù)值與平均值的差，分正距平和負(fù)距平。距平反映了徑流與多年平均狀態(tài)的偏離程度，能體現(xiàn)徑流年際變化的程度及其變化的過程波動性。計算公式:

式中:Qi為第i年的年徑流量（106m3）；為多年徑流平均值（106m3）。

3.3 滑動平均法

滑動平均法相當(dāng)于低通濾波器，用確定時間序列的平滑值來顯示變化趨勢。

對樣本量為n的序列，計算多個連續(xù)m項序列的平均值。即沿全長n個數(shù)據(jù)，不斷逐個滑動地取m個相鄰的數(shù)據(jù)作直接的算術(shù)平均，

式中:m為滑動長度（ m）；y為第k+i年的徑流量（106m3）。

經(jīng)過滑動平均后，序列中短于滑動長度的周期被消弱，體現(xiàn)出變化趨勢來。

3.4 Kendall秩次相關(guān)法

Kendall秩次相關(guān)法是提取序列變化趨勢的有效工具，被廣泛應(yīng)用于氣候參數(shù)與水文序列分析[2]中。其基本原理[3]為原假設(shè)序列為無趨勢，當(dāng)給定顯著水平α = 0.05后，當(dāng)統(tǒng)計量時，趨勢不顯著；當(dāng)時，趨勢顯著。計算公式[4-5]:

式中:Z為Kendall秩次相關(guān)系數(shù)；S為肯德爾統(tǒng)計量；p為徑流系列所有對偶觀測值（Rj，Ri，j＜i）中Rj＜Ri出現(xiàn)的次數(shù)；n為系列長度（徑流觀測年數(shù)）。若Z＞0，則序列呈上升趨勢；反之，則呈下降趨勢。Z的絕對值越大，表明序列變化趨勢越顯著。

4 徑流的特征和變化趨勢分析

4.1 年徑流豐枯等級變化

依據(jù)水文情報預(yù)報規(guī)劃，大伙房水庫1959 — 2016年徑流按距平百分率分特豐、偏豐、平水、偏枯、特枯5種情況分析（見表1）。

特豐年份13 a，占比22%；偏豐年份4 a，占比7%；平水年份9 a，占比15%；偏枯年份6 a，占比10%；特枯年份28 a，占比46%。

表 1 大伙房水庫豐枯等級表

4.2 徑流年際變化特征分析

大伙房水庫入庫徑流豐、平、枯循環(huán)交替。多年平均徑流量為15.26億m3，年徑流量變差系數(shù)Cv為0.58，Cv值較大，表明徑流的年際變化劇烈，對水資源利用不利。

從矩平圖上看（見圖1），有20 a年徑流量高于平均值，其余的38 a低于平均值，偏枯年占65.5%，說明這58 a中主要還是以枯水年為主。在1974年之前，豐枯交替，基本持平，歷時時段較短，基本為3 ～ 4 a；1974 — 1983年基本為枯水年，1984 — 2004年，與前期相比，豐枯歷時時段增長，基本以10 a為1個周期，進(jìn)行豐枯交替。2005年以后豐枯交替比較頻繁。

2018年來由于大伙房水庫流域遭遇極端天氣影響，特大暴雨和極端干旱頻繁發(fā)生，是近些年來豐枯交替頻繁的主要原因，其具體原因還有待深入分析。

圖1 大伙房水庫入庫年徑流量矩平圖

從大伙房水庫入庫年徑流5 a、10 a滑動平均曲線可以看出（見圖2），入庫年徑流呈微弱的波動上升趨勢，增加率為121.4 m3/a，在統(tǒng)計意義上不顯著。具體變化趨勢為:1958 — 1979年呈波動下降趨勢，1979 — 1983年呈現(xiàn)上升趨勢，1983 — 2003年呈現(xiàn)比較平緩的下降趨勢，2003 —1016年呈增加趨勢。隨著滑動長度的增加，年徑流曲線變得平緩。通過入庫年徑流5 a、10 a滑動平均曲線可以看出，變化周期為10 a。

圖2 大伙房水庫入庫徑流滑動平均曲線圖

Kendall秩次相關(guān)法結(jié)果顯示，Z = 0.7，說明年徑流呈增加趨勢，且小于1.96，表明在顯著水平（α = 0.05）內(nèi)，年入庫徑流增加的趨勢不顯著。

4.3 徑流年內(nèi)變化特征分析

大伙房水庫月徑流量主要集中在6 — 9月，占年徑流量的70.2%，其中7 — 8月，占年徑流量的53.4%，特別是8月，占年徑流量的31.4%；1 — 5月徑流量占全年的19.9%，而10 — 12月僅占9.9%，具體見圖3。

圖 3 大伙房水庫逐月流量圖

5 結(jié) 論

本文基于1958 — 2016年大伙房水庫入庫年徑流資料，采用變差系數(shù)、距平法、滑動平均法和Kendall秩次相關(guān)法分析了徑流變化特征。58 a中主要以枯水年為主，在1974年之前，豐枯變化歷時時段較短，變化周期基本為3 ～ 4 a；1974 — 1983年基本為枯水年，1984 — 2004年，與前期相比，豐枯歷時時段增長，基本以10 a為一個周期，進(jìn)行豐枯交替；2005年以后豐枯交替比較頻繁；呈現(xiàn)不顯著的上升趨勢。徑流量主要集中在6 — 9月，其中7 — 8月，占年徑流量的53.4%。