滏陽河流域洪水特征變化分析

吳麗英

（河北省邢臺水文水資源勘測局，河北 邢臺 054000）

1 流域概況

滏陽河為子牙河系兩大支流之一，發(fā)源于河北省峰峰礦區(qū)和村鎮(zhèn)，到獻縣樞紐與滹沱河相匯，地處子牙河水系南部，東與黑龍港流域相鄰，西起太行山，南臨漳衛(wèi)河，北界滹沱河，地理位置東經(jīng)113°45′～116°15′，流經(jīng)河北省19個縣（市、區(qū)）。

滏陽河全長413km，流域面積21737km2，流域西南高、東北低，上游為太行山余脈丘陵區(qū)，地面縱坡1/1000～1/400，京廣鐵路以下為沖積平原和沖積扇平原區(qū)，平坦開闊，地面縱坡1/4000～1/2500。由于河流泛濫和改道，形成許多緩崗、微斜平地和低洼地［1］。

滏陽河河形蜿蜒，支流繁多而集中于左岸，為典型的不對稱扇形河道。艾辛莊以上各支流發(fā)源于太行山東麓，艾辛莊以下各支流發(fā)源于平原。滏陽河有大小支流20余條，多為季節(jié)性河道，流域面積大于1000km2的依次為洺河、南澧河（沙河）、馬河、午河、北澧河、洨河、汪洋溝、天平溝、留楚排干和邵村溝等10條；流域面積在500～1000km2之間的支流依次為生產(chǎn)團結(jié)渠、七里河（順水河）、留壘河、泜河、槐河（北沙河）和龍治河等6條。

2 分析方法

2.1 Mann-Kendall非參數(shù)秩次相關(guān)檢驗法

Mann-Kendall非參數(shù)統(tǒng)計方法，能有效區(qū)分某一自然過程是處于自然波動還是存在確定的變化趨勢。對于非正態(tài)分布的水文氣象數(shù)據(jù)，Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗具有更加突出的適用性。Mann-Kendall也經(jīng)常用于氣候變化影響下的降水、干旱頻次趨勢檢測［2］。

2.2 有序聚類法

有序聚類分法，即為在連續(xù)樣本內(nèi)，根據(jù)樣本間離差的大小進行分類的一種方法，是用來提取水文序列突變點的一種有效方法，被廣泛應(yīng)用于降雨、徑流和氣溫等水文時間序列的變異特征分析，采用此方法研究洪水序列的突變點，即最優(yōu)分割點［3］。

2.3 譜分析法

譜分析法把時間系列看成是多種不同頻率的規(guī)則波正弦波或余弦波迭加而成，比較不同頻率波的方差大小，從而找出波動的主要周期。水文時間系列譜分析的主要方法有功率譜法、最大嫡譜分析法等。

對于典型流域暴雨洪水的時域特征將采用功率譜分析，來識別暴雨和洪水的周期性。

3 洪水特征

3.1 趨勢分析

采用木鼻和西臺峪以上流域的實測暴雨洪水資料系列［4］，和Mann-Kendall非參數(shù)秩次相關(guān)檢驗法計算其不同時段最大洪量、場次洪水總量、最大洪峰流量及洪峰滯時等特征值系列。典型流域洪水趨勢分析成果如表1。

由表1可知，木鼻和西臺峪以上流域不同時段最大洪量及次洪水總量均呈下降趨勢，西臺峪以上流域最大1，3d和次洪量及木鼻以上流域次洪量下降趨勢不顯著，但木鼻以上流域最大1，3d洪量下降趨勢顯著。

木鼻和西臺峪以上流域洪峰流量均呈下降趨勢，西臺峪以上流域的洪峰流量下降趨勢不明顯，木鼻以上流域洪峰流量下降趨勢顯著。木鼻以上流域洪峰滯時的上升趨勢顯著，西臺峪以上流域洪峰滯時下降趨勢不顯著。

3.2 突變點分析

采用木鼻和西臺峪以上流域的實測暴雨洪水資料系列，利用有序聚類法，計算洪水總量和最大洪峰流量序列，采用有序聚類分析次洪水總量和最大洪峰流量的變異特征進行。次洪水總量時間序列的有序聚類跳躍點如圖1。

圖1 次洪水總量序列有序聚類跳躍點

圖1中可看出，木鼻以上流域洪水總量的跳躍點除1956年特大值形成外，另一個跳躍點在1982年，因此可認為1982年為洪水總量轉(zhuǎn)折點。西臺峪以上流域次洪水總量序列有一個明顯跳躍點，即1994年，可認為西臺峪以上流域次洪水總量的轉(zhuǎn)折點為1994年。

木鼻、西臺峪以上流域的洪峰流量時間序列的有序聚類跳躍點檢驗成果如圖2。

圖2 洪峰流量序列有序聚類跳躍點

由圖2看出，木鼻以上流域洪峰流量的跳躍點除1956年特大值形成外，另一個跳躍點在1982年，因此可認為1982年為洪峰流量的轉(zhuǎn)折點。西臺峪以上流域洪峰流量序列有一個明顯跳躍點，即1994年，西臺峪以上流域洪峰流量的轉(zhuǎn)折點為1994年。

3.3 周期分析

由木鼻、西臺峪以上流域的次降雨量時間序列，用周期圖法對這些時間序列分別進行周期分析，得到各時間序列的周期成果。觀察功率譜周期分析圖，若時間序列的滑動功率譜值超過紅噪聲標準譜值，此滑動功率譜值對應(yīng)的波數(shù)k，用公式換算成周期，此周期即為所求周期。

木鼻、西臺峪以上流域的洪量時間序列的功率譜周期分析如圖3。

圖3 典型流域洪量功率譜圖

圖3可知，木鼻以上流域洪量的滑動功率譜值超過紅噪聲標準譜值的波數(shù)k=2，4，顯著性周期分別為2018，2019年，流域洪量存在9年和18年長周期的周期震蕩；西臺峪以上流域洪量的滑動功率譜值接近紅噪聲標準譜值的波數(shù)k=2，顯著性周期為16年，得出西臺峪以上流域洪量存在16年長周期的周期震蕩。

木鼻、西臺峪以上流域的洪峰流量時間序列的功率譜周期分析如圖4。

圖4 典型流域洪峰流量功率譜圖

圖4可看出，木鼻以上流域洪峰流量的滑動功率譜值超過紅噪聲標準譜值的波數(shù)k=4，顯著性周期9年，流域洪峰流量存在9年的周期震蕩。西臺峪以上流域洪峰流量的滑動功率譜值超過紅噪聲標準譜值的波數(shù)k=2，顯著性周期為16年，得出西臺峪以上流域洪峰流量存在16年長周期的周期震蕩。

4 結(jié)語

（1）Mann-Kendall非參數(shù)秩次相關(guān)檢驗法和線性趨勢回歸分析法對木鼻和西臺峪以上流域的各時段最大洪量、洪峰和洪峰滯時等參數(shù)進行了趨勢檢驗，洪峰和各時段洪量呈顯著下降趨勢。

（2）采用有序聚類分析法分析了典型流域洪量和洪峰的突變點，分別確定了典型流域的突變點。木鼻以上流域次洪水總量和洪峰流量轉(zhuǎn)折點為1982年；西臺峪以上次洪水總量和洪峰流量轉(zhuǎn)折點為1994年。

（3）采用功率譜方法分析了典型流域暴雨洪水特征的周期性。次洪量具有16～18年的周期，而洪峰序列周期在各流域相差較大。