沙河流域典型站徑流特征分析

□劉 維

近幾十年來，隨著全球氣候變化，流域的徑流特征發(fā)生了明顯改變，研究徑流序列的變化特征有助于探尋氣候變化影響下的水文演變規(guī)律，對流域水資源利用及流域發(fā)展具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。沙河流域是保定市的重要水源地，采用多種分析方法研究沙河流域水文序列的變異特征，為沙河流域水資源科學(xué)調(diào)控與管理提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。

1.沙河流域概況

沙河是大清河水系南支的主要支流之一,南界磁河、北與唐河為鄰。發(fā)源于山西省靈邱、繁峙兩縣，在靈邱縣西南入保定地區(qū)阜平縣境，東流至王快水庫。其中有胭脂河、平陽河、板峪河、鷂子河匯入。流域內(nèi)有阜平水文站，王快水文站。

2.資料選取與研究方法

選取流域內(nèi)阜平水文站的年徑流量資料,對資料系列進(jìn)行三性審查可知，年徑流量系列的可靠性、一致性和代表性較好，能從一定程度上反映沙河流域總體的徑流特征。采用滑動平均、累積距平對年徑流進(jìn)行趨勢性分析，運(yùn)用 Mann-Kendall、Yamamoto法對年徑流的趨勢變化特征進(jìn)行分析。

3.徑流特征分析

3.1 徑流變化趨勢分析

沙河上游流域阜平站年徑流量變化的總趨勢采用了5a滑動平均法和累積距平法進(jìn)行分析。阜平水文站1960-2018年間多年平均年徑流量為7.35億m3，60年間，徑流量的年際變化差異較大，年徑流量最大值為1988年25.1億m3，最小值為1984年1.43億m3,最大值為平均值的3.4倍，為最小值的5.1倍。

從圖1可以看出，阜平站年徑流序列1960-2001年呈現(xiàn)震蕩性下降趨勢,2001-2018年呈現(xiàn)出穩(wěn)定趨勢。總體上來說，下降趨勢比較明顯。

圖2阜平站年徑流累積距平曲線看出，年徑流量在整體明顯下降的情況下，經(jīng)歷了3個明顯變化的階段：1959-1979年是徑流增加的階段，且該階段徑流波動十分明顯且劇烈，但整體趨勢表現(xiàn)為增加；1980-2001年是徑流減少的階段，且該階段徑流波動十分明顯且劇烈，但整體趨勢表現(xiàn)為減少；2002-2018年是徑流減少的階段，且該階段徑流平穩(wěn)。

3.2 徑流突變點(diǎn)分析

采用Mann-Kendall和Yamamoto方法對沙河上游流域年徑流量突變點(diǎn)進(jìn)行分析。

圖1 阜平站年徑流量變化趨勢

圖2 阜平站累計距平曲線

圖3 阜平站徑流量M-K突變檢測結(jié)果

圖4 阜平站徑流量Yamamoto突變檢測結(jié)果

應(yīng)用Mann-Kendall法分析阜平站年徑流序列，計算統(tǒng)計量UFk和UBk，繪制Mann-Kendall統(tǒng)計量曲線見圖3，由圖可知：阜平站年平均徑流呈現(xiàn)減少趨勢，在80年后超過顯著性水平0.05的臨界線(U0.05=1.96)，也印證了阜平站年平均徑流減少的趨勢。同時UFk和UBk線有兩個交點(diǎn),分別是1971年,1979年,并且都在置信區(qū)間內(nèi),可初步認(rèn)定突變開始的年份為1971年和1979年。

應(yīng)用Yamamoto法分析阜平站年徑流序列，分別取n1=n2=5、10年對阜平水文站年徑流量序列進(jìn)行突變點(diǎn)分析見圖4，當(dāng)子序列長度n1=n2=5時，年徑流量序列計量RSNi在1979年和1980年超過突變臨界值，發(fā)生突變。因此結(jié)合Mann-Kendall和Yamamoto的突變檢測結(jié)果可知，沙河上游阜平站年徑流量序列的突變年份為1979年。

4.取得結(jié)論與相關(guān)建議

在全球氣候變暖背景下，經(jīng)過分析沙河流域年徑流分布特征，得到以下主要結(jié)論。

一是沙河流域年徑流量先呈現(xiàn)振蕩下降后表現(xiàn)為變化平穩(wěn)階段,但總體呈現(xiàn)出下降明顯的趨勢。

二是通過Mann-KendallYamamoto法得到的突變點(diǎn)不完全一致，但綜合結(jié)果表明沙河流域突變點(diǎn)為1980年左右,且突變后徑流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于突變前的年徑流量。沙河上游受人類活動的影響比較小，影響的主要原因考慮是降水量減少。

盡管阜平水文站是沙河流域的重要水文站，但是僅用阜平站的年徑流變化特征來刻畫整個沙河流域具有一定的局限性。同時徑流序列突變點(diǎn)檢測分析的方法很多，各類方法均也有其適應(yīng)性及局限性。因此，對整個沙河流域的徑流特征分析具有一定的局限性。