衛(wèi)河水系新鄉(xiāng)段年徑流量變化趨勢分析

葉炳效孟春芳,2

（1河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測局；2西安理工大學(xué)省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

0 引言

衛(wèi)河是新鄉(xiāng)的母親河，隨著新鄉(xiāng)市工農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，下墊面發(fā)生很大變化，塔崗水庫、寶泉水庫、石門水庫等蓄水工程和閘、橡膠壩等攔水工程的相繼建設(shè)運(yùn)行，加上近年來各灌區(qū)引水量的增加，導(dǎo)致衛(wèi)河水系主要河流流量減少，部分河道斷流淤積。時(shí)序累計(jì)值法、Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法、有序聚類法是常用的突變檢驗(yàn)的方法。文章采用時(shí)序累計(jì)值法、Mann-Kendall 非參數(shù)檢驗(yàn)法、有序聚類法對新鄉(xiāng)市衛(wèi)河水系新鄉(xiāng)段的年徑流量進(jìn)行分析，正確認(rèn)識衛(wèi)河水系新鄉(xiāng)段的徑流量變化特征，有利于新鄉(xiāng)市生態(tài)文明建設(shè)工作的開展。

1 區(qū)域概況

新鄉(xiāng)市的衛(wèi)河流域（漳衛(wèi)河地區(qū)）位于新鄉(xiāng)市的西北部，流域面積3 718 km2，主要河流有衛(wèi)河和共產(chǎn)主義渠。衛(wèi)河發(fā)源于山西省陵川縣奪火鎮(zhèn)，在修武縣和獲嘉縣交界的官司橋村進(jìn)入新鄉(xiāng)市，在衛(wèi)輝市的小河村出新鄉(xiāng)市進(jìn)入鶴壁市。衛(wèi)河成西南～東北向橫穿市境，境內(nèi)長80 km。共產(chǎn)主義渠是1958 年開挖的大型引黃灌溉渠道工程，起自黃河北岸武陟縣秦廠村東南，經(jīng)武陟縣、獲嘉縣、新鄉(xiāng)縣、新鄉(xiāng)市、衛(wèi)輝市、淇縣、?？h，至老觀咀入衛(wèi)河，河道全長156 km，總流域面積8 059 km2。衛(wèi)河以北的諸多支流都被攔截入共產(chǎn)主義渠。1962 年停止引黃后，成為衛(wèi)河上游（豫北地區(qū)）的泄洪排水骨干河道，是新鄉(xiāng)市西部和北部山區(qū)洪水的唯一出路。

2 計(jì)算方法

時(shí)序累計(jì)值法、Mann-Kendall 非參數(shù)檢驗(yàn)法、有序聚類法是常用的突變檢驗(yàn)的方法。

3 計(jì)算和結(jié)果

考慮到洪水時(shí)，共產(chǎn)主義渠水和衛(wèi)河水在新鄉(xiāng)市區(qū)以下河段常出現(xiàn)混合，且合河衛(wèi)站和劉莊站均受人為調(diào)控影響，為更清楚體現(xiàn)衛(wèi)河水系主干河流變化狀態(tài)，將兩條河流量合并計(jì)算，即合河衛(wèi)和合河共斷面流量（1958-2016 年）合并為合河站，劉莊斷面和淇縣斷面流量（1963-2016 年）合并為出境站，計(jì)算結(jié)果如下。

3.1 合河站

合河站近59 a年平均實(shí)測徑流量為5.84億m3，年徑流量的最大值為36.47 億m3（1959 年），最小值為1.54 億m3（2002 年），見圖1。年徑流量出現(xiàn)豐枯交替變化，從五年滑動(dòng)平均結(jié)果來看，出現(xiàn)明顯的下降趨勢。M-K 檢驗(yàn)分析結(jié)果顯示：統(tǒng)計(jì)量U為-3.94，|U|＞Ua/2=1.96，通過95%的顯著性檢驗(yàn)，且＜0，因此該站年徑流量出現(xiàn)減少趨勢，且減少趨勢顯著。

時(shí)序累計(jì)值圖的判斷比較直觀，顯示在1964 年左右徑流出現(xiàn)一次跳躍成分；M-K 突變檢驗(yàn)法沒有出現(xiàn)突變點(diǎn)，UF 線大致呈遞減趨勢。由有序聚類法判定可知在1961-1964 年均為可能的突變點(diǎn)。查閱年鑒資料可知，因?yàn)?958-1960 年共產(chǎn)主義渠開挖，且在1962年3月之前均從黃河引水，導(dǎo)致該站流量偏大；1963年流量突增是該年發(fā)生大洪水。因此根據(jù)上述分析，充分考慮各種方法和實(shí)測過程后，判定突變點(diǎn)為1962年。

為進(jìn)一步確定徑流減少原因，對1963-2016年序列再進(jìn)行突變分析，見圖2）。結(jié)果如下：M-K突變檢驗(yàn)法表明在1963年大洪水后，徑流出現(xiàn)減少，1967 年左右又出現(xiàn)增加趨勢到1977-978 年，之后再次出現(xiàn)減少趨勢，1986 年后UF 值大于閾值，即出現(xiàn)顯著減少趨勢。有序聚類法判定在1964、1965、1977、1978年均為可能的突變點(diǎn)。1976年和1977年發(fā)生洪水，造成了流量的增加，之后流量有明顯的遞減趨勢，1986年后徑流顯著減少。因此根據(jù)上述分析，充分考慮各種方法和實(shí)測過程后，判定1964、1965、1977、1978年是該站徑流減少突變點(diǎn)。

3.2 出境站

圖1 合河站突變點(diǎn)分析圖

圖2 合河站突變點(diǎn)分析圖

該站只有1963年后原始資料，故只對1963-2016年徑流量系列進(jìn)行分析。該站近54年來年平均實(shí)測徑流量為9.28億m3，年徑流量的最大值為36.04億m3（1963年），最小值為3.10億m3（2002 年），見圖3。年徑流量出現(xiàn)豐枯交替變化，從五年滑動(dòng)平均結(jié)果來看，出現(xiàn)明顯的下降趨勢。M-K 檢驗(yàn)分析結(jié)果顯示：統(tǒng)計(jì)量U 為-3.081，|U|＞Ua/2=1.96，通過95%的顯著性檢驗(yàn)，且＜0，因此該站年徑流量出現(xiàn)減少趨勢，且減少趨勢顯著。

時(shí)序累計(jì)值圖的判斷比較直觀，不能顯示出明顯的跳躍成分；M-K 突變檢驗(yàn)法表明在1963 年大洪水后，徑流出現(xiàn)減少，1967 年左右又出現(xiàn)增加趨勢到1982-1983 年發(fā)生減少突變，1987 年后出現(xiàn)顯著的減少趨勢。有序聚類法判定在1964、1965、1977、1978年均為可能的突變點(diǎn)。根據(jù)上述分析，充分考慮各種方法和實(shí)測過程后，判定突變點(diǎn)為1964、1965、1977、1978、1982、1983年。

4 結(jié)論

圖3 出境站突變點(diǎn)分析圖

綜上所述，研究區(qū)河流的年徑流量序列出現(xiàn)減少趨勢，且減少趨勢顯著。合河站以下斷面1962 年之前受引黃水的干擾，因此重點(diǎn)考慮1963-2016 年序列，合并年徑流量后水文站（合河站、出境站）的突變點(diǎn)如下：有序聚類法判定合河站年徑流量的突變點(diǎn)為：1964、1965、1977、1978，M-K 法判定結(jié)果為1977、1978。有序聚類法判定出境站年徑流量的突變點(diǎn)為：1964、1965、1977、1978，M-K法判定結(jié)果為1982、1983。可見，衛(wèi)河水系新鄉(xiāng)段1963-2016 年的年徑流量的突變點(diǎn)集中在1977-1983年間。