甘肅黃河流域主要水文站年徑流量一致性修正分析

劉 霞，呂亞斌

(甘肅省隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500)

1 修正站選取方法

通過對選用水文站的降水一徑流關(guān)系分析，檢查1956-2016年天然年河川徑流系列的一致性，在此基礎(chǔ)上確定需要進行系列修正的水文站。修正方法如下：

(1)若發(fā)現(xiàn)在同量級降水條件下2000年以后點據(jù)明顯偏離2000年以前點據(jù)時，則表明下墊面變化對徑流影響較大，應(yīng)對原1956-2000年天然年河川徑流系列進行一致性修正。

(2)通過點繪水文站控制范圍內(nèi)面平均年降水量與天然年河川徑流量的雙累積相關(guān)圖，找出年降水量與天然年河川徑流量關(guān)系發(fā)生明顯變化的拐點年份，以該年份為分割點，將年降水量和天然年河川徑流量系列劃分為前、后兩個年段，并對前一年段的天然年河川徑流量系列進行修正。

當選定一個年降水值時，可分別從兩條曲線上查出兩個對應(yīng)的年徑流深值(R1和R2)，采用式(1)和式(2)分別計算年徑流衰減系數(shù)和修正系數(shù)：

γ=(R1-R2)/R1

(1)

ψ=R2/R1

(2)

式中：γ為年徑流衰減系數(shù)；ψ為年徑流修正系數(shù)；R1為前一年段年降水量與徑流關(guān)系曲線上的天然年徑流深，以mm計；R2為前一年段年降水量與徑流關(guān)系曲線上的天然年徑流深，以mm計。

查算不同量級年降水量的Ψ值，繪制與Ψ關(guān)系曲線，作為天然年河川年徑流系列修正的依據(jù)。

根據(jù)需要修正年份的降水量，從P～Ψ關(guān)系曲線上查得修正系數(shù)，再乘以天然年河川徑流量，即可求得修正后的天然年河川徑流量。

(3)對于降水～徑流關(guān)系變化不大、但明顯存在系列一 致性影響因素的流域，如傍河開采地下水，新建大中型水利工程投入運行等，采用成因方法進行一致性處理。

通過對甘肅省水文站進行調(diào)查研究分析，最后確定黃河流域武山、北道甘谷(二)、秦安、仁大、窯峰頭、紅河、毛家河(二)、靖遠9處水文站做天然河川徑流一致性修正。

2 修正站趨勢分析

采用坎德爾秩次相關(guān)法、斯波曼秩次法、線性趨勢法對修正站進行一致性檢測，結(jié)果見表1。三種方法a均采用0.05,判別值分別為坎德爾秩次相關(guān)法U(a/2)=1.96、斯波曼秩次法T(a/2)=1.64、線性趨勢法T(a/2)=1.64。由表1可見，9處修正站徑流量均呈顯著性減小趨勢。

表1 甘肅黃河流域各修正站趨勢性檢驗結(jié)果統(tǒng)計表

3 修正站突變點分析

點繪各站面降水量和天然年徑流量雙累計關(guān)系曲線圖找出明顯拐點，確定明顯拐點為突變年份，并采用R/S分析法、有序聚類分析法、李(lee)和海哈林(Heghinan)、曼(mann)—肯德爾(Kenddall)法對各修正站判別合理性，結(jié)果見表2。從表2看出，黃河流域天然徑流量流域面積較小的站徑流序列突變年份同黃河流域整體突變年份有差異，渭河流域各站跳躍年份較一致，突變年份在1993年，祖厲河突變年份在1996年，涇河各流域突變年份在1996年左右。

表2 甘肅黃河流域各修正站天然徑流序列顯著性檢驗統(tǒng)計表

4 一致性修正

4.1 修正方法

對修正站天然徑流系列跳躍年份進行合理性檢查后，以該年份為分割點，將年降水量和天然年河川徑流量系列劃分為前、后兩個年段，并對前一年段的天然年河川徑流量系列進行修正(以仁大站為例)。計算歷年面平均雨量和天然年河川徑流量，點繪面平均年降水量與天然年河川徑流量的雙累積相關(guān)圖，確定突變拐點，見圖1。

圖1 仁大站降水量～徑流量累積相關(guān)圖

從圖1可以卡出，仁大站徑流有很明顯的拐點，這個拐點出現(xiàn)在1986年左右，用系列資料統(tǒng)計，最后確定為1986年，將系列資料以1986年為分割點，分成兩個系列，并點繪降水量～徑流深關(guān)系圖，見圖2。

圖2 仁大站平均降水量～徑流深相關(guān)圖

選定若干個整數(shù)面降水量值，取值在最大值與最小值之間，分別從兩條曲線方程計算出兩個相對應(yīng)的年徑流深值R1和R2，查算不同量級年降水量的Ψ值，繪制P～Ψ關(guān)系曲線，見圖3。

圖3 仁大站平均降水量～年徑流修正系數(shù)相關(guān)圖

根據(jù)需要修正年份的降水量，從P～Ψ關(guān)系曲線上查找并用曲線方程計算得到修正系數(shù)，再乘以該年天然徑流量，即為修正后的天然河川徑流量，為了方便比較，點繪仁大站修正前后徑流變化過程線圖，見圖4。

圖4 仁大站徑流量修正前后變化過程圖

4.2 修正成果

用上述同樣的方法計算修正各站跳躍前的天然徑流量，組成修正后的徑流系列，計算結(jié)果見表3。

表3 甘肅黃河流域各修正站徑流一致性修正統(tǒng)計表 億m3

從表中看出，修正后1956-2016年均值與修正前天然徑流量比較，各修正站天然年徑流量呈減少趨勢，減少幅度在24.8%-58.2%之間。其中，仁大站減少幅度最大，為0.138×109m3，紅河站減少幅度最小，為0.112×109m3。

5 結(jié)語

通過甘肅黃河流域主要水文站水文資料的統(tǒng)計和檢驗，找出資料的拐點，進行一致性分析和修正，使水文資料具備一致性條件，讓還原水量回歸天然河道，使水資源評價更準確；而在修正和分析方法上，應(yīng)根據(jù)水文資料的實際情況選擇，可以通過各種方法相互驗證以得到準確的數(shù)值。