采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法及年代際變化分析塔西河來(lái)水變化狀況

田家巾

(新疆石河子水文勘測(cè)局，新疆 石河子 832000)

1 概述

塔西河位于新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯縣境內(nèi)，歷史上為瑪納斯河支流，現(xiàn)河川徑流量主要消耗于瑪納斯縣塔西河灌區(qū)。塔西河流域石門(mén)子水文站5290 m，河流全長(zhǎng)132 km，本流域中高山區(qū)降水分沛，冰川發(fā)育，冰川總條數(shù)達(dá)107條，冰川面積達(dá)48 km2。

2 塔西河50年徑流量分析

2.1 徑流量年內(nèi)變化分析

塔西河河川徑流量的補(bǔ)給源主要以冰雪融水和降水補(bǔ)給、另有少量的地下水補(bǔ)給。徑流量受夏季氣溫升高致使冰川急劇消融并與降水共同影響河流的河勢(shì)；河川徑流量集中在夏季的6月～8月，其月徑流量占年徑流量的66.3%，連續(xù)最大四個(gè)月出現(xiàn)在6月～9月，占年徑流量的74.5%，最大月徑流量一般出現(xiàn)在7月份，占年徑流量的27.6%，最小月徑流量多出現(xiàn)在2月份，只占年徑流量的2.1%，最大月徑流量為最小月徑流量的13.1倍。四季中春季徑流量占11.7%，夏季占66.3%，秋季占15.1%，冬季占6.8%，秋水多于春水。統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)明河流在春季的徑流量偏少，徑流量顯著集中在夏季，說(shuō)明冰川消融的補(bǔ)給作用較大，造成徑流量年內(nèi)分配十分不均勻。

2.2 徑流量年際變化分析

塔西河徑流的年際變化比較小，由變差系數(shù)C為0.23說(shuō)明，河川徑流量的變化主要與河源區(qū)的冰川穩(wěn)定消融有直接的聯(lián)系，由降水補(bǔ)給量的狀況對(duì)塔西河徑流的影響來(lái)看，降水量對(duì)河川徑流量的貢獻(xiàn)是比較小的。

塔西河歷年最大水年與最小水年徑流的倍比在2.3倍；多年最大模比系數(shù)Kmax=1.54，最小模比系數(shù)Kmin=0.66。塔西河的主要來(lái)水量來(lái)源于依連哈比爾尕山北坡冰川區(qū)域，該區(qū)域降水豐沛，冰川發(fā)育，河川徑流量主要以融冰為主、降雨補(bǔ)給為輔，塔西河上游兩大支流均源于巨大的山谷冰川，對(duì)河流徑流量具有顯著的調(diào)節(jié)作用。

2.3 徑流量年代際變化分析

塔西河徑流量年代際變化在1957年～ 1998年期間，年徑流量為負(fù)距平，與多年平均比較減少了0.8461×108m3，之后呈現(xiàn)為正距平且偏離均值幅度較大，與多年平均徑流量比較增多了1.577×108m3，增幅達(dá)到20.0%。從不同年代的比較中看出，20世紀(jì)60年代～90年代中期是塔西河的枯水年期，90年代中后期以來(lái)河道來(lái)水量發(fā)生比較顯著的轉(zhuǎn)折，水量呈明顯增多態(tài)勢(shì)，河道來(lái)水進(jìn)入豐水年景。

塔西河90年代中期以來(lái)河川徑流量呈顯著增加的趨勢(shì)，這是由于隨著全球氣溫的升高造成冰川融水增加，且區(qū)域暖濕氣候致使降水增多綜合作用的結(jié)果；冰雪融水和雨水對(duì)河川徑流量的補(bǔ)給變化通過(guò)采用模比系數(shù)差積曲線(xiàn)也能描述，從所繪制的塔西河石門(mén)子站年徑流量模比系數(shù)差積曲線(xiàn)圖上反映，從2000年開(kāi)始年徑流量進(jìn)入豐水期。

圖1 年降水量模比系數(shù)差積曲線(xiàn)與年徑流量模比系數(shù)差積曲線(xiàn)

3 徑流量分析

3.1 徑流量變化趨勢(shì)檢驗(yàn)

計(jì)算原理是：首先是判斷塔西河石門(mén)子水文站實(shí)測(cè)的月年徑流量數(shù)據(jù)時(shí)間序列變化，當(dāng)分析時(shí)間序列n≥10，則使用Zc值判斷，用雙尾檢測(cè)來(lái)確定時(shí)間序列的變化趨勢(shì)。給定顯著性水平α，如果|Zc|≥Z1-α/2，則表明時(shí)間序列有顯著的上升(Zc>0)或者下降(Zc<0)趨勢(shì)，S或者Zc變量確定后，再用坡度估計(jì)法計(jì)算時(shí)間序列變化趨勢(shì)，函數(shù)f(t)=Qt+B。對(duì)石門(mén)子站歷年月、年平均徑流量(共13組)系列數(shù)據(jù)進(jìn)行變化趨勢(shì)檢驗(yàn)計(jì)算，成果見(jiàn)表1，有8組數(shù)據(jù)序列通過(guò)特定顯著性水平度1%，其他6組通過(guò)了信度1%。

表1 年徑流量數(shù)據(jù)時(shí)間序列變化趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

3.2 月年徑流量變化分析

其中UF1=0，E(sk)、var(sk)是累計(jì)數(shù)sk的均值和方差，按時(shí)間序列x的逆序xn，xn-1,…,x1，再計(jì)算UBk，使UBk=-UFk(k=n,n-1,…,1)，UB1=0。以臨界值取a=0.05，則臨界值u0.05=±1.96。若UFk或UBk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，反之為下降。對(duì)塔西河石門(mén)子站歷年月、年平均徑流量(共13組)系列數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。表明突變點(diǎn)是存在的，且之后呈顯著上升趨勢(shì)，年徑流量及4月～10月月經(jīng)流量系列突變的開(kāi)始時(shí)間及其交叉點(diǎn)分別出現(xiàn)在1993年、1999年、由此說(shuō)明在石門(mén)子水文站控制斷面處，實(shí)測(cè)的徑流量系列在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)存在突然持續(xù)變大的情況。本次分析僅附年徑流量和8月月徑流量系列變化趨勢(shì)過(guò)程線(xiàn)圖，見(jiàn)圖2。

圖2 塔西河石門(mén)子站8月月徑流量

圖3中兩條曲線(xiàn)，其中實(shí)線(xiàn)為8月月徑流量按時(shí)間序列x進(jìn)行計(jì)算得到的一組統(tǒng)計(jì)量；虛線(xiàn)為8月月徑流量按時(shí)間序列x的逆序再重復(fù)計(jì)算得到的另外一組統(tǒng)計(jì)量。將兩組統(tǒng)計(jì)量系列繪制到一幅圖中得到上圖。該方法就是為了能夠準(zhǔn)確的找到突變的時(shí)間點(diǎn)，即兩條曲線(xiàn)的交叉點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)2.3章節(jié)中徑流量年代際變化分析，從石門(mén)子站年徑流量模比系數(shù)差積曲線(xiàn)圖和年徑流量十年滑動(dòng)平均曲線(xiàn)圖上反映，從2000年開(kāi)始年徑流量進(jìn)入豐水期；與采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法得到的年徑流量呈顯著上升趨勢(shì)的突變時(shí)間點(diǎn)一致。

(2)在3.1章節(jié)中通過(guò)采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法來(lái)驗(yàn)證分析徑流量變化趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果表明，有8組數(shù)據(jù)序列通過(guò)特定顯著性水平α的檢驗(yàn)，其中6組信度為1%、2組為1%說(shuō)明塔西河月年徑流量數(shù)據(jù)時(shí)間序列的變化存在明顯的趨勢(shì)。

(3)在3.2 章節(jié)中月年徑流量突變的開(kāi)始時(shí)間及其交叉點(diǎn)分析，石門(mén)子站歷年月、年平均徑流量(共13組)系列數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)變化呈顯著上升趨勢(shì)，但各月的突變點(diǎn)情況存在時(shí)間差異，較明顯的4月份月經(jīng)流量系列出現(xiàn)時(shí)間為2017年為突變時(shí)間點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析其成因?yàn)橄掠问T(mén)子水庫(kù)在2001年10月蓄水，次年進(jìn)行春季農(nóng)田灌溉面積為31333 hm2，平均的2.2倍。

塔西河河川徑流量在近20年期間受氣候變化呈顯著增大態(tài)勢(shì)，年徑流量系列突變時(shí)間點(diǎn)為2000年；河川水文要素的天然過(guò)程受到人類(lèi)活動(dòng)影響呈逐漸增大狀態(tài)。