海河流域徒駭河上游徑流變化研究

莊付磊

摘要 根據(jù)劉橋閘水文站1980—2016年的逐年實(shí)測(cè)徑流資料，運(yùn)用累計(jì)距平方法研究了徒駭河上游流域河流徑流變化趨勢(shì)，并運(yùn)用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行了研究分析。結(jié)果表明：1980—2016年徒駭河劉橋閘水文站多年平均徑流量為0.97×108 m3，劉橋閘水文站上游河段多年平均徑流深45.4 mm。徒駭河徑流量總體呈下降趨勢(shì)，但下降趨勢(shì)不顯著。徒駭河上游流域汛期、非汛期、全年期徑流變化趨勢(shì)大體一致，但也有細(xì)微差別，表明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徒駭河流域徑流變化具有重要影響。

關(guān)鍵詞 徑流變化;距平累積;徒駭河上游;趨勢(shì)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：P343.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2021）05–0143–02

河川徑流是水量平衡的基本要素，是構(gòu)成水分循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。河川徑流變化研究對(duì)流域內(nèi)水資源的開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。徒駭河流域作為海河流域的重要組成部分，長(zhǎng)期以來(lái)受洪澇、干旱災(zāi)害威脅較為嚴(yán)重。目前，京津、河北等地區(qū)對(duì)于海河流域水文變化規(guī)律的研究較多，而位于魯西北平原區(qū)的徒駭河上游流域水文變化規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究的文獻(xiàn)尚不多見(jiàn)[1]。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展以及氣候不斷變化，該流域受旱澇等水文災(zāi)害的影響逐年增大，自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)有增大趨勢(shì)。因此，加強(qiáng)對(duì)該流域區(qū)域的水文變化規(guī)律的深入研究迫在眉睫。

1 研究范圍及概況

徒駭河流域?qū)儆诤：恿饔?，從地理位置上看，其上游河段主要位于魯西北平原區(qū)，黃河下游北岸，流經(jīng)河南、山東兩省，從西南向東北呈窄長(zhǎng)帶狀。干流源自聊城市莘縣文明寨，流經(jīng)聊城、德州、濱州3個(gè)市13個(gè)縣（市、區(qū)），在沾化縣與秦口河匯流后，經(jīng)東風(fēng)港，于暴風(fēng)站入渤海。河道全長(zhǎng)422 km，總流域面積13 902 km2。魯西北平原區(qū)境內(nèi)

5 183 km2，干流總長(zhǎng)度169.5 km。境內(nèi)河段流經(jīng)處地勢(shì)西南部高，東北部低，起點(diǎn)處莘縣文明寨地面高程46.35 m（黃海高程，下同），出境處李集地面高程23.6 m，地面坡降1/7 000～1/8 000[2-4]。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

以徒駭河上游流域劉橋水文站1980—2016年的逐年逐月徑流實(shí)測(cè)資料及還原的天然徑流量資料為依據(jù)，研究河流徑流量變化的趨勢(shì)與變化特征，為流域內(nèi)防汛減災(zāi)工作和水資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 距平累積法 為更加清晰地分析徑流量年代變化特征，提出“距平累積法”，即先計(jì)算每年的徑流量距平，然后按年序累加，得到距平累積序列，即LPi= ? ? ? ? ? ? ，其中，LPi為第i年的距平累積值，Ri為第i年的徑流量，R為徑流量序列的多年平均。

距平累積是一種普遍應(yīng)用的由曲線(xiàn)直觀判斷時(shí)間序列變化趨勢(shì)的方法。根據(jù)距平有正有負(fù)的特點(diǎn)，當(dāng)累積距平曲線(xiàn)呈上升趨勢(shì)時(shí)，表示時(shí)段內(nèi)徑流量為正距平，徑流量偏豐;當(dāng)呈下降趨勢(shì)時(shí)，則表示時(shí)段內(nèi)徑流量為負(fù)距平，徑流量偏枯。由曲線(xiàn)明顯的上下起伏，可以判斷其長(zhǎng)期顯著的演變趨勢(shì)及持續(xù)性變化，甚至還可以診斷出發(fā)生突變的大致時(shí)間[5]。

2.2.2 Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)方法 由Mann和Kendall提出了一種適于時(shí)間序列趨勢(shì)分析的方法，簡(jiǎn)稱(chēng)Mann-Kendall檢驗(yàn)方法，許多學(xué)者應(yīng)用此方法分析水文、氣象要素特征值等按時(shí)間序列變化趨勢(shì)。Mann-Kendall檢驗(yàn)具有樣本不需要遵循一定分布、不受少數(shù)異常值干擾、計(jì)算方便的優(yōu)點(diǎn)[6]。

3 結(jié)果與分析

為更清晰地展示出徒駭河上游流域年徑流量變化的階段性，選擇流域面積1 000 km2及以上，且河流上有本次評(píng)價(jià)徑流還原站點(diǎn)的河流，分析代表站1980—2016年河道內(nèi)實(shí)測(cè)徑流量在全年、汛期和非汛期的變化情況，并與其歷史天然徑流量和近期下墊面條件下的天然徑流量進(jìn)行比較，運(yùn)用距平累積法，分析導(dǎo)致河道內(nèi)徑流情勢(shì)變化的原因。

3.1 徑流變化

3.1.1 徑流年際變化和年代際變化 徑流量的年代變化是影響流域洪旱災(zāi)害及河流水資源開(kāi)發(fā)利用的重要因素，變差系數(shù)（Cv）和年際極值比是衡量河流徑流量年代變化的主要指標(biāo)。1980—2016年徒駭河上游劉橋閘水文站多年平均徑流總量 0.97×108 m3，多年平均徑流深45.4 mm，年際極值比198.2，變差系數(shù)為1.18（海河流域徑流平原區(qū)域不均勻性較山區(qū)大，總體上一般山區(qū)Cv<0.80，而平原區(qū)Cv>0.80）。根據(jù)多年統(tǒng)計(jì)資料研究，最大年徑流量為4.95×108 m3（2010年），徒駭河上游多年發(fā)生斷流現(xiàn)象，最長(zhǎng)斷流（干涸）河段為169.5 km（2002年），最長(zhǎng)斷流（干涸）天數(shù)為30 d（2002年）。從圖1可以看出，1985—2008年徒駭河流域年徑流量整體呈下降的趨勢(shì)。徒駭河流域年徑流量具有明顯的年代際變化，具體到年代變化來(lái)看，徒駭河上游流域1985、1992、2010、2013均為徑流量較豐的年份，其中，2010年份徑流量最多，年平均徑流量4.95×108 m3。

3.1.2 徑流年內(nèi)分配及變化 徒駭河上游流域汛期多年徑流量平均為0.85×108 m3，占全年徑流量的88.0%（表1）。1980—2016年汛期徑流量的標(biāo)準(zhǔn)差為0.69，變差系數(shù)1.39。其中，汛期徑流量極大值為4.20×108 m3（2010年）;非汛期多年徑流量平均為 0.12×108 m3，占全年徑流量的12.0%。1980—2016年非汛期徑流量的標(biāo)準(zhǔn)差為0.09，變差系數(shù)1.07，非汛期徑流量極大值為0.75×108 m3（2010年）。

3.2 徒駭河上游流域徑流情勢(shì)變化分析

徒駭河劉橋站實(shí)測(cè)與天然不同時(shí)段徑流量除了非汛期差別比較大外，其余兩個(gè)時(shí)段變化較為一致，這主要是因?yàn)榉茄雌谝S尾水對(duì)實(shí)測(cè)徑流量影響比較大（圖2、圖3）。汛期和全年時(shí)段1985年之前為豐水期，1986年至1990年為枯水期，1995年至2009年徑流量水量偏枯，2010年之后水量整體偏豐。這和徒駭河流域2010年和2013年降水量比較大相一致。

4 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)徒駭河劉橋閘水文站進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：1980—2016年徒駭河劉橋閘水文站多年平均徑流量為0.97×108 m3，多年平均徑流深45.4 mm，徒駭河總體呈下降趨勢(shì)，呈現(xiàn)此種情況是區(qū)域氣候暖干化原因所致，但是下降的趨勢(shì)不顯著。徒駭河流域汛期、非汛期、全年期徑流變化趨勢(shì)大體一致，但是也有稍微差別。徒駭河全年期年徑流量在1998、2005、2010年有較大的突變。2010年以來(lái)，徑流變化總體呈增加趨勢(shì)與環(huán)太平洋厄爾尼諾現(xiàn)象和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的降水有一定關(guān)系。除氣候變化因素外，諸如流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水利工程建設(shè)和城鎮(zhèn)建設(shè)等人類(lèi)活動(dòng)因素引起區(qū)域土地利用方式變化，改變了流域內(nèi)下墊面條件，也是流域徑流變化的重要影響因素[7-9]。

總體來(lái)看，徒駭河上游流域近年來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)快速發(fā)展，引水灌溉事業(yè)穩(wěn)步提升，但是由于農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)用水利用效率低，用水排灌渠道暢通，導(dǎo)致大量農(nóng)灌尾水通過(guò)支流匯入徒駭河，造成徒駭河的水量增多;此外，工業(yè)生產(chǎn)用水量增加，導(dǎo)致工業(yè)廢水經(jīng)處理后的尾水入河排放量大;流域內(nèi)城鎮(zhèn)化進(jìn)度加快，城鎮(zhèn)地表徑流增加;大量草地、林地和濕地被開(kāi)墾等，以上諸多因素影響使得徒駭河上游流域地表徑流量變化有增大的趨勢(shì)。根據(jù)徑流量變化分析結(jié)果，2010年以來(lái)徒駭河上游流域處于徑流偏豐期，因此，近期應(yīng)著重注意流域內(nèi)降水量的增加與人類(lèi)活動(dòng)因素對(duì)洪水徑流的影響，加大對(duì)徒駭河上游流域防洪減災(zāi)的工作力度，盡可能降低水文災(zāi)害帶來(lái)的損失。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Variation Trend and Analysis of the Runoff on the Upstream of the Tuhai River in Haihe River Basin

ZHUANG Fu-lei （Liaocheng Water Affairs Bureau， Liaocheng， Shandong 252000）

Abstract Trend test methods， including accumulated anomaly， is respectively employed to analyze the variation trend and abruption of series measured at Tuhai River watershed. Results show that the annual runoff of Tuhai River from1980 to 2016 at Liuqiao station is 0.97×108 m3. The mean runoff depth in upstrem of Liuqiao station is 45.4 mm; Generally， the volume of runoff of Tuhai River show a downward trend， but the trend is not obvious. The trend of change about runoff on the Upstream of Tuhai River at flood season and non flood season and the whole year is coerce uniformity， but the trend have a little different. Results show that the human activities have an impact on runoff change.

Key words Runoff change; Cumulative departure; On the Upstream of Tuhai River; Trend analysis