曹娥江流域代表水文站降水量與流量特征分析

陳巍莉 紹興市水文管理中心

孔達(dá)奇等選取曹娥江嵊州站徑流資料為研究對(duì)象，采用正態(tài)分布檢驗(yàn)、R/S分析法、距平理論分析法、滑動(dòng)平均法、Mann-Kendall秩次相關(guān)分析法和Spearman秩次相關(guān)分析法等方法對(duì)嵊州站年徑流序列進(jìn)行徑流序列正態(tài)性、變異性、豐枯變化和趨勢(shì)特性等方面進(jìn)行分析。盛慧英按照流域產(chǎn)匯流的基本理論，對(duì)曹娥江花山流域的產(chǎn)匯流參數(shù)及降雨徑流相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了分析，為上虞區(qū)的防汛決策提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)類似流域產(chǎn)匯流參數(shù)計(jì)算及應(yīng)用方面具有重要的參考價(jià)值。

本文依托廣闊的研究區(qū)域和準(zhǔn)確的資料體系對(duì)曹娥江流域降水及流量之間的相關(guān)關(guān)系及影響因素進(jìn)行分析研究，以期為工程設(shè)計(jì)中確定和復(fù)核工程規(guī)模提供依據(jù)。

1.流域概況

曹娥江是錢塘江的主要支流，主流為澄潭江，發(fā)源于磐安縣尚湖鎮(zhèn)王村的大盤山脈長塢，自南向北流經(jīng)嵊州城區(qū)附近與新昌江、長樂江匯合后稱曹娥江，在萬年亭右納黃澤江，然后干流行經(jīng)至清風(fēng)峽谷附近右納里東江流入，出馬岙后河谷逐漸開闊；至章鎮(zhèn)附近右岸有隱潭溪、下管溪，左岸有范洋江匯入；流至上浦，左岸有小舜江流入；至曹娥左為蕭紹平原，右為姚江平原；河流受江堤海塘約束，經(jīng)曹娥江大閘注入錢塘江，全長197.2km，流域面積6080km。曹娥江為常年性河流，無結(jié)冰期，上游屬山溪性河流，下游屬潮汐河道，各主要支流均為山溪性河流，陡漲陡落。

曹娥江流域地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏熱冬溫，四季分明，受季風(fēng)影響明顯，梅雨季常年出現(xiàn)在6、7月份，雨量相對(duì)集中，8、9月份進(jìn)入臺(tái)風(fēng)期，上游地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響較大，是發(fā)生洪澇災(zāi)害的主要地區(qū)。多年平均降水量1464 mm，6月中旬至7月上旬雨量相對(duì)集中。流域多年平均年陸面蒸發(fā)量為在820 mm左右，冬春兩季蒸發(fā)量少，夏秋兩季太陽輻射強(qiáng)，氣溫高，風(fēng)速達(dá)，蒸發(fā)量較大。

2.年平均降水量對(duì)年平均流量的影響

數(shù)據(jù)來源：曹娥江流域花山站、嵊州站、黃澤站三個(gè)站點(diǎn)的年平均流量及年平均降水量資料。2007年黃澤站的降水量數(shù)值缺失，通過線性內(nèi)插的方式得到2000～2020年的完整數(shù)據(jù)序列。

由降雨徑流形成理論可知，降水量是影響地面徑流流量大小的重要因素，一般來說，降水量越大，產(chǎn)流越多，出口斷面流量越大；降水量越小，產(chǎn)流越少，出口斷面流量小。當(dāng)然，整個(gè)產(chǎn)匯流機(jī)制是十分復(fù)雜的，還要考慮到蒸發(fā)量、土壤初始含水量以及下墊面的情況等因素。

下面根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分別對(duì)曹娥江三個(gè)站點(diǎn)年平均降水量及年徑流量進(jìn)行回歸分析，分析年平均降水量對(duì)年平均流量的影響。

回歸分析的結(jié)果如表1所示。

表1 單個(gè)站年平均降水量與年平均流量之間的回歸分析結(jié)果表

嵊州站和黃澤站的相關(guān)系數(shù)R均大于0.9，說明這兩個(gè)站點(diǎn)的回歸模型擬合效果較好，花山站相關(guān)系數(shù)R值為0.373，回歸模型擬合效果較差。

方差分析的顯著性均小于0.05，說明分析中花山站、嵊州站以及黃澤站三個(gè)站點(diǎn)各自的年降水量和年徑流量之間存在顯著線性關(guān)系。黃澤站和嵊州站位于花山站上游，這兩個(gè)站點(diǎn)的年平均降水量與年平均流量之間的相關(guān)關(guān)系較好，位于下游的花山站較差。

花山站年降水量與年徑流量的線性方程系數(shù)為0.892；嵊州站年平均降水量與年平均徑流量的線性方程系數(shù)為2.057；黃澤站年平均降水量與年平均徑流量的線性方程系數(shù)為9.353。模型的T檢驗(yàn)的顯著水平均小于0.05，表明三個(gè)回歸方程的系數(shù)都是顯著的，具有統(tǒng)計(jì)意義。

3.相鄰站點(diǎn)年平均流量相關(guān)性分析

Pearson相關(guān)系數(shù)（Pearson Correlation Coefficient）是用來衡量兩個(gè)數(shù)據(jù)集合是否在一條線上面，它用來衡量定距變量間的線性關(guān)系。Spearman系數(shù)是衡量兩個(gè)變量的依賴性的非參數(shù)指標(biāo)。

分別計(jì)算相鄰兩站之間的Pearson系數(shù)及Spearman系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 三個(gè)站點(diǎn)之間年平均流量相關(guān)分析結(jié)果表

從表2中可以看出，無論是線性相關(guān)還是非參數(shù)式相關(guān)，相鄰兩站年平均流量的相關(guān)系數(shù)均較大，相關(guān)系數(shù)值均在0.85～1.0之間，呈較強(qiáng)相關(guān)。

4.利用Spass對(duì)三個(gè)站點(diǎn)年平均流量進(jìn)行逐步回歸分析

由上述相關(guān)性分析可知，相鄰兩站之間年平均流量線性相關(guān)顯著，因此選用線性模型進(jìn)行回歸分析，并設(shè)置回歸方程中包含常數(shù)項(xiàng)，然而得到的分析結(jié)果中關(guān)于常數(shù)項(xiàng)的 t 檢驗(yàn)均不具有真實(shí)的顯著性。

因此，設(shè)置回歸方程中不包含常數(shù)項(xiàng)。

4.1 花山站

不同自變量影響下的花山站年平均流量回歸的分析結(jié)果見表3。

表3 花山站年平均流量逐步回歸分析結(jié)果表

從表3可以看出，花山站年平均流量與嵊州站年平均流量的線性方程系數(shù)為1.058，花山站年平均流量與嵊州站年平均流量、花山站年平均降水量二者的線性方程系數(shù)分別為1.081和-0.024。

4.2 嵊州站

不同自變量影響下的嵊州站年平均流量回歸的分析結(jié)果見表4。

表4 嵊州站年平均流量逐步回歸分析結(jié)果表

表4可以看出，嵊州站年平均流量與花山站年平均流量的線性方程系數(shù)為0.942，嵊州站年平均流量在花山站年平均流量、黃澤站年平均流量二者共同作用下的方程系數(shù)分別為0.477和0.491。兩個(gè)模型中，T顯著性均小于0.5，兩個(gè)線性方程的系數(shù)都是顯著的，具有統(tǒng)計(jì)意義。

4.3 黃澤站

不同自變量影響下的黃澤站年平均流量回歸的分析結(jié)果見表5。

表5 嵊州站站年平均流量逐步回歸分析結(jié)果表

表5可以看出，黃澤站年平均流量在逐步回歸分析中僅于嵊州站年平均流量具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系，線性方程系數(shù)為1.003。

模型中，T顯著性均小于0.5，線性方程的系數(shù)是顯著的，具有統(tǒng)計(jì)意義。

5.結(jié)論

（1）嵊州站和黃澤站平均降水量與年平均流量之間的相關(guān)系數(shù)R均大于0.9，這兩個(gè)站點(diǎn)的回歸模型擬合較好，花山站相關(guān)系數(shù)R值為0.373，回歸模型擬合較差。其中，黃澤站年平均降雨量與年平均徑流量的線性方程系數(shù)為2.057：嵊州站年平均降雨量與年平均徑流量的線性方程系數(shù)為9.353。模型的T檢驗(yàn)的顯著水平均小于0.05，表明這兩個(gè)回歸方程的系數(shù)都是顯著的，具有統(tǒng)計(jì)意義。

（2）三個(gè)站點(diǎn)之間年平均流量相關(guān)分析結(jié)果顯示，無論是線性相關(guān)還是非參數(shù)式相關(guān)，相鄰兩站年平均流量的相關(guān)系數(shù)均較大，相關(guān)系數(shù)值均在0.85～1.0之間，呈較強(qiáng)相關(guān)。

（3）花山站、黃澤站及嵊州站逐步回歸分析模型的T顯著性均小于0.5，各個(gè)線性方程的系數(shù)都是顯著的，具有統(tǒng)計(jì)意義。