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葫芦河径流年际变化分析
(天水市水利水电勘测设计院甘肃天水741000)
摘要
径流的变化对整个水文系统的演化起主导作用,会对资源环境和区域经济产生重大影响,本文依据葫芦河下游秦安水文站实测月、年径流量资料,运用数理统计法对葫芦河径流的年际变化进行了分析计算,得出葫芦河近50a来的径流情势:年际变化总体呈现出先增大后减小的趋势,特别近几年,葫芦河进入相对枯水期,年径流变差系数和极值比较大,反映出葫芦河径流丰枯水年变化剧烈,流域调蓄能力不强;径流M-K趋势反映葫芦河径流总体呈现减小趋势,径流在1989年和2003年发生突变。
关键词
葫芦河,径流,年际变化,数理统计,Mann-kendall秩次检验法
序言
河川径流量是水循环的重要环节,会对资源环境和区域经济产生重大影响,近年来,由于人类活动频繁,各流域的河川径流量都出现了不同程度的增大和减小趋势。葫芦河是黄渭河上游较大的支流,为甘肃省中部静宁县、庄浪县、秦安县提供丰富的水资源,同时也是这一地区防洪减灾重要设防河流。因此有必要对葫芦河径流变化规律进行深入研究,以便深入了解葫芦河流域地表水资源的变化趋势,为水资源的合理开发利用、流域的生态安全和防洪减灾提供科学依据。
1研究区概况
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2研究内容及方法

本次研究以葫芦河下游秦安站1956-2006年实测径流资料为基础,对径流年际变化特点进行分析,揭示葫芦河流域径流系统的演化规律和趋势变化特点。

(一)距平法
距平是常用的表示径流偏离正常情况的统计量,即xi-。
(二)变差系数和年际极值比
变差系数是衡量系列相对离散程度的参数,变差系数大小反映河川径流在多年中的变化情况,计算式为:
(2-5)
其中:Ki为第i年的年径流变率,Ki=,n为资料年数。
(三)Mann-kendall秩次检验法
在M-K秩次检验中,原假设H0:时间序列数据(x1,x2,……xn)是n个独立同分布的随机变量样本;备择假设H1是双边检验;对于所有的k,j<n且k≠j,xk和xj的分布是不相同的,检验的统计变量S计算如下式:
S=(2-6)
其中,sign()为符号函数。当xj-xk小于、等于或大于零时sign(xj-xk)分别为-1、0或1。
S为正态分布,其均值为0,方差
s>0
s=0
s<0
(2-7)
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使用连续Mann-Kendall检验来清晰看到趋势随时间的变化过程。连续值U(t)为一标准化变量,具体计算如下
xi>xj
xi>xj
1≤j≤i
(2-12)
t=2,3,……,n
E(t)=t(t-1)/4
Var(st)=t(t-1)(2t+5)/72
t=1,2,…….,n
采用双边趋势检验,统计量U称为M-K秩次检验系数,在给定一显著性水平=5%,查正态分布表得到临界值=±。若,拒绝原假设,即表明原序列存在一个显著的增长或减少趋势。若,接受原假设,U服从标准正态分布,即序列无趋势变化。即所有U随时间变化曲线落在置信区间内,那么原序列不存在变化趋势,反之,原序列存在显著的变化趋势。
将原时间序列x按顺序排列,按以上公式计算得出U(t)为统计量UF;原时间序列x按逆序排列,再按上式计算得出的U(t)为统计量UB,将统计量曲线UF、UB和信度线(=±)绘制在同一张图上,如果UF值大于0,则表明原序列呈上升趋势,反之则呈下降趋势;当UF超过置信度线时,表明上升或下降趋势显著,超过置信度线的范围确定为出现突变的时间区域。
3成果分析
(一)径流的年际变化
河川径流是流域自然地理因素综合作用的产物,各河流径流量年际变化呈现不同的特点。根据葫芦河1956-2006年共51年年径流资料系列,计算径流距平,
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分析葫芦河径流多年变化特征。根据水文预报规范,径流丰枯情况的划分标准为:P<-20%为枯水;-20%≤P<-10%为偏枯;-10%≤P≤10%为平水;10%<P≤20%为偏丰;P>20%为丰水。
图3-1葫芦河径流距平图
从图3-1中看出:葫芦河径流年际波动较大,总体表现为先增大后减小的趋势,丰平枯水年交替出现,秦安站枯水年出现的次数最多,丰水年次之,平水年最少。50年代为葫芦河径流平水期,60年代至70年代为葫芦河丰水期,80年代至21世纪初为葫芦河连续枯水期。
(二)径流变差系数和年极值比
对水文现象来说,变差系数Cv,年反映河川径流在多年中的变化情况,Cv,年值越大,表明丰枯水年的年径流变化剧烈,容易引发干旱或洪涝灾害,对水资源的开发利用不利。年际径流极值比越大,反映径流年际变化幅度越大。
表3-4葫芦河流域年径流量特征值表
水文站
年径流量(亿m
流域面积(km2)
Cv,年
最大
最小
最大/最小
8
3)
年径流量(亿m
年份
年径流量(亿m
年份
3)
3)
秦安)

9805


1968

1997

从表3-4中可以看出,葫芦河Cv,,表明葫芦河径流年际变化剧烈,多年分配不均匀、不稳定,丰水年易发生洪水问题,枯水年易发生干旱问题。自1956年以来,葫芦河流域水量最丰沛的一年为1968年,1997年是葫芦河流域历史上最枯的一年,,表明该流域调蓄能力较弱,年际变化幅度大。
(三)径流M-K秩次检验
根据葫芦河秦安站1956-2006年实测径流资料系列,采用Mann-Kendall秩次检验法计算出时间序列的UF和UB值。图3-2为葫芦河年径流Mann-Kendall秩次检验方法统计变化图。图中水平直虚线为α=(±),虚线表示UF值,实线代表UB。
┄┄┈UF
UB
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图3-2葫芦河年径流M-K曲线图
从年径流M-K曲线图中可以看出:葫芦河流域51a径流量总体上有减小趋势。分阶段来看:1956-1989年UF曲线呈不规则的周期性波动变化,1972-1989年径流呈明显下降趋势,但介于α=,表明径流在α=,变化趋势不显著;1990-2002年径流下降趋势显著;1966-1970年、2003-2006年径流上升趋势显著,1989年和2003年UF和UB曲线相交,表明葫芦河径流发生突变。
5结语
葫芦河是甘肃省中部防洪减灾的重要的河流。本次研究从最基本的径流资料入手,通过对1956-2006年共51年水文实测资料的分析,对葫芦河径流年际变化情况及趋势进行系统的研究,得出结论:葫芦河流域丰枯水年径流变化剧烈,容易发生干旱和洪涝灾害,流域地区应该做好防灾减灾工作。
参考文献
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[6]徐东霞,[J].,23(7):48-51.
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作者简介:
田桂琴(-)甘肃天水市人,工程师,从事水利工程规划设计及造价分析工作。
联系电话:**********;邮箱:******@;通讯地址:天水市秦州区公园路61号;邮编:741000
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