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        若爾蓋濕地年徑流序列趨勢(shì)識(shí)別研究

        2014-02-22 07:35:59李金晶任小鳳董瑩瑩
        關(guān)鍵詞:秩次若爾蓋白河

        李金晶 任小鳳 董瑩瑩

        (河南黃河水文勘測(cè)設(shè)計(jì)院 河南鄭州 450004)

        若爾蓋濕地年徑流序列趨勢(shì)識(shí)別研究

        李金晶 任小鳳 董瑩瑩

        (河南黃河水文勘測(cè)設(shè)計(jì)院 河南鄭州 450004)

        若爾蓋濕地是黃河上游重要水源涵養(yǎng)地,由于沙化、退化等一系列生態(tài)問(wèn)題對(duì)濕地水源涵養(yǎng)能力產(chǎn)生了嚴(yán)重破壞。本文采用Mann-Kendall檢驗(yàn)法、Spearman秩次相關(guān)檢驗(yàn)法和線形趨勢(shì)回歸檢驗(yàn)法對(duì)若爾蓋濕地黑河和白河流域進(jìn)行趨勢(shì)識(shí)別研究,利用大水和唐克年徑流資料進(jìn)行分析,結(jié)果表明若爾蓋濕地的年徑流存在較強(qiáng)的減小趨勢(shì)。

        若爾蓋 年徑流 趨勢(shì)識(shí)別 趨勢(shì)檢驗(yàn)法

        1 引言

        若爾蓋濕地地處四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣境內(nèi),屬于國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),進(jìn)入國(guó)際重要濕地名錄,在自然流域上處于黃河與長(zhǎng)江水系的分水嶺地帶,是兩大水系的重要水源涵養(yǎng)地區(qū)和大氣碳匯之地。若爾蓋濕地同時(shí)也是我國(guó)殘存面積最大的高原泥炭沼澤,其中泥炭沼澤、苔草沼澤、濕草甸及河漫灘、淺水湖泊等相間分布,對(duì)黃河上游具有很好的水源調(diào)節(jié)作用。然而,近年來(lái)若爾蓋濕地出現(xiàn)退化、沙化等一系列生態(tài)問(wèn)題,對(duì)于濕地的水源涵養(yǎng)功能產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞,同時(shí)也引起廣泛的關(guān)注。

        水文時(shí)間序列的趨勢(shì)識(shí)別是分析水文要素變化趨勢(shì)的重要方法,常用的方法有參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法和非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法。兩類(lèi)方法均有優(yōu)缺點(diǎn),參數(shù)檢驗(yàn)方法更為有效,但同時(shí)要求數(shù)據(jù)獨(dú)立且服從正態(tài)分布,而非參數(shù)檢驗(yàn)方法只是要求數(shù)據(jù)獨(dú)立,且不受少數(shù)異常點(diǎn)的干擾,目前,非參數(shù)檢驗(yàn)法在水文序列分析中應(yīng)用較為廣泛。

        水文時(shí)間序列的趨勢(shì)識(shí)別的非參數(shù)檢驗(yàn)方法主要有Mann-Kendall法和Spearman秩次相關(guān)檢驗(yàn)法。近年來(lái),應(yīng)用Mann-Kendall法、Spearman秩次相關(guān)檢驗(yàn)法以及線形趨勢(shì)回歸檢驗(yàn)法分析水文序列的長(zhǎng)期變化的研究很多。本文將應(yīng)用以上三種方法對(duì)若爾蓋濕地黑河和白河流域年徑流序列進(jìn)行趨勢(shì)分析。

        2 趨勢(shì)檢驗(yàn)方法

        2.1 Mann-Kendall法

        Mann-Kendall法最初由曼(H. B. Mann)和肯德?tīng)枺∕. G. Kendall)提出了原理并發(fā)展而來(lái)的方法。在水文序列趨勢(shì)分析中,該方法將觀測(cè)值序列的秩次和時(shí)間的秩進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)。方法假設(shè)時(shí)間序列為n的樣本(x1,x2,…,xn)服從獨(dú)立同分布,構(gòu)造統(tǒng)計(jì)變量為:

        其中

        式中:Ri和Rj分別為xi和xj的秩次;當(dāng)xi>xj時(shí),aij=-1,當(dāng)xi=xj時(shí),aij=0,當(dāng)xi

        構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)變量Z,當(dāng)S>0時(shí),

        2.2 Spearman秩次相關(guān)檢驗(yàn)法

        Sperarman秩次相關(guān)檢驗(yàn)法是通過(guò)分析水文序列與其時(shí)序的相關(guān)性來(lái)檢驗(yàn)水文序列是否具有趨勢(shì)性,即對(duì)序列x1,x2,…,xn,分析序列xt與時(shí)序t(t=1,2,…,n)的相關(guān)關(guān)系。則秩次相關(guān)系數(shù)r為:

        式中,n為序列長(zhǎng)度;dt=Mi-Ti,其中Mi為序列從大到小排列對(duì)應(yīng)的序號(hào),Ti為時(shí)間序列的秩次。如果r越小,即序列的秩次與時(shí)序越相近,趨勢(shì)則越顯著。序列是否顯著可采用t檢驗(yàn)法,構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量T為:

        統(tǒng)計(jì)量T服從自由度為n-2的t分布,選擇顯著水平α=5%,當(dāng)時(shí),拒絕原假設(shè),認(rèn)為序列隨時(shí)間存在相依關(guān)系,趨勢(shì)成分明顯;反之,則認(rèn)為序列無(wú)明顯趨勢(shì)。

        2.3線形趨勢(shì)回歸檢驗(yàn)法

        線形趨勢(shì)回歸檢驗(yàn)法是根據(jù)線形回歸方法構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量,利用t檢驗(yàn)對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)。對(duì)序列x1,x2,…,xn線形趨勢(shì)成分xt用下述數(shù)學(xué)模型來(lái)描述:

        式中,a,b為回歸系數(shù);εt為殘差項(xiàng),假設(shè)其是平穩(wěn)、獨(dú)立的正態(tài)分布。a,b的估計(jì)式為:

        則殘差εt平方和為:

        那么,構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量d=b/Sb,其中的方差,則Sb為:

        統(tǒng)計(jì)量d服從自由度為n-2的t分布,選擇顯著水平α=5%,當(dāng)時(shí),拒絕原假設(shè),認(rèn)為序列隨時(shí)間存在相依關(guān)系,趨勢(shì)成分明顯;反之,則認(rèn)為序列無(wú)明顯趨勢(shì)。

        3 濕地年徑流趨勢(shì)分析

        若爾蓋濕地地處四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣境內(nèi)(圖1),濕地內(nèi)發(fā)育河流有黑河、白河和沃木曲河組成。黑河發(fā)源于紅原縣的哲波波亞山,縣南噶利坪,由南入若爾蓋縣,經(jīng)過(guò)若爾蓋縣腹部地區(qū),在其西北角縣域與瑪曲縣交界處注入黃河,干流全場(chǎng)456km,流域面積7608km2;白河發(fā)源于紅原縣境內(nèi)嘎哇達(dá)則,流經(jīng)若爾蓋縣西南部,在唐克注入黃河,干流全長(zhǎng)270km,流域面積5488km2。

        圖1 若爾蓋濕地范圍示意圖

        黑河流域出口處設(shè)有大水水文站,自1984年開(kāi)始監(jiān)測(cè);白河流域出口處設(shè)有唐克水文站,1978年開(kāi)始監(jiān)測(cè)。本文分析若爾蓋濕地主要河流年徑流變化趨勢(shì)基于以上兩個(gè)水文站監(jiān)測(cè)資料,其水文序列長(zhǎng)度分別為:大水:1984-2012年;唐克:1981-2012年。應(yīng)用上述三種方法對(duì)大水和唐克水文站年徑流序列進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表1。

        取α=0.05為顯著水平,Mann-Kendall檢驗(yàn)中Z1-α/2=0.8353,即,拒絕原假設(shè),年徑流序列呈明顯的減小趨勢(shì);Spearman相關(guān)檢

        驗(yàn),線形趨勢(shì)回歸檢驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果一致同Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果一致,若爾蓋濕地黑河和白河流域年徑流量呈減小趨勢(shì)。

        表1 若爾蓋地區(qū)年徑流趨勢(shì)不同方法識(shí)別結(jié)果的比較

        4 結(jié)論

        本研究采用Mann-Kendall檢驗(yàn)法、Spearman相關(guān)檢驗(yàn)法和線形趨勢(shì)回歸檢驗(yàn)法對(duì)若爾蓋濕地黑河和白河流域年徑流進(jìn)行趨勢(shì)識(shí)別研究。研究表明流域年徑流呈較強(qiáng)的減小趨勢(shì),黑河流域減小趨勢(shì)較白河流域強(qiáng),表明黑河流域比白河流域受到的破壞更為嚴(yán)重,生態(tài)問(wèn)題更為嚴(yán)峻,對(duì)比近年來(lái)若爾蓋濕地退化現(xiàn)象,結(jié)果符合當(dāng)前變化趨勢(shì)。

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        10.3969/j.issn.1672-2469.2014.07.016

        TV121

        B

        1672-2469(2014)07-0050-03

        李金晶(1981年—),男,工程師。

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