王 莉

（陜西省江河水庫管理局 陜西 西安 710018）

1 引言

涇河是渭河的最大支流，干流全長455 km，流域面積4.54萬km2,在陜西省境內(nèi)長272.5km。陜西省境內(nèi)張家山站以上主要為黃土高原溝壑區(qū)和丘陵溝壑區(qū)，張家山以下為河川階地區(qū)。涇河是涇惠渠灌區(qū)的主要水源。分析涇河流域徑流量的變化趨勢(shì)，推求徑流量序列發(fā)生顯著突變的時(shí)間點(diǎn)，對(duì)于進(jìn)一步分析引起徑流量變化的原因，研究涇河徑流量的變化規(guī)律，優(yōu)化水資源的調(diào)度和綜合開發(fā)利用流域水資源的有著重要的意義。

2 數(shù)據(jù)及研究方法

2.1 資料數(shù)據(jù)

綜合考慮水文站點(diǎn)在流域內(nèi)的代表性以及資料的可靠性與完整性,本文選取涇河干流上的景村、張家山水文站進(jìn)行徑流變化趨勢(shì)分析。景村站是涇河入陜的重要的控制站,其集水面積為4.03萬km2,占全流域面積的88%。張家山水文站位于涇河干流的出口處，于1932年1月份設(shè)站，該站控制的流域面積達(dá)4.32萬km2,占整個(gè)流域面積的95%，是整個(gè)流域的控制站。

數(shù)據(jù)資料來自陜西省江河水庫管理局2011年5月刊印的《陜西省渭河流域防汛技術(shù)手冊(cè)》及歷年陜西省水資源公報(bào)，水文年鑒等資料。

2.2 研究方法

采用線性傾向法分析徑流量變化趨勢(shì)；采用有序聚類【1】、曼-肯德爾、滑動(dòng) t檢驗(yàn)【2】等方法計(jì)算分析張家站、景村站徑流量突變時(shí)間。有序聚類法是將整個(gè)序列看作一個(gè)整體，然后根據(jù)同類之間離差平方和最小,不同類之間離差平方和最大原則來推求序列的最優(yōu)分割點(diǎn)也就是突變點(diǎn)。曼-肯德爾法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)在于樣本不需要遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，計(jì)算簡便?；瑒?dòng)t檢驗(yàn)主要是通過考察兩組樣本平均值的差異是否顯著來檢驗(yàn)突變。

3 結(jié)果分析

3.1 徑流量年際變化

張家山站年均徑流量為13.9億m3，徑流量最大的年份是1964年，為38.82億m3；最少年份為 1972年，為 3.218億 m3，最大值得和和最小值相差35.6m3。景村站多年平均徑流量為13.9億m3，徑流量最大的年份是1964年，為38.22億m3；最少年份為200年，為6.59億m3。

圖1-a為張家山站徑流量變化趨勢(shì)圖。徑流量的年際變化總體上呈減少趨勢(shì)。大于平均值年數(shù)和小于平均值年數(shù)分別為1932年和1947年。徑流量的負(fù)距平值介于-10.7～-0.08之間，正距平值在0.17～24.9之間。最大年徑流量的為多年均徑流量的2.79倍，最大年值為最小年值的12倍。這些都表明張家山站徑流量年際變化大。圖1-b為張家山站徑流量距平百分率。徑流量距平百分率在-333.2～+64.1之間，進(jìn)一步表明反映了家山徑流量的年際變化差異較大，年際變化幅度大。張家山徑流量上世紀(jì)50年代以前、60年代大于多年平均值；50年代、80年代接近多年平均值；70年代、90年代至今低于多年平均值。

圖1 張家山站徑流量變化趨勢(shì)和距平百分率

圖2 景村站徑流量變化趨勢(shì)和距平百分率

圖2-a為景村站徑流量變化趨勢(shì)圖。景村站年均徑流量為14.73億m3，徑流量的年際變化總體上呈減少趨勢(shì)。1963年～2004年42年中，大于平均值年數(shù)和小于平均值年數(shù)分別為23年和19年。徑流量的負(fù)距平值介于-23.5～-8.13之間，正距平值在0.43～8.13之間。最大年徑流量的為多年均徑流量的2.60倍，最大年值為最小年值的5.8倍。圖2-b為景村站徑流量距平百分率，徑流量距平百分率在-159.5～+55.2之間。景村站徑流量上世紀(jì)60年代大于多年平均值；70年代接近多年平均值；80年代至今低于多年平均值。

3.2 徑流量的突變分析

圖3 張家山站徑流量的突變分析

圖4 景村站徑流量的突變分析

圖5 徑流量的突變分析

3.2.1 張家山站徑流量的突變分析

（1）有序聚類

張家山站徑流量的序列離差平方和曲線如圖3-a所示。由圖可知，張家山站徑流1932年～2010年的離差平方和曲線在1996和1970年出現(xiàn)極小值，突變點(diǎn)可能在1970年、1996年。

（2）曼肯德爾分析

圖3-b為張家山站徑流量曼肯德爾統(tǒng)計(jì)量曲線。上世紀(jì)30年代到本世紀(jì)，徑流量呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。特別上世紀(jì)90年代中期以來，減少更為明顯；2001年以來，這種減少的趨勢(shì)大大的超過了顯著性水平0.05的臨界線。這些表明張家山站徑流量近10多年減少的趨勢(shì)是是十分顯著的。在上世紀(jì)90年代，兩條曲線有一個(gè)交點(diǎn)。根據(jù)UF和UB這兩條曲線交點(diǎn)的位置，確定該徑流量減少這一突變現(xiàn)象，發(fā)生在從1996年左右。

（3）滑動(dòng) t檢驗(yàn)

張家山站徑流量的滑動(dòng)t統(tǒng)計(jì)量曲線如圖3-c所。圖中為張家山站徑流量的滑動(dòng)t統(tǒng)計(jì)量曲線。n=79,n1=n2=6,給定顯著性水平α=0.01,α=0.001，按照t的分布自由度，ν=10,t0.01=±3.17。從1932年以來，t的統(tǒng)計(jì)量有1次超過0.01顯著性水平，為1996年。說明張家山站徑流量自上世紀(jì)30代以來，出現(xiàn)了一次明顯的突變。

綜合分析：1932年～2010年張家山站徑流量序列存在一個(gè)變異點(diǎn)，在1996年左右。

3.2.2 景村站徑流量的突變分析

（1）有序聚類

景村站徑流量的序列離差平方和Sn（τ）曲線如圖4-a所示。由圖可知，景村站徑流1963年～2004年的離差平方和曲線在1970年出現(xiàn)極小值，突變點(diǎn)可能在1970年。

（2）曼肯德爾分析

圖4-b為景村站徑流量曼肯德爾統(tǒng)計(jì)量曲線。上世紀(jì)60年代到本世紀(jì)，徑流量呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。特別上世紀(jì)80年代中期以來，減少更為明顯。1985年以來，這種減少的趨勢(shì)的超過了顯著性水平0.05的臨界線；1993年以來甚至超過了顯著性水平0.01的臨臨界線，表明景村站站徑流量近多年減少。在80年代，兩條曲線有連個(gè)交點(diǎn)1882年和1984年。UF和UB曲線基本上都是在顯著性水平a=0.05的臨界線內(nèi)，UF和UB有幾個(gè)交點(diǎn)，在有交點(diǎn)的年份有波動(dòng)，但變化趨勢(shì)不顯著，不存在突變現(xiàn)象。

（3）滑動(dòng) t檢驗(yàn)

景村站徑流量的滑動(dòng)t統(tǒng)計(jì)量曲線如圖3-c所。圖中為景村站徑流量的滑動(dòng)t統(tǒng)計(jì)量曲線。n=42,n1=n2=6,給定顯著性水平α=0 11,α=0.01，按照t的分布自由度，ν=10,t0 1=±1.81，t0.01=±3.17。從 1963年以來，t的統(tǒng)計(jì)量有1次超過0.1顯著性水平，年份為1996年，但未超過0.1顯著性水平。

綜合分析：1963年～2004年景村站徑流量有減少的趨勢(shì)；變化趨勢(shì)不顯著，不存在突變現(xiàn)象。

3.3 年徑流量累積曲線分析

通過分析年徑流量累計(jì)曲線可以判斷年徑流量是否受到人類社會(huì)活動(dòng)影響，并定性判斷影響程度。對(duì)于正常的水文年份,如果不受外界干擾,盡管來水量有變化，徑流量累積點(diǎn)數(shù)據(jù)會(huì)有波動(dòng),但不會(huì)有偏離系統(tǒng)。反映徑流量累計(jì)曲線上，不會(huì)遠(yuǎn)離趨勢(shì)線。如果受到人類社會(huì)活動(dòng)的影響,數(shù)據(jù)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生偏離系統(tǒng)。

圖5-a為張家山水文站年徑流量累積曲線。累積曲線上的點(diǎn)在上世紀(jì)60年代中期前基本呈現(xiàn)直線；60年代中期到80年代中期累計(jì)曲線上的點(diǎn)有所偏離；2000年后，累積曲線上的點(diǎn)逐漸偏離,且偏離有增大趨勢(shì)。圖5-為景村水文站年徑流量累積曲線。累積曲線上點(diǎn)在上世紀(jì)90年代前圍繞趨勢(shì)線波動(dòng)；90年代中期后累計(jì)曲線上的點(diǎn)逐漸偏離趨勢(shì)線。這些說明在90年代以前涇河干流受人類活動(dòng)影響有限，而90年代中期以后涇河徑流量受人類活動(dòng)影響有加大的趨勢(shì)。

4 討論

涇河流域降雨量年際間波動(dòng)較大,每相隔10年降雨正負(fù)距平發(fā)生轉(zhuǎn)化,上世紀(jì)90年代至今降雨處于新的減少期[3]。張淑蘭等[4]分析認(rèn)為人類活動(dòng)是涇河上游徑流變化的最主要原因。張家山站近80年徑流序列總體來說呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，但2000年開始年徑流量有所上升[5]。

人類活動(dòng)對(duì)流域徑流的影響主要表現(xiàn)為流域內(nèi)大規(guī)模的水利工程、水土保持措施和工農(nóng)業(yè)用水的增加。國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展耗水量的明顯增加，水土保持用水量的增加，城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，水利工程建設(shè)等改變了天然徑流規(guī)律，使涇河徑流特征發(fā)生了變化，客觀上減少了徑流量。氣候變化和人類活動(dòng)共同導(dǎo)致涇河流域徑流減少。

5 結(jié)論

（1）涇河的年際變化總體上呈減少趨勢(shì)，徑流量年際變化幅度大。張家山年均徑流量為13.9億m3。景村站多年平均徑流量為 14.73億 m3。

（2）通過滑動(dòng)檢驗(yàn)，有序聚類分析，曼肯德爾法分析得到：1932年～2010年張家山站徑流量序列存在一個(gè)變異點(diǎn)，在1996年左右；1963年～2004年景村站徑流量有減少的趨勢(shì)；變化趨勢(shì)不顯著，不存在突變現(xiàn)象。

（3）涇河徑流量受氣候變化、人類活動(dòng)等多因素影響。如何識(shí)別不同因素對(duì)徑流變化的定量影響，需要進(jìn)一步深入研究。陜西水利

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