覃 姍，岳春芳，何 兵，李藝珍

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

1 研究背景

IPCC第五次最新評(píng)估報(bào)告指出，近百年(1880-2012)來，全球平均氣溫升高了0.85℃(0.65℃～1.06℃)，全球氣候快速變暖己經(jīng)成為一個(gè)不爭的事實(shí)[1]。河川徑流作為水文循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，主要受變化環(huán)境的影響，尤其對氣候變化的影響表現(xiàn)出明顯的脆弱性，特別是針對以融雪水為主要補(bǔ)給水源的西北干旱山區(qū)河流[2]。位于天山北麓中段的金溝河流域，是一條典型的以融雪水為主要補(bǔ)給水源的山區(qū)性河流，該流域地處天山北坡經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的核心地帶，是新疆開發(fā)較早的灌區(qū)之一[3]。近年來，由于環(huán)境變化(特別是氣候變化)的影響，金溝河流域徑流序列演變規(guī)律表現(xiàn)出不同程度的變異，如高溫?zé)崂?、極端水文事件的頻繁發(fā)生，不僅威脅該流域水安全而且制約著人類生存與發(fā)展。因此，研究變化環(huán)境下金溝河流域徑流序列演變規(guī)律與變異特征，對于該流域水資源適應(yīng)性開發(fā)利用、興利減災(zāi)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等具有重要意義。目前對于金溝河流域水文與氣象序列演變規(guī)律分析與變異特征的研究大多是采用簡單的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來分析其單一的徑流、氣象(氣溫、降水)要素序列的趨勢性、相關(guān)性以及變異性，而對于多要素組合的水文氣象要素關(guān)系變異情況及歸因分析研究相對較少，如董奎等[4]采用滑動(dòng)平均法分析了金溝河流域徑流、氣溫與降水的演變規(guī)律，結(jié)果表明近50年金溝河流域的徑流、氣溫與降水都呈現(xiàn)出增加的趨勢；韓舜濱[5]采用相關(guān)系數(shù)法分析金溝河流域水文氣象要素間相關(guān)性，結(jié)果表明近30年金溝河流域徑流與氣溫表現(xiàn)出正相關(guān)性。隨著變化環(huán)境下水文、氣象要素間關(guān)系的日益復(fù)雜，多要素組合的水文氣象序列聯(lián)合分析成為研究熱點(diǎn)[6-7]。相較于徑流、氣象單一要素序列的變化特征分析，多要素聯(lián)合序列分析能更好地揭示水文、氣象要素間的相關(guān)關(guān)系及變異情況，其中偏相關(guān)系數(shù)法較適宜于分析徑流與氣象要素間的相互關(guān)系及變異特征[8]，其優(yōu)點(diǎn)在于偏相關(guān)系數(shù)法充分考慮了徑流、降水、氣溫三者之間的相互影響，且能通過控制一個(gè)要素來較準(zhǔn)確的識(shí)別其他兩個(gè)要素間的相關(guān)關(guān)系?；诖?，本文選取內(nèi)陸干旱區(qū)金溝河流域?yàn)檠芯繉ο?，在采用累積距平法[9]、R/S分析法[10]、Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)法[11-12]和Pearson相關(guān)系數(shù)法[13]對該流域徑流、氣象要素序列變化特征及相關(guān)性分析基礎(chǔ)上，將偏相關(guān)系數(shù)法與數(shù)據(jù)滑動(dòng)技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行水文氣象要素序列的變異診斷，并采用雙累積曲線法[14]對診斷結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，最后進(jìn)行歸因分析。不僅可為徑流序列變異診斷提供一種新的思路，并且對于揭示變化環(huán)境下水文序列的非一致性變異規(guī)律及金溝河流域水資源的合理開發(fā)利用具有重要的實(shí)際意義。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

金溝河流域地處天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，位于新疆維吾爾自治區(qū)中西部沙灣縣境內(nèi)，東與寧家河為鄰，西與八音溝河為伴，南界天山分水嶺，北到西岸大渠，是瑪納斯河流域的一級(jí)支流，流域全長約124 km，總面積2 626 km2，其中山區(qū)面積(以800 m等高線為界)1 691 km2，平原區(qū)面積935 km2，流域介于東經(jīng)85°03′～85°44′、北緯43°30′～44°50′，該流域發(fā)源于依連哈比爾尕山北側(cè)科爾達(dá)河源頭的31號(hào)冰川，河流水系發(fā)育呈樹狀水系，源頭支流有包爾闊臘、阿克達(dá)斯、阿爾恰特、達(dá)奴溝等，金溝河流域概況如圖1所示。金溝河源頭共有冰川210條，流域多年平均冰川融水量1.232×108m3，約占金溝河流域地表總徑流的34%，是該流域的主要補(bǔ)給水源。金溝河屬于山溪性多泥沙的內(nèi)陸河，流域年徑流總量約為3.83×108m3，徑流年際變化較平穩(wěn)，年內(nèi)變化差異較大，其中6-8月的徑流量占年徑流量的69.7%，多年平均降水量約為389.4 mm，多年平均氣溫約為5.6℃，平均徑流深約為228 mm[3]。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文選取金溝河流域八家戶水文站1964-2016年實(shí)測月徑流資料，八家戶水文站位于金溝河流域中游，海拔1 208 m，東經(jīng)85°25′，北緯43°57′，八家戶水文站具體位置如圖1所示。為了更真實(shí)地反映流域內(nèi)的氣候情況，同步氣象資料采用金溝河流域周邊4個(gè)不同海拔高度的氣象站(沙灣、烏蘇、炮臺(tái)、烏蘭烏蘇)加權(quán)平均而來，徑流資料來源于新疆石河子水文水資源勘測局，氣象資料來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)。

圖1 金溝河流域概況圖

2.3 研究方法

采用累積距平法、Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)法、R/S法分別對金溝河流域八家戶水文站1964-2016年年徑流、年均氣溫、年均降水的階段性、趨勢性及其顯著程度進(jìn)行分析；采用Pearson相關(guān)系數(shù)法分析徑流與氣溫、降水的相關(guān)性，以識(shí)別影響徑流的主要因素；將偏相關(guān)系數(shù)法與數(shù)據(jù)滑動(dòng)窗口技術(shù)相結(jié)合引入到徑流與氣象要素關(guān)系變異診斷中，進(jìn)行該研究區(qū)徑流-氣象要素內(nèi)在關(guān)系變異診斷，并采用雙累積曲線法對其診斷結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，最后進(jìn)行歸因分析。

2.3.1 累積距平法 累積距平法是一種常見的、通過曲線來直接判斷序列變化趨勢的方法。對于序列x，任意時(shí)刻t的累積距平表示如下：

(1)

累積距平曲線呈上升趨勢，表示距平值增加，呈下降趨勢則表示距平值減小。從曲線明顯的上下起伏，可以判斷序列的變化趨勢及演變規(guī)律。

2.3.2 Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法 M-K秩次相關(guān)檢驗(yàn)法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法，常用來檢驗(yàn)水文、氣象等序列的變化趨勢及顯著性，其計(jì)算公式為：

(2)

式中：U為Kendall秩次相關(guān)系數(shù);τ為Kendall統(tǒng)計(jì)量;k為系列中所有的對偶觀測值;n為序列長度;Var(τ)為系列樣本方差。當(dāng)U>0時(shí)，序列呈上升趨勢；當(dāng)U<0時(shí)，序列呈下降趨勢。當(dāng)U的值超過某一給定顯著水平下的臨界值時(shí)，說明序列變化趨勢顯著，且U的絕對值越大，序列變化趨勢越顯著。

2.3.3R/S分析法R/S分析法是一種用來分析時(shí)間序列的分形特征和長期記憶過程的方法，最初是由英國水文學(xué)家赫斯特在研究尼羅河水壩工程提出的方法，現(xiàn)在也常被用在時(shí)間序列的分析中。其基本原理和方法如下：

對于一個(gè)時(shí)間序列{T(t)}，t=1，2，3，…，對于任意的正整數(shù)τ≥1，定義均值序列：

(3)

用X(t,τ)表示累積離差：

(4)

極差R定義為：

τ=1,2,…,n

(5)

標(biāo)準(zhǔn)差S定義為：

τ=1,2,…,n

(6)

將該時(shí)間序列的極差與標(biāo)準(zhǔn)差的比值與冪指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合，即：

R(τ)/S(τ)=(bτ)H

(7)

式中：b為常數(shù);H為赫斯特指數(shù)。

利用Hurst指數(shù)H可以判斷時(shí)間序列變化趨勢的持續(xù)性，當(dāng)0.5

2.3.4 基于滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)的徑流-氣象要素關(guān)系變異診斷 河川徑流作為水文循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分對氣候變化十分敏感，對于有永久性冰川、積雪分布的金溝河流域來說，其徑流對氣候變化(尤其是氣溫變化)的響應(yīng)是一個(gè)更為復(fù)雜的過程，而徑流與氣象要素(氣溫、降水)的演變過程是相互影響的，在分析徑流與氣象要素聯(lián)合序列(徑流-氣溫或徑流-降水)關(guān)系變異情況時(shí)，若只簡單計(jì)算徑流與某一氣象要素間的相關(guān)系數(shù)，并不能夠準(zhǔn)確反映兩要素間的變異情況，還需要考慮各氣象要素間的相互影響[15]。因此，本文采用偏相關(guān)系數(shù)法計(jì)算徑流與氣象要素構(gòu)成的聯(lián)合序列的凈偏相關(guān)程度，以此反映兩者之間的相互關(guān)系；同時(shí)，為診斷徑流-氣溫聯(lián)合序列內(nèi)在關(guān)系變異情況，本文在參考郭愛軍等[15]、林學(xué)椿[16]相關(guān)研究基礎(chǔ)上，將偏相關(guān)系數(shù)法與數(shù)據(jù)滑動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，采用滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)法對徑流-氣溫聯(lián)合序列進(jìn)行變異診斷。具體計(jì)算公式如下：

(8)

式中：rt(t0)為徑流-氣溫的滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)序列;rR,T(t0)為徑流-氣溫滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)序列;rR,P(t0)為徑流-降水滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)序列;rP,T(t0)為氣溫-降水滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)序列。其中rR,T(t0)計(jì)算公為：

(9)

(10)

(11)

式中:R(t)為徑流序列；T(t)為氣溫序列。其中rR,P(t0)和rP,T(t0)計(jì)算過程與rR,T(t0)計(jì)算過程類同；W為滑動(dòng)窗口大小，則滑動(dòng)相關(guān)值從窗口的第W+1年記起。

最后，為驗(yàn)證該診斷方法對徑流-氣溫聯(lián)合序列關(guān)系變異診斷的準(zhǔn)確性，采用雙累積曲線法對其結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，以提高診斷結(jié)果的準(zhǔn)確度。

滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)法的具體計(jì)算步驟如下：

(1)確定滑動(dòng)步長L并選取不同的滑動(dòng)窗口W，其中兩聯(lián)合序列(如徑流-氣溫序列)滑動(dòng)窗口長度需保持一致，且滑動(dòng)過程中也需保持一致；

(2)根據(jù)公式(9)～(11)，從兩聯(lián)合序列的第一個(gè)數(shù)據(jù)開始以同一滑動(dòng)步長L移動(dòng)窗口W，直至數(shù)據(jù)序列結(jié)束，以此計(jì)算不同滑動(dòng)窗口下徑流-氣溫滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)序列rR,T(t0)；

(3)參考計(jì)算步驟(1)～(2)，再分別計(jì)算出rR,P(t0)與rP,T(t0)，然后根據(jù)公式(8)計(jì)算出徑流-氣溫的滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)序列rt(t0)并作圖；

(4)根據(jù)步驟(3)所得徑流-氣溫滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)圖，判斷兩聯(lián)合序列關(guān)系變異情況，以此找出關(guān)系變異點(diǎn)，同時(shí)為保證所得變異點(diǎn)的準(zhǔn)確性，采用雙累積曲線法進(jìn)行對比驗(yàn)證。

3 結(jié)果與分析

3.1 金溝河水文氣象要素特征分析

3.1.1 降水要素序列趨勢變化特征 金溝河流域八家戶水文站1964-2016年長系列降水量變化和累積距平變化過程線見圖2。從圖2中可以看出，1964-2016年金溝河流域降水整體呈上升趨勢，其年際間變化率為10.46 mm/10a；由降水?dāng)?shù)據(jù)序列可以得出，多年平均降水量為387.3 mm，最大年降水量發(fā)生在1987年，為538.6 mm，最小年降水量發(fā)生在1978年，為293.8mm。從降水累積距平圖可以看出，金溝河流域1964-2016年降水量序列呈現(xiàn)明顯的階段性變化特征，即1964-1997年金溝河流域降水量整體呈現(xiàn)出下降趨勢，其中，1964-1982年為明顯下降階段，說明此階段多雨期少于少雨期；1982-1997為波動(dòng)頻繁階段，說明此階段為降水平穩(wěn)期。1997-2016年金溝河流域降水量呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，說明此階段金溝河流域多雨期多于少雨期。運(yùn)用Mann-Kendall非參數(shù)趨勢檢驗(yàn)法對年降水序列進(jìn)行檢驗(yàn)(見表1)，年降水量的統(tǒng)計(jì)量U=2.13>Uα/2=1.96>0，滿足α=0.05顯著性水平要求，說明金溝河流域年降水量增加趨勢顯著。依據(jù)R/S法分析得出(見表1)，1964-2016年降水長系列Hurst指數(shù)H=0.54>0.5，指示年降水序列呈現(xiàn)出微弱的正持續(xù)性，說明未來一段時(shí)間年降水量將繼續(xù)保持上升趨勢。

圖2 八家戶水文站年降水及累積距平變化過程線

表1 八家戶水文站水文氣象要素序列變化趨勢表

3.1.2 氣溫要素序列趨勢變化特征 金溝河流域八家戶水文站1964-2016年長系列氣溫變化和累積距平變化過程線見圖3。從圖3中可以看出，1964-2016年金溝河流域年均氣溫整體呈現(xiàn)明顯上升趨勢，其年際間變化率為0.27℃/10a；由年均氣溫?cái)?shù)據(jù)序列可得出，多年平均氣溫為5.6℃，年均氣溫最高發(fā)生在2015年，為6.93℃，年均氣溫最低發(fā)生在1984年，為4.11℃。從年均氣溫累積距平圖可以看出，金溝河流域1964-2016年年均氣溫序列表現(xiàn)出明顯的階段性波動(dòng)變化特征，其中1964-1996年呈現(xiàn)出明顯的波動(dòng)下降趨勢，說明在此期間高溫期明顯少于低溫期；1996年之后年份里為明顯的上升階段，說明在此期間高溫期明顯多于低溫期。運(yùn)用非參數(shù)趨勢檢驗(yàn)法對年均氣溫序列進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)(見表1)，年均氣溫的統(tǒng)計(jì)量U=4.33>Uα/2=2.56>0，滿足α=0.001顯著水平要求，說明金溝河流域年均氣溫增加趨勢極顯著。依據(jù)R/S法分析得出(見表1)，1964-2016年年均氣溫長系列Hurst指數(shù)H=0.78>0.5，指示年均氣溫序列呈現(xiàn)出正持續(xù)性，說明在未來氣溫將呈現(xiàn)出明顯的持續(xù)增加趨勢。

圖3 八家戶水文站年均氣溫及累積距平變化過程線

3.1.3 徑流要素序列趨勢變化特征 金溝河流域八家戶水文站1964-2016年長系列徑流量變化和累積距平變化過程線見圖4，從圖4中可以看出，1964-2016年金溝河流域年徑流整體呈極其微弱的上升趨勢，其年際間變化率為0.036×108m3/10a；由徑流數(shù)據(jù)序列可得出，多年平均徑流量為3.19×108m3，最大年徑流量發(fā)生在1999年，為4.41×108m3，最小年徑流量發(fā)生在1992年，為2.44×108m3。從年徑流量累積距平過程線可以看出，金溝河流域1964-2016年年徑流序列整呈現(xiàn)出明顯的非線性波動(dòng)變化特征，其中，1964-1994年年徑流量整體呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)下降趨勢，說明該時(shí)間段內(nèi)，年徑流量豐水期少于枯水期；1994-2002年年徑流呈現(xiàn)出明顯的近似線性增長趨勢，說明該時(shí)間段內(nèi)，豐水期多于枯水期；2002-2016年，年徑流處于頻繁的波動(dòng)階段，說明該時(shí)間段內(nèi)，年徑流處于頻繁豐枯交替階段。運(yùn)用Mann-Kendall非參數(shù)趨勢檢驗(yàn)法對徑流序列進(jìn)行趨勢檢驗(yàn)(見表1)，年徑流統(tǒng)計(jì)量U=1.00，不滿足α=0.05顯著水平，說明金溝河流域的年徑流量增加趨勢不顯著；采用R/S法分析年徑流的持續(xù)特征(見表1)，結(jié)果表明年徑流的Hurst指數(shù)為H=0.68>0.5，徑流序列呈現(xiàn)出正持續(xù)性，未來一段時(shí)間內(nèi)年徑流量將繼續(xù)保持上升趨勢。

圖4 八家戶水文站年徑流量及累積距平變化過程線

3.2 金溝河水文氣象要素序列變化相關(guān)性分析

運(yùn)用Pearson相關(guān)分析法對金溝河流域水文氣象要素進(jìn)行相關(guān)性分析，計(jì)算八家戶水文站年徑流序列與降水、氣溫序列的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表2。通過表2可以看出，年徑流與年均氣溫、春季平均氣溫、夏季平均氣溫、秋季平均氣溫、冬季平均氣溫都表現(xiàn)為正相關(guān)性，其中與年均氣溫的相關(guān)性最大為0.62，并且通過了α=0.001的顯著水平檢驗(yàn)；年徑流量與春季降水、夏季降水、秋季降水、冬季降水都呈現(xiàn)出正相關(guān)性，而與當(dāng)年7月降水呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性，原因主要?dú)w結(jié)于金溝河流域發(fā)源于永久性冰川，流域內(nèi)的徑流補(bǔ)給主要來源于冰川融水與季節(jié)性積雪消融，相對于降水，氣溫為影響徑流變化的主要因子；氣溫與降水的相關(guān)分析結(jié)果顯示，金溝河流域7月平均氣溫與7月降水量的相關(guān)系數(shù)為-0.47，并且通過了α=0.001的顯著水平檢驗(yàn)，7月平均氣溫與7月降水呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)性，金溝河流域多年7月降水量占全年的14%，并且以0.9mm/10a的趨勢增加，降水量增加，而氣溫降低，從而減少了冰川融水與季節(jié)性積雪對徑流的補(bǔ)給，導(dǎo)致徑流減少，所以年徑流與7月降水呈現(xiàn)出微弱的負(fù)相關(guān)性。綜上所述，年均氣溫是影響金溝河徑流量最主要的因子，降水為次要影響因子，本文結(jié)果與董奎[17]對金溝河流域徑流變化影響因素的研究中所得結(jié)論一致。

表2 八家戶水文站年徑流與降水、氣溫的相關(guān)系數(shù)

注：R**表示在0.001水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，R*為表示是在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3.3 金溝河徑流-氣溫關(guān)系變異診斷分析

依據(jù)徑流與氣象要素(降水、氣溫)Pearson相關(guān)分析結(jié)果可知，徑流與氣溫關(guān)聯(lián)性較好。因此，本文選取金溝河流域八家戶水文站1964-2016年共計(jì)53 a的逐月徑流和氣溫時(shí)間序列并輔以同時(shí)段降水時(shí)間序列(序列長度均為636)資料，利用上文提出的滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)法診斷金溝河流域徑流-氣溫關(guān)系變異情況?？紤]到滑動(dòng)窗口選取的太大會(huì)導(dǎo)致變異點(diǎn)遺漏，選取的太小會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)的極值點(diǎn)過多，本文選取滑動(dòng)步長L=1a(12個(gè)月)，滑動(dòng)窗口分別為W=1a(12個(gè)月)，W=2a(24個(gè)月)，W=3a(36個(gè)月)，W=4a(48個(gè)月)4種情況來檢測檢測變異點(diǎn)，結(jié)果見圖5。從圖5中可看出金溝河流域徑流-氣溫關(guān)系呈現(xiàn)出兩個(gè)變化階段，其中1964-1985年徑流-氣溫滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)出波動(dòng)下降趨勢，1985-2016年徑流-氣溫滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)出波動(dòng)上升趨勢，由此初步判斷，金溝河流域徑流-氣溫聯(lián)合序列在1964-2016年發(fā)生了一次變異，變異年份為1985年。

圖5 1964-2016年八家戶水文站不同滑動(dòng)窗口下徑流-氣溫偏相關(guān)系數(shù)圖

圖6 八家戶水文站徑流-氣溫聯(lián)合序列雙累積曲線圖

為了進(jìn)一步驗(yàn)證金溝河流域徑流-氣溫聯(lián)合序列關(guān)系變異情況，采用雙累積曲線法對徑流-氣溫關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步分析，結(jié)果見圖6。從圖6可以看出，金溝河流域徑流-氣溫雙累積曲線圖在1985年發(fā)生了偏折，1986-2016年直線斜率較1964-1985年發(fā)生向下偏離，徑流與氣溫之間的相關(guān)關(guān)系降低，說明徑流量受氣溫變化的影響越來越小，徑流在受氣溫變化影響的同時(shí)也開始受到人類活動(dòng)的影響，因此，金溝河流域徑流-氣溫聯(lián)合序列關(guān)系在1985年發(fā)生變異。歸因分析如下：(1)金溝河流域徑流主要來源于永久性冰川、積雪融水；根據(jù)上文對徑流、氣溫、降水變化特征分析(圖2-4累積距平過程線)可知徑流與氣溫兩要素序列整體變化趨勢較為一致。(2)根據(jù)相關(guān)研究表明，金溝河流域于1985年后共新建3座水電站[18]，改變了原下墊面狀況，使得該流域產(chǎn)匯流能力下降及河道上下游徑流間的自然相關(guān)關(guān)系受到破壞，進(jìn)而對徑流過程產(chǎn)生影響；同時(shí)由于金溝河流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉面積和用水量的不斷增加[19]，也使得流域內(nèi)徑流演變規(guī)律發(fā)生變化。

通過對比滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)法、雙累積曲線法以及金溝河流域人類活動(dòng)強(qiáng)度變化情況，結(jié)果表明流域內(nèi)徑流-氣溫關(guān)系于1985年發(fā)生變異，在一定程度上也說明了滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)法對徑流-氣溫關(guān)系變異診斷的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

根據(jù)金溝河流域1964-2016年實(shí)測月徑流、氣溫、徑流資料，采用累積距平法、Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)法、R/S法對金溝河流域水文、氣象要素演變規(guī)律進(jìn)行研究，在應(yīng)用Pearson相關(guān)系數(shù)法分析水文、氣象要素相關(guān)性的基礎(chǔ)上，通過滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)法診斷徑流-氣溫關(guān)系的變異情況，并利用雙累積曲線法對診斷結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。主要結(jié)論如下：

(1)采用累積距平法、Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)法、R/S法對金溝河流域徑流、氣溫、降水演變規(guī)律進(jìn)行分析，結(jié)果表明金溝河流域近50 a徑流、氣溫、降水都呈現(xiàn)出增加趨勢，其中降水(U=2.13>Uα/2=1.96>0)與氣溫(U=4.33>Uα/2=2.56>0)增加趨勢顯著；在未來一段時(shí)間內(nèi)徑流(H=0.68>0.5)、氣溫(H=0.78>0.5)、降水(H=0.54>0.5)都將繼續(xù)保持上升的趨勢。

(2)采用Pearson相關(guān)系數(shù)法分析金溝河流域徑流與氣溫和降水之間的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果表明氣溫為影響金溝河流域徑流變化的主要因子。

(3)采用偏相關(guān)系數(shù)與數(shù)據(jù)滑動(dòng)窗口技術(shù)相結(jié)合的滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)法分析徑流-氣溫關(guān)系變異情況，結(jié)果表明金溝河流域徑流-氣溫關(guān)系發(fā)生了變異，變異點(diǎn)為1985年，雙累積曲線法驗(yàn)證結(jié)果與滑動(dòng)偏相關(guān)系數(shù)法一致。歸因分析表明，該變異主要是由于1985年后金溝河流域上共新建3座水電站、同時(shí)金溝河流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉面積和用水量的不斷增加等人為活動(dòng)的加劇造成的。