魏 煒，李程程，莫崇勛

（1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530023；2.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，南寧 530004）

[關(guān)鍵字] 徑流量；演變特征；小波分析；Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法

0 引言

近年來(lái)，黨中央國(guó)務(wù)院高度重視中小河流治理，2015年11月29日起實(shí)施的《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的決定》（中發(fā)[2015]34號(hào)）明確提出要“加大對(duì)貧困地區(qū)抗旱水源建設(shè)、中小河流治理、水土流失綜合治理力度”。目前絕大多數(shù)的沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村屯和農(nóng)田都沒(méi)有設(shè)防，只有通過(guò)河岸階梯抵御洪水，防洪標(biāo)準(zhǔn)很低，中小河流洪水災(zāi)害造成的損失已經(jīng)成為廣西洪澇災(zāi)害的主體[1]。因此，針對(duì)中小河流的徑流量變化規(guī)律進(jìn)行研究，就顯得十分的必要。鑒于此，本文選擇位于廣西中小河流九曲河上的綠蘭水文站近35 a的徑流量演變特征進(jìn)行分析，為中小河流的治理及水資源的利用提供科學(xué)的參考。

1 研究概況及數(shù)據(jù)處理

綠蘭水文站位于廣西河池東蘭縣，是我國(guó)基本水文控制站，站號(hào)為B0406000，該水文站于1980年設(shè)立于中小河流九曲河（又名曲江）上，控制集水面積205.2 km3。綠蘭水文站上游河段有于1969年建成巴康水庫(kù)，該水庫(kù)的總庫(kù)容為24.6萬(wàn)m3，有效庫(kù)容為9.9萬(wàn)m3，水庫(kù)集雨面積1.58 km2，僅為綠蘭水文站集雨面積的0.77%。

九曲河是珠江水系西江紅水河段支流。有兩源，南源出廣西壯族自治區(qū)東蘭縣新煙溶洞，經(jīng)巴拉、倫界至綠蘭林場(chǎng)場(chǎng)部；西源自達(dá)文溶洞東流至綠蘭林場(chǎng)。向東流至東蘭縣縣城有委榮溪注入，穿過(guò)縣城中心至安簍匯入紅水河，全長(zhǎng)29 km，流域面積為335.8 km2，是廣西典型的中小河流。

本次研究收集到了綠蘭水文站1982-2016年共計(jì)35 a逐日平均徑流量，通過(guò)算術(shù)平均值計(jì)算得到歷年年均徑流量，作為研究分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 研究思路與方法

為了更好地研究綠蘭水文站近35 a徑流量的變化特點(diǎn)，擬從徑流量變化的趨勢(shì)性、突變性和周期性3個(gè)角度進(jìn)行分析。采用的方法分別如下：

（1）線性趨勢(shì)法。利用線性趨勢(shì)法[2]對(duì)綠蘭水文站近35 a徑流量整體變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。

（2）Mann-Kendall檢驗(yàn)法。此方法在檢驗(yàn)水文時(shí)間序列突變性領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[3～5]，本次研究通過(guò)Mann-Kendall檢驗(yàn)法對(duì)綠蘭水文站近35 a的徑流量突變性進(jìn)行分析。

（3）Morlet小波分析法。由于Morlet復(fù)小波變換能夠同時(shí)求出徑流量隨時(shí)間序列變化的相位和振幅，通過(guò)相位可以求出水文參數(shù)在時(shí)間尺度上的變化周期，利用小波系數(shù)方差可以表達(dá)周期震蕩的強(qiáng)弱程度。本次研究通過(guò)Morlet小波分析法[6]對(duì)綠蘭水文站近35 a的徑流量周期性進(jìn)行分析。

3 結(jié)果分析

3.1 趨勢(shì)性分析

根據(jù)綠蘭水文站近35 a年平均徑流量進(jìn)行趨勢(shì)分析，并繪制趨勢(shì)分析圖（見(jiàn)圖1）。綠蘭水文站近35 a徑流量變化很小，呈微弱上升趨勢(shì)，每年上升量?jī)H為0.0 085 m3/s。近35 a來(lái)，最大年均徑流量為12 m3/s，出現(xiàn)在2008年；最小年均徑流量為2.275 m3/s，出現(xiàn)在2016年。

圖1 綠蘭水文站近35 a徑流量變化趨勢(shì)圖

3.2 突變性分析

采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)綠蘭水文站近35 a年均進(jìn)行突變性檢驗(yàn)，并繪制UF、UB曲線（見(jiàn)圖2），本次研究采用顯著性水平α=0.05，因此統(tǒng)計(jì)量UF和UB的臨界值為±1.96。由圖2可知，UF、UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)不存在相交情況，說(shuō)明在近35 a綠蘭水文站徑流量沒(méi)有發(fā)生突變。

3.3 周期性分析

利用matlab數(shù)值軟件計(jì)算綠蘭水文站近35 a徑流量序列小波系數(shù)，并繪制小波系數(shù)實(shí)部和模值等值線圖，結(jié)果如圖3、圖4所示，同時(shí)計(jì)算小波系數(shù)的方差，并繪制方差在時(shí)間尺度上的變化曲線，結(jié)果如圖5所示。由圖3可知，綠蘭水文站徑流量序列存在著4～6 a、9～16 a、16～22 a、28～32 a多尺度周期變化規(guī)律；由圖4可知，周期在5 a、12 a、30 a三個(gè)時(shí)間尺度處震蕩較為強(qiáng)烈，處于周期震蕩中心。由圖5可知，小波方差曲線的3個(gè)峰值分別對(duì)應(yīng)著5 a、12 a、30 a三個(gè)時(shí)間尺度，這跟小波模值等值線圖一致，進(jìn)一步印證了其震蕩中心的特征。三個(gè)峰值中，30 a尺度對(duì)應(yīng)的峰值最高，說(shuō)明30 a為綠蘭水文站徑流量時(shí)間序列的第一主周期，其次為12 a、5 a，分別為第二、第三主周期。

圖3 綠蘭水文站徑流量序列小波系數(shù)實(shí)部等值線圖

圖4 綠蘭水文站徑流量序列小波系數(shù)模值等值線圖

圖5 綠蘭水文站徑流量序列小波方差曲線圖

4 討論

（1）徑流量序列變異性問(wèn)題討論。根據(jù)綠蘭水文站徑流量序列近35 a趨勢(shì)性和突變性分析可知，徑流量35 a來(lái)變化很小，也沒(méi)有發(fā)生實(shí)質(zhì)性突變。這主要是由于九曲河徑流量比較小，開(kāi)發(fā)利用程度比較低，人類對(duì)河道徑流的影響小，能夠保存原有自然的河流生態(tài)系統(tǒng)。這也是眾多中小河流的特性，后續(xù)為了更為科學(xué)研究中小河流的徑流演變特征，建議采用多河流多水文站對(duì)比分析研究。

（2）未來(lái)徑流量變化問(wèn)題討論。由圖5進(jìn)一步分析，對(duì)于第一主周期，2016年正處于徑流量偏多周期末期，即將進(jìn)入徑流量偏少周期，由此可以遇見(jiàn)，在未來(lái)30 a內(nèi)，綠蘭水文站徑流量總體將處于偏少狀態(tài)；對(duì)于第二主周期，2016年正處于徑流量偏多周期的中心位置，說(shuō)明未來(lái)6 a，綠蘭水文站徑流量還持續(xù)保持相對(duì)偏多狀態(tài)；對(duì)于第三周期，2016年處于偏少周期前部分，未來(lái)2～3 a仍處于徑流量偏少狀態(tài)，這與綠蘭水文站2017-2019年實(shí)際平均徑流量偏少的情況相符，說(shuō)明通過(guò)周期尺度預(yù)測(cè)未來(lái)徑流量的變化具有較好的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

（1）近35 a，綠蘭水文站徑流量整體變化呈微弱上升趨勢(shì)，每年上升量?jī)H為0.0 085 m3/s。

（2）近35 a，綠蘭水文站徑流量沒(méi)有發(fā)生實(shí)質(zhì)性突變，主要是由于中小河流開(kāi)發(fā)利用程度較低。

（3）綠蘭水文站徑流量序列存在著多尺度周期變化。第一主周期為30 a；第二主周期為12 a；第三主周期為5 a。