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        湟水樂都水文站洪峰流量演變特征

        2020-08-01 07:13:30李媛媛
        水利科技與經(jīng)濟 2020年7期
        關(guān)鍵詞:樂都洪峰流量水文站

        李媛媛

        (青海省水文水資源測報中心,西寧 810000)

        洪峰為一次洪水過程中測流斷面上的最大流量。洪峰流量是洪水的重要特征之一,它不僅僅反映了洪水的強度,也預(yù)示防洪的級別。洪峰流量所對應(yīng)的最高洪水位是修建堤防參照量之一,洪峰流量的分析和預(yù)測對防洪建設(shè)至關(guān)重要[1]。

        樂都水文站是設(shè)在黃河流域湟水水系湟水干流控制站、國家重要水文站、中央報汛站,屬一類精度流量站,二類精度泥沙站。該站位于青海省海東市樂都區(qū)崗溝鎮(zhèn)下教場村,距西寧市約70 km。地理坐標(biāo)位于E102°25′,N36°29′,海拔高程為1 971 m。樂都水文站集水面積13 025 km2,至河源距離245 km,至河口距離128 km,河道平均比降6.02‰。

        1 資料來源與研究方法

        1.1 資料來源

        樂都水文站(圖1)的水文資料來源于青海省水文水資源測報中心。本研究選取樂都水文站1956-2013年的洪峰流量作為分析的數(shù)據(jù)資料(圖2)。

        圖1 樂都水文站位置示意圖

        圖2 樂都站1956-2013年洪峰流量序列

        1.2 研究方法

        1.2.1 趨勢分析

        線性回歸法能夠簡單地判斷時間序列的增減情況,并通過斜率指標(biāo)判斷序列趨勢的變化率。

        滑動平均法可以有效消除水文序列異常點波動的影響,直觀展現(xiàn)水文氣象要素整體變化的趨勢。因此,采用5年滑動平均法對樂都站洪峰流量進(jìn)行趨勢分析。

        1.2.2 突變分析

        采用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗法評估水文氣候要素時間序列趨勢變化和實現(xiàn)突變點,其優(yōu)點是不需要樣本遵從一定分布,分析不受少數(shù)異常值的干擾。M-K分析趨勢是通過計算構(gòu)造序列的統(tǒng)計量UFK的大小來判別的。而M-K識別突變點則在趨勢分析基礎(chǔ)上構(gòu)建反序列求出統(tǒng)計量UBK,根據(jù)UFK與UBK曲線的交點可準(zhǔn)確找出突變點。最后,在給定信度下檢驗趨勢和突變點的顯著性。M-K分析方法的計算過程參考文獻(xiàn)[2]。

        1.2.3 周期分析

        本研究采用Morlet連續(xù)復(fù)小波變換來分析洪峰流量時間序列的多時間尺度特征。實小波變換只能給出時間序列變化的振幅和正負(fù),而復(fù)小波變換可同時給出時間序列變化的位相和振幅,且復(fù)小波函數(shù)的實部和虛部位相差為π/2,能消除用實小波變換系數(shù)作為判據(jù)而產(chǎn)生的虛假震蕩,使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。

        2 結(jié)果分析

        2.1 趨勢分析

        樂都水文站洪峰流量序列距平變化圖見圖3,其相關(guān)統(tǒng)計特征量見表1。

        圖3 樂都站1956-2013年洪峰流量距平變化

        表1 樂都站洪峰流量統(tǒng)計特征值

        線性回歸的方法結(jié)果顯示,樂都站洪峰流量呈下降趨勢,且下降明顯(相關(guān)系數(shù)R通過0.05信度檢驗),變化傾向率為-45.69 m3/sa-1。

        2.2 突變分析

        M-K方法識別突變點結(jié)果見圖4。從圖4可看出,UBk的值小于零,樂都站洪峰流量序列呈下降趨勢,且超過臨界值(±1.96),表明樂都站洪峰流量序列下降趨勢明顯,與采用線性回歸法的結(jié)果一致。

        從圖4還可以看出,UFk與UBk兩條曲線出現(xiàn)4個交叉點,且交叉點均在臨界線之間,交點的對應(yīng)時刻便是洪峰流量發(fā)生突變點時間,即樂都站洪峰流量在1999、2001、2003和2004年發(fā)生突變。

        圖4 樂都站洪峰流量序列M-K統(tǒng)計量突變圖

        2.3 周期分析

        采用Morlet連續(xù)復(fù)小波變換來對樂都站58年洪峰流量進(jìn)行周期分析,得到樂都站小波系數(shù)實部等值線圖,見圖5。實部圖中洪峰流量值偏多通過實線來表示,其小波變換系數(shù)為正值。洪峰流量值偏少通過虛線來表示,其小波變換系數(shù)為負(fù)值。

        圖5 樂都站小波系數(shù)實部等值線圖

        從圖5可以看出,在樂都站洪峰流量演變過程中存在著3~7年尺度的周期變化規(guī)律,且該尺度上存在準(zhǔn)5次震蕩,可以看出這個尺度的周期變化在整個分析時段表現(xiàn)的非常穩(wěn)定。

        3 結(jié) 論

        本文分析了樂都站黃河流域湟水水系樂都站的變化趨勢、突變和周期,總結(jié)了樂都站近58年來洪峰流量的演變規(guī)律,主要結(jié)論如下:

        1) 通過線性回歸和5年平均滑動法分析得出樂都站洪峰流量成下降趨勢,且下降趨勢明顯。

        2) M-K檢驗法與線性回歸法得到結(jié)論一致,樂都站洪峰流量呈下降趨勢,且樂都站在1999、2001、2003和2004年發(fā)生突變。

        3) 樂都站洪峰流量演變過程中存在著3~7年尺度的周期變化規(guī)律,且該尺度的周期變化在整個分析時段表現(xiàn)的非常穩(wěn)定。

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