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        河南省新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域洪水變化規(guī)律研究

        2020-11-21 07:22:08楊展飛
        關(guān)鍵詞:衛(wèi)河過程線變差

        楊展飛

        (河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測局,河南 新鄉(xiāng) 453000)

        0 引言

        衛(wèi)河是海河水系南運河的支流, 發(fā)源于山西太行山脈,流經(jīng)河南新鄉(xiāng)、鶴壁、安陽,沿途接納淇河、安陽河等, 至河北館陶與漳河匯合稱漳衛(wèi)河、 衛(wèi)運河,最后再流經(jīng)山東臨清入南運河,至天津入海河,又在滄縣南被開挖成捷地減河,引洪水直接入海[1]。新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域位于海河流域上游, 近年來水旱災(zāi)害頻發(fā),洪水變化規(guī)律較為復(fù)雜,給防汛抗旱工作帶來一定影響。 筆者試采用統(tǒng)計學(xué)方法對新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域內(nèi)54 年的洪水數(shù)據(jù)進行分析,探討其洪水變化規(guī)律,以期對新鄉(xiāng)市的防汛抗旱工作提供參考。

        1 區(qū)域概況

        新鄉(xiāng)市地處河南省北部、黃河中下游地區(qū),地理坐標為北緯34°53′~35°15′、東經(jīng)113°23′~114°19′之間。 該區(qū)屬暖溫帶南部大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,春季干燥,夏季炎熱,秋季晝夜溫差大,冬季寒冷、降水少,常年平均氣溫約為14 ℃,年平均日照時數(shù)約為2 400 h,全年無霜期約為210 d,年平均降水量約為611 mm,降水量年際變化較大,年內(nèi)分配不均,7~9 月的降水量占全年降水量的70%以上。

        衛(wèi)河是海河流域的一大支流,全長344.50 km,流域面積為14 970 km2(其中河南省境內(nèi)河長286.50 km,流域面積為14 580 km2)。 本文研究的衛(wèi)河流域地形從西北向東南呈臺階式下降, 主要地貌類型有:山地、山前丘陵崗地、山前傾斜平原、山前交接洼地等。該流域山區(qū)面積約占總流域面積的60%,左岸支流均發(fā)源于太行山東麓,呈梳齒狀匯入干流,較大支流有大沙河、石門河、百泉河、滄河、淇河等,右岸較大支流有大獅澇河,東、西孟姜女河,人民勝利渠等。

        2 研究方法

        收集研究區(qū)域衛(wèi)河及共產(chǎn)主義渠干流7 個水文站點 (包括安陽市的2 個測站)1963~2016 年共計54 年的逐日流量數(shù)據(jù), 分別計算逐年最大1 日、3日、7 日、15 日、30 日洪水數(shù)據(jù), 然后對數(shù)據(jù)系列進行統(tǒng)計學(xué)分析。

        2.1 線性分析

        通過對逐年數(shù)據(jù)系列進行線性擬合和5 年滑動平均過程線分析,判斷數(shù)據(jù)整體的變化趨勢。線性方程的斜率為正,說明整體趨勢為上升;斜率為負,說明整體趨勢下降。

        2.2 變差系數(shù)分析

        計算數(shù)據(jù)系列的均值以及變差系數(shù)CV,判斷數(shù)據(jù)偏離均值的程度, 用以說明洪水的年際變化。 當CV值大于0.8,說明系列年際變化大[2]。 對于一個有n 個數(shù)據(jù)的水文序列,CV計算公式為式(1)。

        2.3 Mann-Kendall 趨勢檢驗和Mann-Kendall 非參數(shù)檢驗

        3 洪水變化規(guī)律

        3.1 最大1 日洪水量變化情況

        根據(jù)資料繪制1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大1 日洪水(W1)過程線以及5 a 滑動平均過程線,結(jié)果如圖1 所示。

        圖1 1956~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大1 日洪水變化情況Fig.1 The biggest flood change condition of one day of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        從圖1 可知,W1數(shù)據(jù)系列的線性擬合方程斜率為-0.017。 這說明,在研究時段內(nèi),新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大1 日洪水總量整體變化趨勢為下降, 年均下降約為0.017 億m3。 由5 a 滑動平均過程線可以看出, 新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大1 日洪水總量變化趨勢為先上升后下降, 但過程中存在較為明顯的波動。 整體變化的分界點為1977 年,之前上升趨勢較為明顯,之后則下降的趨勢比較明顯。

        W1數(shù)據(jù)系列的多年平均值為0.599 2 億m3,變差系數(shù)CV較大約為1.137。 這說明,研究時段內(nèi),新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大1 日洪水總量變化較大,數(shù)據(jù)偏離均值較遠。 其中,1963 年的最大1 日洪水總量最大, 為3.192 億m3,2015 年最大1 日洪水總量最小,僅為0.088 2 億m3,兩者相差超過35 倍。

        圖2 1956-2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大1 日洪水MK 檢驗Fig.2 The biggest flood M-K test of one day of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        3.2 最大3 日洪水總量變化情況

        根據(jù)資料繪制1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大3 日洪水總量(W3)的過程線和5a 滑動平均過程線,結(jié)果如圖3 所示。

        圖3 1956~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大3 日洪水總量變化情況Fig.3 The biggest overall flood change condition of three days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        從圖3 可以看出,W3數(shù)據(jù)系列線性擬合方程的斜率為-0.044。 這說明,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大3 日洪水總量的整體變化趨勢為下降, 年均下降約0.044 億m3。 由5a 滑動平均過程線也可以看出,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大3 日洪水總量的整體變化趨勢為先上升后下降, 但過程中存在較為明顯的波動。 整體變化的分界點為1977 年,之前上升趨勢較為明顯,之后則下降的趨勢比較明顯。

        W3數(shù)據(jù)系列的多年平均值為1.539 億m3,變差系數(shù)CV約為1.147, 變差系數(shù)較大。 這說明,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大3 日洪水總量變化較大,數(shù)據(jù)偏離均值較遠。其中,1963 年最大3 日洪水總量最大,為8.425 億m3,2015 年最大3 日洪水總量最小,僅為0.221 億m3,兩者相差近40 倍。

        圖4 1956~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大3 日洪水MK 檢驗Fig.4 The biggest flood M-K test of three days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        3.3 最大7 日洪水總量

        根據(jù)資料繪制1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大7 日洪水總量(W7)的過程線以及5a 滑動平均過程線,結(jié)果如圖5 所示。

        圖5 1956~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大7 日洪水總量變化情況Fig.5 The biggest overall flood change condition of seven days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        從圖5 可以看出,W7數(shù)據(jù)系列的線性擬合方程斜率為-0.076。這說明,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大7 日洪水總量的整體趨勢為下降,年均下降約為0.076 億m3。 由5a 滑動平均過程線可以看出,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大7 日洪水總量的整體變化趨勢為先上升后下降,但過程中存在較為明顯的波動。整體變化的分界點為1977 年,之前上升趨勢較為明顯,之后則下降的趨勢比較明顯。

        W7數(shù)據(jù)系列的多年平均值為2.703 億m3,變差系數(shù)CV約為1.177, 變差系數(shù)較大。 這說明,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大7 日洪水總量變化較大,數(shù)據(jù)偏離均值較遠。 其中,1963 年最大7 日洪水總量最大, 為16.19 億m3,2015 年最大7 日洪水總量最小,僅為0.409 億m3,兩者相差超過40 倍。

        圖6 1956~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大7 日洪水總量M-K 檢驗Fig.6 The biggest flood M-K test of seven days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        3.4 最大15 日洪水總量

        根據(jù)資料繪制1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大15 日洪水總量(W15)的過程線以及5a 滑動平均過程線,結(jié)果如圖7 所示。

        從圖7 可以看出,W15數(shù)據(jù)系列的線性擬合方程斜率為-0.111。 這說明,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大15 日洪水總量的整體變化趨勢為下降,年均下降約0.111 億m3。 由5a 滑動平均過程線也可以看出,W15整體變化趨勢為先上升后下降,但過程中存在較為明顯的波動。 整體變化的分界點為1976 年,之前上升趨勢較為明顯,之后則下降的趨勢比較明顯。

        圖7 1956~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大15 日洪水總量變化情況Fig.7 The biggest overall flood change condition of fifteen days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        W15數(shù)據(jù)系列的多年平均值為4.005 億m3,變差系數(shù)CV約為1.116,變差系數(shù)較大。 這說明,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大15 日洪水總量變化較大,數(shù)據(jù)偏離均值較遠。 其中,1963 年最大15 日洪水總量最大, 為24.87 億m3,2015 年最大15 日洪水總量最小,僅為0.743 億m3,兩者相差超過35 倍。

        圖8 1956~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大15 日洪水總量M-K 檢驗Fig.8 The biggest flood M-K test of fifteen days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        3.5 最大30 日洪水總量

        根據(jù)資料繪制1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大30 日洪水總量(W30)的過程線以及5a 滑動平均過程線,結(jié)果如圖9 所示。

        圖9 1956~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大30 日洪水總量變化情況Fig.9 The biggest overall flood change condition of thirty days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        從圖9 可以看出,W30數(shù)據(jù)系列的線性擬合方程斜率為-0.146。 這說明,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大30 日洪水總量的整體變化趨勢為下降,年均下降約0.146 億m3。 由5a 滑動平均過程線也可以看出,W30整體變化趨勢為先上升后下降,但過程中存在較為明顯的波動。 整體變化的分界點為1975 年,之前上升趨勢較為明顯,之后則下降的趨勢比較明顯。

        W30數(shù)據(jù)系列的多年平均值為5.727 億m3,變差系數(shù)CV約為0.994 9, 變差系數(shù)較大。 這說明,1963~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大30 日洪水總量變化較大,數(shù)據(jù)偏離均值較遠。 其中,1963 年最大30 日洪水總量最大,為32.77 億m3,2015 年最大30 日洪水總量最小,僅為1.298 億m3,兩者相差超過25 倍。

        圖10 1956~2016 年新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域逐年最大30 日洪水總量M-K 檢驗Fig.10 The biggest flood M-K test of thirty days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

        4 結(jié)語

        通過對新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域1956~2016 年逐年最大1 日、3 日、7 日、15 日、30 日洪水總量分析, 得出以下結(jié)論:新鄉(xiāng)市衛(wèi)河流域最大1 日、3 日、7 日、15日、30 日洪水總量的整體趨勢均為下降, 且下降趨勢顯著; 洪水總量年際波動較大, 變差系數(shù)均在0.99 以上;洪水總量變化過程在1983 年發(fā)生突變。

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