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        大夏河近50年徑流變化趨勢研究

        2021-11-10 12:48:22卜旭旭周通延
        地下水 2021年5期
        關(guān)鍵詞:年際徑流量水文站

        卜旭旭,周通延

        (甘肅省臨洮水文水資源勘測局,甘肅 臨洮 730500)

        徑流量是最重要的水文要素之一, 徑流量是指在某一時段內(nèi)通過河流某一過水?dāng)嗝娴乃浚茄芯克科胶獾幕局笜?biāo)。研究徑流變化趨勢,為地方經(jīng)濟(jì)規(guī)劃和水資源的合理利用提供重要的理論依據(jù)。大夏河地處西北,作為黃河重要支流,發(fā)源大不勒赫卡山南北麓,流經(jīng)甘南藏族自治州和臨夏回族自治州,其不僅是該流域居民生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)建設(shè)的重要保障,而且對黃河徑流補給也有重要作用,因而研究其徑流量的變化,有著十分重要的意義。

        1 研究區(qū)概況

        大夏河[1]發(fā)源于甘南高原甘、青交界處,主要流經(jīng)夏河縣、臨夏縣、臨夏市、東鄉(xiāng)縣,最后在臨夏縣蓮花鎮(zhèn)蓮花臺村注入劉家峽水庫,是黃河上游重要的支流,全長203 km,流域面積7 152 km2。大夏河在臨夏市折橋水文站斷面多年平均流量為27.0 m3/s,大夏河流域?qū)俅箨憸貛О敫珊禋夂騾^(qū),多年平均降水量為444 mm,且集中于7、8和9三個月,大夏河為區(qū)域內(nèi)灌溉農(nóng)業(yè)提供了重要保障。

        2 數(shù)據(jù)來源

        文中所用數(shù)據(jù)為折橋水文站1962-2015年觀測水文資料。折橋水文站建于1954年1月,屬于黃河水系大夏河干流把口水文站,斷面控制約占總流域面積的95.2%。自建站以來已經(jīng)累積了多年連續(xù)的水文資料,為研究大夏河徑流變化提供重要數(shù)據(jù)支撐。

        3 研究方法

        河流徑流量受多種因素綜合影響,如降水量、流域植被以及蒸發(fā)量等,但年際變化具有規(guī)律性,文中主要通過線性回歸法和M-K檢驗方法,研究大夏河徑流量多年變化趨勢。

        3.1 線性回歸法

        線性回歸[2]是數(shù)理統(tǒng)計中確定兩種或兩種以上變量間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計分析方法,又稱線性回歸分析法,具體過程是利用一個或多個自變量和因變量之間關(guān)系進(jìn)行建模的一種回歸分析稱為線性回歸方程。通過建立回歸方程檢驗因變量時間序列的趨勢性,這是目前趨勢性分析中最簡便的應(yīng)用最多方法,線性回歸方程表示如下:

        (1)

        3.2 M-K趨勢檢驗法

        M-K檢驗法[3-4]是用于檢驗降水、蒸發(fā)、徑流等突變特性的突變檢驗方法, M-K法檢驗不需要樣本遵循一定的分布,也不受少數(shù)異常值的干擾,在M-K檢驗中對序列Xt=(x1,x2,Λ,xn)先確定所有對偶值(xi,xj,j>i)中xi與xj的大小關(guān)系。趨勢檢驗的統(tǒng)計量為:

        其中,sign()為符號函數(shù),具體公式如下:

        (2)

        s為正態(tài)分布,其中均值為0,方差Var(s)=n(n-1)(2n+5)/18,當(dāng)n>10時,標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)統(tǒng)計量計算如下:

        (3)

        當(dāng)Z>0,則表明徑流量在時間序列呈增加趨勢,反之為降低趨勢,并且絕對值越大,趨勢越明顯。在雙邊趨勢檢驗中,對于給定的置信水平α ,若∣Z∣≥Z1/2,則原假設(shè)H0是不可接受的,即在置信水平α 上,時間序列數(shù)據(jù)存在明顯的上升或下降趨勢。Z 的絕對值在大于等于∣1.28∣、∣1.64∣、∣2.32∣時分別表示通過了90%、95%、99%置信度顯著性檢驗。

        3.3 差積曲線法

        差積曲線法[5]是通過計算每年變量距離均值的值,然后按照年序列相加得到距平累積序列。其公式為:

        (4)

        4 徑流量變化趨勢

        4.1 徑流量年際變化趨勢

        通過對大夏河折橋水文站1962-2015年年徑流量資料分析得出:大夏河多年平均徑流量為8.694億 m3,最大徑流量為24.38億 m3,其出現(xiàn)年限是1966年,是多年平均徑流量的2.8倍左右,最小徑流量為3.853億 m3,出現(xiàn)于1990年,為多年平均徑流量的4成多。其中最大徑流量是最小徑流量的6倍多,大夏河徑流量年際差異較大。線性回歸圖,見圖1,大夏河多年徑流量總體呈減少趨勢,整體上減少量為每10年的減少量約為0.89億 m3。

        圖1 大夏河代表站1962-2015年徑流量變化趨勢

        為了進(jìn)一步分析大夏河徑流量年際變化過程,對文中選取的54年徑流量變化趨勢的M-K統(tǒng)計檢驗結(jié)果表明,Z=-1.65,并且Z的絕對值大于1.64,所以可以得出大夏河徑流量變化呈現(xiàn)較為明顯的減少趨勢,并且通過了95%的顯著性檢驗。利用M-K方法對大夏河徑流量數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢檢驗,繪制出徑流量M-K統(tǒng)計曲線圖,見圖2,從趨勢檢驗統(tǒng)計量圖結(jié)果中可以看出大夏河徑流量年際變化明顯下降,特別是2000年以后減少較為明顯,其中,UF和UB在1986、2006、2008、2011、2013年發(fā)生相交,年徑流發(fā)生突變情況,其中1962-1984年前徑流量增降趨勢呈現(xiàn)出一種周期性變化,從1986年開始突變?yōu)槌掷m(xù)性的減少。其檢驗結(jié)果跟線性分析結(jié)果一致。

        圖2 大夏河代表站年徑流量M-K統(tǒng)計曲線

        為了更好的研究大夏河徑流量年際變化過程,采用差積曲線法進(jìn)一步進(jìn)行年際變化分析,根據(jù)上述公式計算出差積值,并繪制差積曲線圖,見圖3。從圖中可以看出,1962-1984年差積曲線總體呈現(xiàn)一個增長的趨勢,其中1970-1974年有小幅度的減小,說明大夏河徑流量1962-1984年總體呈增加趨勢。1986年以后,差積曲線不斷減小,說明該時段內(nèi)大夏河徑流量不斷較小,且變化趨勢明顯,說明從1986年以后大夏河來水量低于多年平均值,切呈現(xiàn)減少趨勢。這與前面M-K趨勢檢驗法驗證的趨勢一致。

        圖3 大夏河代表站差積曲線

        4.2 徑流量年內(nèi)變化趨勢

        由于一年內(nèi)不同的季節(jié)降水、溫度等因素的不同,在年內(nèi)不同的時期徑流變化也呈現(xiàn)一定的變化趨勢。通過對大夏河代表站年內(nèi)徑流量進(jìn)行統(tǒng)計和分析,繪制逐月徑流量直方圖,如圖4,并統(tǒng)計每月徑流量占全年徑流量比重,見表1。

        圖4 大夏河代表站多年平均徑流量年內(nèi)分布圖

        表1 大夏河代表站月徑流量與年徑流量的比值

        從圖4和表1中可以看出,大夏河年徑流量年內(nèi)月均值變化呈現(xiàn)劇烈的季節(jié)性特征,總體變化為在年內(nèi)呈現(xiàn)拋物線變化趨勢。隨著時間的推移,各月徑流量相差比較大,具體表現(xiàn)為1-3月基本持平,4月份開始不斷上升,9月份達(dá)到最大值,隨后逐漸遞減,直到年末。從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析處,年內(nèi)最大徑流量在9月份,最小徑流量在2月份,其中最大值和最小值之間的比值為5.38。每年主汛期6-9月徑流量占全年徑流量得53.7%,而每年1-3月份徑流量占比不足10%。由此可見,大夏河徑流量年內(nèi)隨時間分布及其不均,徑流量主要集中在汛期。

        5 結(jié)語

        通過對大夏河折橋水文站54年年徑流量數(shù)據(jù)分析,得出了一下幾點重要結(jié)論::(1)大夏河多年平均徑流量為8.694億 m3,徑流量年際變化較大。(2)通過線性回歸法和M-K趨檢驗法得出年徑流量隨年際時間序列呈減少趨勢,以每10年0.89億 m3的速率減少。從M-K趨檢驗法和差積曲線來看。1984年前徑流量增降趨勢呈現(xiàn)出一種周期性變化,從1986年開始突變?yōu)槌掷m(xù)性的減少。(3)大夏河徑流量年內(nèi)隨時間分布及其不均,徑流量主要集中在汛期。

        文中分析了大夏河多年徑流量的變化趨勢,其中,大夏河徑流量年內(nèi)在時間上分布及其不均,且年內(nèi)呈拋物線變化趨勢,在此基礎(chǔ)上運用線性回歸法、M-K突變檢驗的方法以及差積曲線法,對徑流量年際變化的主要突變年進(jìn)行了分析,整體來看大夏河徑流量呈現(xiàn)減少趨勢,在1984年增降趨勢呈現(xiàn)出一種周期性變化,從1986年開始突變?yōu)槌掷m(xù)性的減少,這種結(jié)果的原因主要來自于建國以來,該區(qū)域用水量持續(xù)性增加,使得徑流量減少趨勢明顯,1984年前,用水的強度還不能完全使得徑流量年際時增時降形式消失,1986年后由于用水量持續(xù)增加,使得徑流量突變?yōu)槌掷m(xù)性的減少,再無增加趨勢。

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