王 紅

（河北省承德水文勘測(cè)研究中心，河北 承德 067000）

河川徑流量是進(jìn)行水資源優(yōu)化配置、 水量分配及合理開(kāi)發(fā)利用的重要依據(jù)，近年來(lái)，在氣候條件和人類活動(dòng)的共同影響下， 洪澇和干旱災(zāi)害交替頻繁發(fā)生， 對(duì)流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和水安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅［1］。降水徑流序列的改變，會(huì)影響水文序列的一致性。 如果水文預(yù)報(bào)繼續(xù)使用以一致性樣本為基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)及分析方法，會(huì)對(duì)水利工程設(shè)計(jì)造成影響。徐宗學(xué)等［2］利用M-K 檢驗(yàn)法，分析了海河全流域及二級(jí)區(qū)的降水及地表徑流數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)， 得到其時(shí)空分布特征。張文［3］對(duì)蟻螞吐河流域的降水徑流關(guān)系變化進(jìn)行分析，結(jié)果表明，汛期降水量減少、流域植被變化及水土保持工程的增加導(dǎo)致下墊面條件改變，降水徑流關(guān)系發(fā)生變化。

這些研究中，降水徑流的趨勢(shì)研究較為成熟，但針對(duì)瀑河流域的研究還是空白。 本文對(duì)瀑河流域降水徑流趨勢(shì)進(jìn)行分析， 為今后流域水文水資源的合理開(kāi)發(fā)利用、水文預(yù)報(bào)精準(zhǔn)化、流域內(nèi)橡膠壩的防洪調(diào)度提供依據(jù)。

1 流域概況

1.1 地理位置

瀑河屬于灤河的一級(jí)支流， 其主流發(fā)源于平泉縣臥龍鎮(zhèn)石拉哈溝川的安杖子村， 支流發(fā)源于臥龍鎮(zhèn)瓦房店村，兩流匯合后向南流入平泉市城區(qū)，與發(fā)源于王土房鄉(xiāng)車(chē)輪橋村七老圖山南麓的支源匯合，構(gòu)成了瀑河上游， 流經(jīng)寬城縣境內(nèi)， 此段為瀑河中游，寬城以下為其下游，在寬城滿族自治縣塌山鄉(xiāng)境內(nèi)匯入干流灤河潘家口水庫(kù)。

1.2 水文氣象

瀑河流域氣候?qū)儆谂瘻貛О霛駶?rùn)、 半干旱的大陸性季風(fēng)性燕山山地氣候， 多年平均氣溫8～10 ℃，多年平均降水量662.2 mm， 降雨主要集中在汛期的6—9 月份，占全年降水總量的70%～80%，其中主汛期7、8 兩個(gè)月降雨量約占全年降水量的60%。

2 研究數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本次研究收集了上游平泉水文站和下游寬城水文站1960—2018 年共59 年的實(shí)測(cè)年徑流量序列，以及流域內(nèi)6 個(gè)主要控制雨量站的降水量數(shù)據(jù)，分別為沙坨子、平泉、南五十家子、黨壩、寬城、大桑園。流域面雨量采用算數(shù)平均法法計(jì)算得出。

2.2 研究方法

2.2.1 滑動(dòng)平均法

滑動(dòng)平均法是根據(jù)時(shí)間序列資料逐項(xiàng)推移，依次計(jì)算一定時(shí)間內(nèi)序列的平均值來(lái)反應(yīng)長(zhǎng)期的趨勢(shì)，弱化徑流序列中一些短期的不規(guī)則變化，發(fā)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)。計(jì)算公式為：

式中y^t為t 點(diǎn)的滑動(dòng)平均值；l 為單側(cè)平滑時(shí)距，當(dāng)l等于1，2…t 時(shí)， y^t分別對(duì)應(yīng)3 點(diǎn)滑動(dòng)平均y^3，5 點(diǎn)滑動(dòng)平均y^5，2t+1 點(diǎn)滑動(dòng)平均y^2t+1， 若l=2 則稱為5 點(diǎn)滑動(dòng)平均。

2.2.2 線性趨勢(shì)回歸法

線性趨勢(shì)回歸分析法能直觀反映出序列變化，常用于水文序列的分析中。假設(shè)水文序列包括趨勢(shì)性成分Pt和隨機(jī)性成分εt，那么變量Xt可表示為：

式中a 為常數(shù)；b1，b2……bn為回歸系數(shù)。

2.2.3 Mann-Kendall 檢驗(yàn)法

Mann-Kendall 檢驗(yàn)法是一種非參數(shù)的檢驗(yàn)方法，能有效提取序列的趨勢(shì)變化，其優(yōu)點(diǎn)是樣本不需遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，檢驗(yàn)范圍較為廣泛，計(jì)算方便［4-5］。

2.2.4 雙累積曲線法

雙累積曲線法是目前廣泛應(yīng)用于水文氣象要素一致性或長(zhǎng)期演變趨勢(shì)分析的一種方法， 可根據(jù)斜率變化程度，判斷趨勢(shì)性變化強(qiáng)弱。拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)即是降水徑流關(guān)系發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)。

3 研究結(jié)果

3.1 降水變化特征

通過(guò)5a 滑動(dòng)平均法得到兩站的年降水量變化趨勢(shì)圖，由圖1 可看出，平泉站年際降水量基本穩(wěn)定在均值附近；寬城站年際降水量呈不顯著的下降趨勢(shì)。

圖1 年降水量5a 滑動(dòng)平均曲線

通過(guò)線性回歸法進(jìn)一步分析瀑河流域年降水量的變化趨勢(shì)，取顯著性水平α=0.05，平泉站|T|=0.02＜tα/2=0.2546，寬城站|T|=0.132＜tα/2=0.2546，表明該流域降水量整體呈不顯著的下降趨勢(shì)。

3.2 徑流變化特征

通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)年徑流序列的分析， 年徑流序列趨勢(shì)如圖2， 兩站年徑流序列均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。通過(guò)線性回歸分析， 取顯著性水平α=0.05， 平泉站|T|=0.467＞tα/2=0.2546，寬城站|T|=0.325＞tα/2=0.2546，均通過(guò)置信度99%的顯著性檢驗(yàn)， 說(shuō)明該流域徑流量呈顯著下降趨勢(shì)。

從M-K 趨勢(shì)檢驗(yàn)圖3 中可看出，UF 和UB 的交點(diǎn)出現(xiàn)在1998 年， 即1998 年是年徑流序列的突變點(diǎn)，1960—1998 年， 徑流序列呈不顯著的下降趨勢(shì)；1998—2018 年，徑流序列的UF 值小于0，且變化范圍超出臨界值±1.96 的范圍，說(shuō)明年徑流序列呈顯著下降趨勢(shì)。

圖3 平泉站、寬城站年徑流量M-K 趨勢(shì)檢驗(yàn)

3 降水徑流變化相關(guān)性分析

對(duì)年降水?dāng)?shù)據(jù)和年徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照分析，二者相關(guān)性并不明顯。以平泉站1975 年為例，年降水量436.9 mm，年徑流量0.319 億m3，到20 世紀(jì)90 年代，同等量級(jí)的降水，徑流量大幅減少，年均徑流量約0.034 億m3，減少率為89.3%。相同時(shí)期，不同量級(jí)的年降水量對(duì)應(yīng)的年徑流量均有減少趨勢(shì)。

從圖4 可看出， 上游平泉站和下游寬城站降水徑流關(guān)系均出現(xiàn)2 次較明顯的改變。 整個(gè)時(shí)段分為1960—1978 年，1979—1995 年，1996—2018 年，各階段的雙累積曲線斜率均呈減小趨勢(shì)， 表明徑流對(duì)降水的響應(yīng)逐漸減弱。

圖4 降雨徑流雙累積曲線

4 人類活動(dòng)影響分析

承德市平泉和寬城地區(qū)屬于“七山一水二分田”的淺山區(qū)， 水土流失較為嚴(yán)重，20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，為改善生態(tài)環(huán)境，緩解水土流失，實(shí)施了京津冀風(fēng)沙源治理工程水土保持綜合治理項(xiàng)目。種植刺槐、山杏等樹(shù)種，使降雨通過(guò)林草植被的吸收、阻流，削弱了降雨對(duì)土壤的侵蝕，林木根系生長(zhǎng)發(fā)達(dá)，使得地表土質(zhì)松散，增大了降雨入滲率，使得原本產(chǎn)生地表徑流的一部分降雨變成地下潛流，達(dá)到減小地表徑流、削減洪峰流量的作用。同時(shí)一部分水土保持工程，如魚(yú)鱗坑、竹節(jié)壕等，相當(dāng)于流域上的小型水庫(kù)，蓄存部分暴雨降水量。瀑河流域多年降水量一致， 而徑流量減少的主要原因是一系列的人類活動(dòng)不同程度地改變了流域下墊面條件， 從而對(duì)徑流形成產(chǎn)生一定影響。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）1960—2018 年平泉站和寬城站的年降雨量一致性較好，無(wú)明顯的趨勢(shì)性變化，也未發(fā)生突變。

（2）平泉站和寬城站的年徑流序列呈顯著下降趨勢(shì)，1998 年發(fā)生突變。 在今后的水文預(yù)報(bào)研究中，要考慮徑流序列的非一致性， 以免影響預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）1960—2018 年降雨徑流關(guān)系發(fā)生2 次明顯改變，經(jīng)調(diào)查收集資料，徑流量變化的主要原因是水土保持措施改變了流域的下墊面條件， 進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)流條件發(fā)生改變，影響徑流序列的一致性。對(duì)于水土保持措施對(duì)徑流變化的定量影響， 還需在今后工作中進(jìn)一步研究。