唐河下游典型水文站径流演变规律研究

李明然

唐河下游典型水文站径流演变规律研究

李明然

（河北省保定水文水资源勘测局，河北保定071000）

分析了唐河下游典型水文站1969—2002年34年来径流的年际、年代际及丰枯变化规律，采用Mann-Kendall方法研究了其径流演变趋势，得出唐河下游的年径流序列变化存在显著递减趋势和变异点，为唐河下游水资源可持续利用提供一定参考。

径流；年际变化；年代际变化；丰枯变化；趋势变化；唐河下游

1　流域概况

唐河为大清河水系南支的一条主要支流，发源于山西省浑源县抢风岭，经山西省灵邱县东南流入河北省，穿河北省涞源县、唐县，至唐县西大洋村与主要支流通天河汇流，出山区，经定州市、望都县、清苑县，于安新县注入白洋淀，全长302 km，流域面积4 993 km2。西大洋水库以上流域面积4 420 km2，占唐河流域总面积的88.7％。主河道长226 km，流域平均宽度30.2 km，河道纵坡4.6‰。上游地表植被覆盖率小于30％，水土流失严重。

唐河流域地处温带半干旱大陆性季风气候区，具有春季干旱多风、夏季炎热局地暴雨多、秋季昼暖夜凉、冬季寒冷少雪的特点。多年平均气温12.1℃，最高气温40.7℃，多发生在7月；最低气温-22.6℃，多发生在1月。初霜一般出现在10月下旬，终霜期多在次年4月中旬，全年无霜期190 d左右。全年风向多为西北风，风力一般达6级，阵风可达8级，冰冻期在12月至次年3月。

2　唐河下游典型水文站径流年际及年代际变化特征分析

2.1径流年际变化

径流年际变化的总体特征常用变差系数Cv或年极值比（最大、最小年流量的比值）等来表示。Cv反映一个流域径流过程的相对变化程度，Cv值大则表示径流的年际丰枯变化剧烈。下面分别对唐河下游倒马关、中唐梅水文站的径流年际变化规律进行分析。

分析倒马关站的数据，得到倒马关站年径流量随时间的变化规律，如图1所示。从倾向率来看，该站倾向率为负，说明该站径流量呈现逐年减少的趋势。

图1　倒马关站年径流量变化

分析中唐梅站的数据，得到中唐梅站年径流量随时间的变化规律，如图2所示。从倾向率来看，该站倾向率为负，说明该站径流量呈现逐年减少的趋势。

根据倒马关站和中唐梅站1969—2002年共34年的径流资料，经计算得到两站的Cv值和年极值比，见表1—2。

图2　中唐梅站年径流量变化

表1　倒马关站和中唐梅站年径流多年变化特征值

表2　倒马关站和中唐梅站年径流量特征值　亿m3

由图1—2和表1可知，1969—2002年倒马关站径流量年际变化较大且呈递减的趋势，年均递减0.028 4亿m3；中唐梅站径流量年际变化较大且呈递减的趋势，年均递减0.024 6亿m3。

2.2径流年代际变化

分析唐河下游典型水文站径流量的年代际变化发现，径流量的年代际变化呈现规律性的波动变化趋势。其中，倒马关站20世纪70年代水量最丰，自80年代起相对于70年代呈下降趋势，90年代较70年代下降28.20％；中唐梅站20世纪70年代水量最丰，自80年代起相对于70年代呈下降趋势，90年代较70年代下降27.83％，详见表3—4。

表3　倒马关站和中唐梅站径流年代际变化率（相对于20世纪70年代）％

2.3径流丰枯变化

径流丰枯变化的计算方法很多，本文采用设计频率算法。

表4　倒马关站和中唐梅站径流年代际变化　亿m3

分析唐河流域不同频率年径流量的取值区间及出现年数，详见表5。

表5　唐河流域典型水文站丰枯比例

3　唐河下游典型水文站径流变化趋势、变异点分析

3.1趋势性分析

本次趋势性分析采用Mann-Kendall秩次相关检验法，对年径流序列X1，X2，…，Xn先确定所有对偶值（Xi，Xj，i＜j）中的Xi＜Xj出现次数di。其计算公式为：

当n增加，U很快收敛于标准正态分布。

假设该径流序列无趋势，根据年径流序列统计di计算出检验统计量U，给定显著性水平a，在正态分布表中查出临界值Ua/2，当U的绝对值比临界值大，则趋势显著；反之，则不显著。如检验统计量U〉0，说明序列存在递增趋势；反之，则为递减趋势。

分别对倒马关站和中唐梅站数据进行趋势性分析计算，得出倒马关站检验统计量U=-2.535，|U|大于Ua/2，所以倒马关站年实测径流量呈显著性递减趋势；得出中唐梅站检验统计量U=-0.933 94，|U|小于Ua/2，所以中唐梅站年实测径流量呈不显著性递减趋势。倒马关站和中唐梅站年径流序列趋势分析结果，见表6。

表6　倒马关站和中唐梅站年径流序列趋势分析结果

3.2唐河干流径流序列趋势分析

应用Mann-Kendall法和累积距平法对流域径流进行突变检测。通过Mann-Kendall检验得到统计量U的顺序、逆序变化曲线UF、UB。取显著性水平a=0.05，得到两条临界线y=±1.96，若UF、UB曲线在临界线间有交点，则它有满足一定置信度的突变点。采用累积距平法与Mann-Kendall法相结合的方法进行变异点诊断。

3.2.1倒马关站径流序列趋势分析

应用Mann-Kendall法对唐河下游倒马关站1969—2002年34年的年径流序列进行变异诊断，发现其年径流量变化趋势如图3所示。

图3　倒马关站年径流量趋势变异线

由图3可知，倒马关站多年径流变化具有显著的下降趋势，通过了P=95％的置信度检验。在显著水平a=0.05的情况下，UF和UB曲线之间有1个交叉点，位于1998年，这说明径流在1998年发生了变异。

3.2.2中唐梅站径流序列趋势分析

应用Mann-Kendall法对唐河下游中唐梅站1969—2002年34年的年径流序列进行变异诊断，发现其年径流量变化趋势如图4所示。

图4　中唐梅站年径流量趋势变异线

由图4可知，中唐梅站多年径流变化具有显著的下降趋势，通过了P=95％的置信度检验。在显著水平a=0.05的情况下，UF和UB曲线之间有2个交叉点，分别位于1973和1998年，这说明径流在1973 和1998年发生了变异。

4　结论

通过分析研究唐河下游典型水文站的径流变化，得出如下结论：

（1）年际变化。倒马关站和中唐梅站年际变化较大，从上到下各站径流年际变化逐渐变大；年径流量最大值倒马关站出现在1988年，中唐梅站为1988年；年径流量最小值倒马关站出现在2001年，中唐梅站为1972年。径流的年际变化起伏较大，对水资源的开发利用造成不利影响。

（2）年代际变化。倒马关站20世纪70年代水量最丰，自80年代起相对于70年代呈下降趋势，90年代较70年代下降28.20％；中唐梅站20世纪70年代水量最丰，自80年代起相对于70年代呈下降趋势，90年代较70年代下降27.83％。

（3）丰枯变化特征。倒马关站的丰水年、平水年、枯水年交替出现，其中丰水年占26.4％、平水年占52.9％、枯水年占20.6％；中唐梅站的丰水年、平水年、枯水年交替出现，其中丰水年占26.5％、平水年占50％、枯水年占23.5％。

（4）运用Mann-Kendall秩次相关检验法，分析得到唐河下游典型水文站的年径流序列的变化趋势，倒马关站呈显著递减，中唐梅站呈不显著递减；唐河下游存在变异点，倒马关站为1998年，中唐梅站为1973和1998年。

唐河流域受不同地域的气候条件、自然地理和人类活动的综合影响，径流变化复杂，突变性强。在分析和研究其演变规律过程中，应当深入分析流域局部地区的径流变化特性，找出影响径流变化的主要因子，进一步弄清区域径流变化的内在特性，才能真正把握唐河径流自身的变化规律。

［1］王银堂，胡四一，王宗志.流域初始水权分配及水量水质调控［M］.北京：科学出版社，2011.

［2］杨福生.小波变换的工程分析与应用［M］.北京：科学出版社，1999.

［3］李祚泳.水文水资源及水环境分析的若干进展［J］.四川大学学报（工程科学版），2002（2）：1-4.

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1004-7328（2016）04-0040-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.04.013

2016—04—15

李明然（1981—），男，工程师，主要从事水文水资源科研工作。