渾河徑流量過(guò)程演變規(guī)律分析

王大勇

（遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局遼寧本溪117100）

渾河徑流量過(guò)程演變規(guī)律分析

王大勇

（遼寧省觀音閣水庫(kù)管理局遼寧本溪117100）

本文通過(guò)選取渾河流域主要水文控制站，采用1956年～2011年56年徑流資料，并劃分三個(gè)不同時(shí)間段，分析對(duì)比實(shí)測(cè)和天然徑流量、水資源量的變化特征，采用多年滑動(dòng)平均以及M ann-K endall相關(guān)法對(duì)天然徑流量、水資源量進(jìn)行變化趨勢(shì)分析?？蔀轭?lèi)似研究提供借鑒。

M ann-K endall相關(guān)法；演變規(guī)律；天然徑流量；水資源量

1　概況

渾河源頭為清原縣，流域面積2.83萬(wàn)km2，河長(zhǎng)495km，主要流經(jīng)撫順市、本溪市、沈陽(yáng)市、遼陽(yáng)市等，最后入渤海［1］。渾河水量豐沛，年徑流量約50億m3～70億m3。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，河流水資源開(kāi)發(fā)利用程度較大，河流部分河段出現(xiàn)水量變小，受干旱年影響，有些河段或支流出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。河道修建水利工程，滿(mǎn)足人類(lèi)需求及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也破壞了河流的生態(tài)系統(tǒng)，使得渾河水文情勢(shì)發(fā)生較大的變化。本文以渾河為例，通過(guò)劃分不同時(shí)間段，對(duì)比渾河天然徑流、實(shí)測(cè)徑流及水資源量的變化特征，采用多年滑動(dòng)平均以及Mann-Kendall相關(guān)法對(duì)天然徑流量、水資源量進(jìn)行變化趨勢(shì)分析，從而確定渾河水文情勢(shì)影響程度及主要原因，為渾河水資源開(kāi)發(fā)利用及保護(hù)提供理論依據(jù)。

2　計(jì)算方法

Mann-Kendall相關(guān)法是通過(guò)非參數(shù)的一種檢驗(yàn)法［2］，其中的變量具有不正態(tài)的分布，可以作為水文變量變化過(guò)程與趨勢(shì)的檢驗(yàn)。假定時(shí)間變量，時(shí)間長(zhǎng)度n，則統(tǒng)計(jì)量S為［3］：

其中：

式中：xj為第j年的數(shù)值，xk為第k年的數(shù)值。

式中：Z為統(tǒng)計(jì)量，Var（S）為方差。

3　主要水文站時(shí)段徑流量對(duì)比

利用河流主要水文控制站1956年～2011年56年的天然、實(shí)測(cè)徑流量數(shù)據(jù)資料，對(duì)三個(gè)時(shí)間段多年平均徑流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并對(duì)比三個(gè)時(shí)間段徑流量的大小。由表1可知，渾河流域天然和實(shí)測(cè)徑流量之間相差較大，渾河三個(gè)時(shí)段差值分別為8.0億m3、4.5億m3和7.2億m3，從1956年～2011年，天然和實(shí)測(cè)徑流量之間的差值也逐漸增加，由此分析說(shuō)明其控制范圍內(nèi)人類(lèi)用水活動(dòng)影響較大。從1956年～1979年與1980年～2000年兩個(gè)時(shí)段來(lái)看，相對(duì)比較值大多為負(fù)值，說(shuō)明1980年～2000年時(shí)段徑流量總體要小于1956年～1979年時(shí)段；2001年～2011年時(shí)段與1956年～1979年時(shí)段相比，渾河邢家窩棚站的實(shí)測(cè)徑流量變化為增加，說(shuō)明2001年～2011年時(shí)段各徑流量比1956年～1979年時(shí)段有所減少。對(duì)比三個(gè)時(shí)段可知，渾河流域主要水文控制站的徑流量出現(xiàn)增加或波動(dòng)，沒(méi)有明顯隨時(shí)間延續(xù)而減小的趨勢(shì)，其中的原因主要是兩方面因素，一方面在1980年～2011年出現(xiàn)過(guò)三次大水年，對(duì)多年平均徑流量的貢獻(xiàn)較大，另一方面渾河流域人類(lèi)用水以及水利工程等人類(lèi)活動(dòng)頻繁復(fù)雜，對(duì)河道徑流量的影響較大。

表1　主要水文控制站時(shí)段徑流量對(duì)比

圖1　大伙房水庫(kù)站天然徑流量變化過(guò)程

圖2　撫順站天然徑流量變化過(guò)程

圖3　沈陽(yáng)站天然徑流量變化過(guò)程

圖4　邢家窩棚站天然徑流量變化過(guò)程

4　天然徑流量特征分析

采用渾河干流上主要水文站1956年～2011年56年徑流資料，通過(guò)還原計(jì)算得到天然徑流量，根據(jù)多年滑動(dòng)平均［4］與Mann-Kendall相關(guān)法分析水文站天然徑流變化情況。

4.1多年平均變化趨勢(shì)分析

選取渾河上大伙房水庫(kù)站、撫順站、沈陽(yáng)站及邢家窩棚站作為主要的控制站，根據(jù)圖1～圖4，給出了1956年～2011年56年天然徑流量、十年滑動(dòng)平均值及多年平均值的變化過(guò)程，整體來(lái)看4個(gè)水文站的天然徑流量、十年滑動(dòng)平均值及多年平均值的變化趨勢(shì)基本一致，在1985年～2011年期間，受豐水年的影響，豐水年、枯水年交替明顯；在1960年～1980年期間，豐水年、枯水年交替不明顯，徑流量趨于多年平均值。1956年～1970年期間，雖然徑流量不大，但是普遍在平均值以上，基本是豐水年的表現(xiàn)特征；1971年～1985年期間，徑流量普遍在平均值以下，基本是枯水年的變化特征；1986年～2011年期間，徑流量變化較大，出現(xiàn)豐水年、枯水年相互交替的現(xiàn)象。

4.2Mann-Kendall相關(guān)法變化趨勢(shì)分析

采用Mann-Kendall相關(guān)法對(duì)渾河上大伙房水庫(kù)站、撫順站、沈陽(yáng)站及邢家窩棚站的天然徑流量變化過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)，選取置信度α=0.05，則臨界值為±1.96，根據(jù)表2中的計(jì)算結(jié)果可知，水文站天然徑流量均是減小的趨勢(shì)，而且變化趨勢(shì)均不顯著。

5　水資源量對(duì)比評(píng)價(jià)

5.1河流時(shí)段水資源量分析

根據(jù)《遼寧省水資源》（2006年）及水資源公報(bào)成果，對(duì)渾河水資源量、降水量進(jìn)行1956年～1979年、1980年～2000年、2001年～2011年三個(gè)時(shí)段的對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析，1980年～2000年水資源量減少幅度較大，減少幅度在6.3%～12.6%之間，而降水量減少幅度在0.2%～2.4%之間；2001年～2011年水資源量減少幅度較大，減少幅度在7.6%～25.4%之間，而降水量減少幅度在1.0%～6.2%之間。通過(guò)對(duì)渾河在1956年～1979年、1980年～2000年和2001年～2011年三個(gè)時(shí)段的水資源量比較，隨著時(shí)間推移，降水量、地表水資源量、水資源總量均以不同幅度減小。分析得出這種減小趨勢(shì)除了受氣象因素影響外，還受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)等人為因素影響。

5.2水資源量變化趨勢(shì)分析

根據(jù)1956年～2011年渾河降水量和地表水資源量的時(shí)間序列資料，分析兩者的變化過(guò)程以及趨勢(shì)性。由圖5可知，渾河地表水資源量的變化過(guò)程與降水量的變化過(guò)程基本一致，降水量豐富的年份，地表水資源量也相應(yīng)增加；降水減少時(shí)，地表水資源量也相應(yīng)減少。渾河降水量與地表水資源量的相關(guān)系數(shù)為0.935，它們之間具有很好的相關(guān)性。通過(guò)分析降水量和地表水資源量的十年滑動(dòng)變化過(guò)程，降水量和地表水資源量的變化過(guò)程大致為，從1956年～1978年左右，整體呈下降趨勢(shì)；80年代初至90年代末連續(xù)出現(xiàn)兩次上升下降波動(dòng)過(guò)程；2000年以后呈增加趨勢(shì)。

表2　渾河天然徑流量變化Mann-Kendall檢驗(yàn)

圖5　渾河水量變化過(guò)程及十年滑動(dòng)平均趨勢(shì)

由于渾河降水量與地表水資源量的多年減小趨勢(shì)不顯著，為此采用Mann-Kendall相關(guān)法進(jìn)一步分析兩者的變化趨勢(shì)及顯著性。由表3中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，渾河降水量和地表水資源量絕大多數(shù)呈不顯著的下降趨勢(shì)，造成這種不顯著下降的原因可能是1980年以后的五次大降水年對(duì)時(shí)間序列后期的抬升影響較大。

6　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)渾河天然徑流量與水資源量過(guò)程演變分析，渾河天然和實(shí)測(cè)徑流量之間相差較大，1980年～2000年、2001年～2011年兩個(gè)時(shí)段徑流量小于1956年～1979年時(shí)段徑流量，主要水文控制站的徑流量出現(xiàn)增加或波動(dòng)，沒(méi)有明顯隨時(shí)間延續(xù)而減小的趨勢(shì)。地表水資源量在1980年～2000年、2001年～2011年比1956年～1979年時(shí)段有所減小，而2001年～2011年比1980年～2000年減小幅度更大。綜合以上，渾河天然徑流量與水資源量的變化主要受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)等人為因素的影響較大，從而導(dǎo)致渾河水文情勢(shì)變化大。陜西水利

表3　渾河水量變化Mann-Kendall檢驗(yàn)

［1］許寶，張少杰，陸小明，等.渾河流域中上游河川徑流變化特征分析［J］.水電能源科學(xué)，2015，33（10）:22-27.

［2］郝敏，陸寶宏，陸建宇，等.近50年來(lái)沭河流域天然徑流演變特征分析［J］.水電能源科學(xué)，2015，33（6）:22-26.

［3］劉國(guó)軍，王海林，馬麗.大汶河流域河川天然徑流演變規(guī)律研究［J］.節(jié)水灌溉，2010，（6）: 18-20，25.

［4］山成菊，董增川，付曉花，等.近50年來(lái)灤河流域徑流演變規(guī)律研究［J］.南水北調(diào)與水利科技，2013，11（4）:5-8，12.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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