遼河干流主要控制站近75年最大洪峰及洪量變化特征分析研究

秦曉磊

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110043)

流域年最大洪峰和最大洪量的分析是區(qū)域防洪排澇規(guī)劃設(shè)計(jì)具有重要的參考依據(jù)。當(dāng)前對(duì)于區(qū)域年最大洪峰變化特征的研究較多[1- 5]，但是對(duì)區(qū)域年最大洪量變化特征的研究還不多見。而區(qū)域年最大洪量變化特征的分析是水庫工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，是水庫工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，近些年來，對(duì)于遼河洪水特征變化的成果較多[6- 9]，為此本文基于遼河干流4個(gè)主要控制站近75年最大洪峰及洪量數(shù)據(jù)，對(duì)遼河干流的年最大洪水特征進(jìn)行分析，研究成果對(duì)于遼河流域防洪排澇規(guī)劃具有參考價(jià)值。

1 小波方差周期分析方法

結(jié)合小波方差分析方法對(duì)遼河干流4站的年最大洪峰和洪量進(jìn)行小波方差的周期分析，小波函數(shù)可定義為：設(shè)φ(t)為一平方可積函數(shù)，即φ(t)∈L2(R)，若其傅立葉變換ψ(ω)滿足容許條件：

(1)

則φ(t)稱為一個(gè)基本小波或小波母函數(shù)，將小波函數(shù)φ(t)進(jìn)行伸縮和平移，得到連續(xù)小波：

(2)

對(duì)于任意函數(shù)f(t)∈L2(R)的連續(xù)小波變換為：

(3)

式中，a—尺度因子；τ—平移因子；Wf(a，τ)—小波系數(shù)。

2 研究區(qū)域概況及資料情況

遼河為遼寧省第一大河，發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)克什克騰旗芝瑞鎮(zhèn)馬架子村，流經(jīng)內(nèi)蒙古、吉林、遼寧3省(區(qū))，在康平縣山東屯張三眼井村北進(jìn)入遼寧省境內(nèi)，并在遼寧省昌圖縣福德店附近與發(fā)源于吉林省遼源市的東遼河相匯合，其匯合處至入?？诤佣畏Q遼河干流，在遼寧省大洼縣趙圈河鄉(xiāng)河口自然保護(hù)區(qū)匯入渤海。遼河水系圖如圖1所示。結(jié)合遼河干流福德店、鐵嶺、石佛寺以及清河水庫站近75年實(shí)測(cè)年最大洪峰和最大洪量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)遼河干流主要控制站的年最大洪峰和洪量進(jìn)行分析。

3 分析成果

3.1 洪峰、洪量變化特征分析

結(jié)合四個(gè)主要控制站年最大洪峰數(shù)據(jù)，分析了各站點(diǎn)年最大洪峰變化特征，分析結(jié)果如圖2、3所示，并結(jié)合M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)方法對(duì)年最大洪峰、最大洪量的變化趨勢(shì)進(jìn)行了檢驗(yàn)，趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖1 遼河水系圖

圖2 遼河主要控制站洪峰變化過程

圖3 遼河主要控制站3日洪量變化過程

站點(diǎn)洪峰趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值洪量趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值福德店-0.4235-0.5237鐵嶺-0.2372-0.6251石佛寺-0.2272-0.4132清河水庫-0.3431-0.2893

從洪峰過程可以看出，遼河干流4個(gè)主要控制站的洪峰呈現(xiàn)略下降趨勢(shì)，且從上游到下游，洪峰逐步遞增。從洪峰趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，各主要控制站的洪峰變化趨勢(shì)檢驗(yàn)值在-0.2272～-0.4235，均低于90%的顯著檢驗(yàn)值。各站洪量和洪峰變化特點(diǎn)較為一致，也呈現(xiàn)略下降趨勢(shì)，且從上游向下游，洪量呈現(xiàn)遞增的變化趨勢(shì)。從洪量檢驗(yàn)值可以看出，洪量變化趨勢(shì)檢驗(yàn)值均大于洪峰變化檢驗(yàn)值，洪量變化的顯著性高于洪峰變化。

3.2 年最大洪峰、洪量相關(guān)特征分析

為分析遼河干流四個(gè)控制站點(diǎn)洪峰和洪量的相關(guān)特征，結(jié)合各站點(diǎn)的年最大洪峰和洪量值，分析其相關(guān)性，分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 遼河主要控制站洪峰和洪量相關(guān)分析結(jié)果

從圖4中可看出，遼河干流各控制站點(diǎn)的年最大洪峰和洪量之間的相關(guān)性均較高，相關(guān)系數(shù)均高于0.9，是高度正相關(guān)，這主要是因?yàn)檫|河干流各水庫對(duì)年最大洪峰和洪量影響較小，在大洪水期間，水庫調(diào)洪控制對(duì)區(qū)域洪水特征影響程度較低，使得遼河干流各主要控制站的年最大洪峰和洪量相關(guān)性較高，從圖中還可看出，從遼河的上游到下游，年最大洪峰和洪量之間的相關(guān)性逐步提高。

3.3 年最大洪峰、洪量小波方差周期分析

結(jié)合干流4站年最大洪峰、洪量值，用小波方差方法，對(duì)遼河干流主要控制站的年最大洪峰、洪量的震蕩周期進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖5、6所示。

圖5 遼河主要控制站洪峰小波方差分析結(jié)果

圖6 遼河主要控制站3日洪量小波方差分析結(jié)果

從圖5可看出，遼河干流各控制站點(diǎn)洪峰主震蕩周期變化不同，從上游到下游，年最大洪峰的主震蕩周期有所增加，總體來看，遼河干流4個(gè)主要控制站點(diǎn)年最大洪峰的主震蕩周期為10～15年，主震蕩周期較短。從遼河干流各控制站點(diǎn)的洪量小波方差分析結(jié)果可看出，其各站點(diǎn)的洪量主震蕩周期均要長于洪峰的主震蕩周期，且各站點(diǎn)洪量的主震蕩周期和洪峰主震蕩周期變化較為相似，從上游到下游，各控制站點(diǎn)的年最大洪量主震蕩周期逐步較大，總體而言，遼河干流4個(gè)主要控制站點(diǎn)的年最大洪量主震蕩周期為20～25年。

4 分析結(jié)論

(1)遼河干流年最大洪峰和洪量受人類活動(dòng)影響較小，兩者高度正相關(guān)，可通過建立年最大洪峰和洪量的回歸方程，結(jié)合洪峰值來推求洪量值。

(2)遼河年最大洪峰和年最大洪量分析成果可為遼河防洪規(guī)劃及區(qū)域涉水工程防洪評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。

(3)遼河干流4站的年最大洪峰和洪量變化周期較短，受氣候變化影響程度較低。