1、1葫芦河径流年际变化分析（天水市水利水电勘测设计院 甘肃 天水 741000）摘要径流的变化对整个水文系统的演化起主导作用，会对资源环境和区域经济产生重大影响，本文依据葫芦河下游秦安水文站实测月、年径流量资料，运用数理统计法对葫芦河径流的年际变化进行了分析计算，得出葫芦河近 50a 来的径流情势：年际变化总体呈现出先增大后减小的趋势，特别近几年，葫芦河进入相对枯水期，年径流变差系数和极值比较大，反映出葫芦河径流丰枯水年变化剧烈，流域调蓄能力不强；径流 M-K 趋势反映葫芦河径流总体呈现减小趋势，径流在 1989 年和 2003 年发生突变。关键词葫芦河，径流，年际变化，数理统计，Mann- k
2、endall 秩次检验法序言河川径流量是水循环的重要环节，会对资源环境和区域经济产生重大影响，近年来，由于人类活动频繁，各流域的河川径流量都出现了不同程度的增大和减小趋势。葫芦河是黄渭河上游较大的支流，为甘肃省中部静宁县、庄浪县、秦安县提供丰富的水资源，同时也是这一地区防洪减灾重要设防河流。因此有必要对葫芦河径流变化规律进行深入研究，以便深入了解葫芦河流域地表水资源的变化趋势，为水资源的合理开发利用、流域的生态安全和防洪减灾提供科学依据。1 研究区概况葫芦2河属渭河一级支流，发源于宁夏回族自治区西吉县月亮山，河源处海拔高程 2550m，由北向南流经静宁县、庄浪县、秦安县至麦积区南河川汇入渭河。
3、河流全长 287 km，流域面积10740 km2，河道平均比降 0.44%。整个流域地处六盘山以西地区，地貌类型为高黄土梁，黄土梁相对高度达200m 以上。河流多年平均径流量3.09 亿 m3。多年平均输沙量 776 万t。图 1-1 葫芦河流域地理位置图32 研究内容及方法2.1 研究内容本次研究以葫芦河下游秦安站 1956-2006 年实测径流资料为基础，对径流年际变化特点进行分析，揭示葫芦河流域径流系统的演化规律和趋势变化特点。2.2 研究方法（一）距平法距平是常用的表示径流偏离正常情况的统计量，即 xi- 。（二）变差系数和年际极值比变差系数是衡量系列相对离散程度的参数，变差系数大小
4、反映河川径流在多年中的变化情况，计算式为：（2-5）n2ii1vKCx其中：K i 为第 i 年的年径流变率， Ki= ，n 为资料年数。x（三）Mann- kendall 秩次检验法在 M-K 秩次检验中，原假设 H0：时间序列数据（x1,x2，xn）是 n 个独立同分布的随机变量样本；备择假设 H1 是双边检验；对于所有的 k，jn且 kj，x k和 xj 的分布是不相同的，检验的统计变量 S 计算如下式： S= （2-6）jk1nsig()kxj其中，sign() 为符号函数。当 xj-xk小于、等于或大于零时 sign(xj-xk)分别为-1、0 或 1。S 为正态分布，其均值为 0，
5、方差Var (1)258ii ni=（ ） =n(-)2+5-t(2-7)s0s0 s0()var(0(1)r(szs4使用连续 Mann-Kendall 检验来清晰看到趋势随时间的变化过程。连续值U（t ）为一标准化变量，具体计算如下1titijijSat=2，3，n E（t）=t （t-1）/4 Var（s t）= t（t-1） （2t+5） /72 t=1，2，.，n (S)U()vartt采用双边趋势检验，统计量 U 称为 M-K 秩次检验系数，在给定一显著性水平 =5%，查正态分布表得到临界值 =1.96。若 ，拒绝原假/2/2U设，即表明原序列存在一个显著的增长或减少趋势。若 ，接
6、受原假设，/U 服从标准正态分布，即序列无趋势变化。即所有 U 随时间变化曲线落在置信区间 内，那么原序列不存在变化趋势，反之，原序列存在显著的/2/,变化趋势。将原时间序列 x 按顺序排列，按以上公式计算得出 U（t）为统计量 UF；原时间序列 x 按逆序排列，再按上式计算得出的 U（t ）为统计量 UB，将统计量曲线 UF、 UB 和信度线（ u0.05=1.96）绘制在同一张图上，如果 UF 值大于0，则表明原序列呈上升趋势，反之则呈下降趋势；当 UF 超过置信度线时，表明上升或下降趋势显著，超过置信度线的范围确定为出现突变的时间区域。3 成果分析（一）径流的年际变化河川径流是流域自然地
7、理因素综合作用的产物，各河流径流量年际变化呈现不同的特点。根据葫芦河 1956-2006 年共 51 年年径流资料系列，计算径流距xix j xix j0ij 1ji （2-12）5平，分析葫芦河径流多年变化特征。根据水文预报规范，径流丰枯情况的划分标准为：P -20%为枯水；-20%P-10%为偏枯；-10%P 10%为平水；10% P20%为偏丰； P20%为丰水。图 3-1 葫芦河径流距平图从图 3-1 中看出：葫芦河径流年际波动较大，总体表现为先增大后减小的趋势，丰平枯水年交替出现，秦安站枯水年出现的次数最多，丰水年次之，平水年最少。50 年代为葫芦河径流平水期，60 年代至 70 年
8、代为葫芦河丰水期，80 年代至 21 世纪初为葫芦河连续枯水期。（二）径流变差系数和年极值比对水文现象来说，变差系数 Cv，年 反映河川径流在多年中的变化情况，C v，年 值越大，表明丰枯水年的年径流变化剧烈，容易引发干旱或洪涝灾害，对水资源的开发利用不利。年际径流极值比越大，反映径流年际变化幅度越大。表 3-4 葫芦河流域年径流量特征值表最大 最小水文站年径流量（亿m3）流域面积（km 2） Cv，年 年径流量（亿 m3） 年份年径流量（亿m3）年份最大/最小秦安） 3.09 9805 0.68 8.48 1968 0.32 1997 26.5从表 3-4 中可以看出，葫芦河 Cv，年 值为
9、 0.68，表明葫芦河径流年际变化剧-80-60-40-200204060801001956-1959年 1960-1969年 1970-1979年 1980-1989年 1990-1999年 2000-2006年年 份径 流 距 平 （ %）6烈，多年分配不均匀、不稳定，丰水年易发生洪水问题，枯水年易发生干旱问题。自 1956 年以来，葫芦河流域水量最丰沛的一年为 1968 年，1997 年是葫芦河流域历史上最枯的一年，年际径流量极值比为 26.5，表明该流域调蓄能力较弱，年际变化幅度大。（三）径流 M-K 秩次检验根据葫芦河秦安站 1956-2006 年实测径流资料系列，采用 Mann-K
10、endall 秩次检验法计算出时间序列的 UF 和 UB 值。图 3-2 为葫芦河年径流 Mann-Kendall秩次检验方法统计变化图。图中水平直虚线为 0.05 显著性水平临界值（1.96 ） ，虚线表示 UF 值，实线代表 UB。图 3-2 葫芦河年径流 M-K 曲线图从年径流 M-K 曲线图中可以看出：葫芦河流域 51a 径流量总体上有减小趋势。分阶段来看：1956-1989 年 UF 曲线呈不规则的周期性波动变化，1972-1989 年径流呈明显下降趋势，但介于 0.05 置信区间，表明径流在 0.05显著性水平下，变化趋势不显著； 1990-2002 年径流下降趋势显著；1966-
11、1970年、2003-2006 年径流上升趋势显著，1989 年和 2003 年 UF 和 UB 曲线相交，表明葫芦河径流发生突变。-6-4-202461951961961971976198198619196201206yearstaitcs u(t), *(t) UF UB75 结语葫芦河是甘肃省中部防洪减灾的重要的河流。本次研究从最基本的径流资料入手，通过对 1956-2006 年共 51 年水文实测资料的分析，对葫芦河径流年际变化情况及趋势进行系统的研究，得出结论：葫芦河流域丰枯水年径流变化剧烈，容易发生干旱和洪涝灾害，流域地区应该做好防灾减灾工作。参考文献1张济世，康尔泗，蓝永超等.5
12、0a 来洮河流域降水径流变化趋势分析J. 冰川冻土.2003，25（1）：77-82.2李艳，陈晓宏，张鹏飞.北江流域径流序列年内分配特征及其趋势分析J.中山大学学报（自然科学版）.2007，46（5）：113-116.3冯国璋，李瑛，李佩成.河川径流年内分配不均匀性的量化研究J.西北农林大学学报.2000，28（2）：50-53.4郑红星，刘昌明.黄河源区径流年内分配变化规律分析J.地理科学进展.2003，22（6）：585-589.5刘贤赵，李嘉竹，宿庆等.基于集中度与集中期的径流年内分配研究J.地理科学.2007，27（6）：791-795.6徐东霞，章光新.嫩江径流年内变化特征分析J.干旱区资源与环境.2009，23（7）：48-51.7刘晓黎，黄强，吕玉洁等.洮河流域径流变化特征分析J.干旱区资源与环境.2008，22（9）：97-101.作者简介：田桂琴（1964.6-）甘肃天水市人，工程师，从事水利工程规划设计及造价分析工作。8联系电话：13893891399；邮箱：；通讯地址：天水市秦州区公园路 61 号；邮编：741000
