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（1新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局；2河南省水利第一工程局）

河南省衛(wèi)河流域降水徑流演變規(guī)律分析

□趙文舉1□李東陽(yáng)2□趙瓏迪1

（1新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局；2河南省水利第一工程局）

根據(jù)河南省衛(wèi)河流域1956-2012年的降水、徑流資料，運(yùn)用Mann-Kendall法、徑流差積曲線、雙累積曲線法對(duì)降水、徑流的年際變化趨勢(shì)、突變特征及相關(guān)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：河南省衛(wèi)河流域的降水量和徑流量在1956-2012年期間呈現(xiàn)遞減的變化趨勢(shì)，徑流量的下降趨勢(shì)較降水更為明顯；期間降水量發(fā)生多次突變，徑流量在1978年發(fā)生一次突變，兩者的變化過(guò)程并不完全同步；降雨徑流關(guān)系的突變發(fā)生于1979、1980年前后，1980年前后的降水徑流關(guān)系存在較大差異。

降水；徑流；Mann-Kendall法；徑流差積曲線；雙累積曲線

0 引言

衛(wèi)河是河南省海河流域最大的河流，區(qū)域內(nèi)西部礦產(chǎn)資源豐富，是河南省乃至全國(guó)主要的貴金屬、有色金屬、能源礦產(chǎn)基地，東部廣大平原具有農(nóng)作物生長(zhǎng)良好條件，是河南省乃至全國(guó)重要的糧棉油生產(chǎn)基地。隨著流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，河南省衛(wèi)河流域的水資源開(kāi)發(fā)利用程度大幅度提高，土地的開(kāi)發(fā)利用和城市化程度不斷擴(kuò)大，已對(duì)本流域的下墊面條件產(chǎn)生了顯著影響。為此，分析在人類活動(dòng)日益加劇的現(xiàn)實(shí)情況下的降水徑流變化規(guī)律，不僅有助于了解區(qū)域內(nèi)的水資源變化特性，而且也有利于區(qū)域水資源的合理配置與開(kāi)發(fā)利用。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

衛(wèi)河是海河水系南運(yùn)河的支流，發(fā)源于山西省陵川縣奪火鎮(zhèn)，流經(jīng)河南省博愛(ài)、焦作、武陟、修武、獲嘉、輝縣、新鄉(xiāng)、衛(wèi)輝、浚縣、滑縣、湯陰、內(nèi)黃、清豐、南樂(lè)，入河北省大名縣，至山東省館陶縣秤鉤灣與漳河相會(huì)后進(jìn)入南運(yùn)河。省境以上河長(zhǎng)286 km，流域面積12 911 km2。

衛(wèi)河的主要支流有淇河、湯河、安陽(yáng)河等。淇河是衛(wèi)河最大支流，發(fā)源于山西省陵川縣，經(jīng)輝縣、林州、鶴壁、淇縣，在浚縣劉莊入衛(wèi)河，河長(zhǎng)162 km，流域面積2 142 km2；湯河發(fā)源于鶴壁市孫圣溝，經(jīng)湯陰、安陽(yáng)，于內(nèi)黃縣西元村匯入衛(wèi)河，河長(zhǎng)73 km，流域面積1 287 km2；安陽(yáng)河發(fā)源于林州黃花寺，經(jīng)安陽(yáng)縣于內(nèi)黃縣入衛(wèi)河，河長(zhǎng)160 km，流域面積1 953km2。

元村集水文站作為河南省衛(wèi)河流域的出境控制站，位于衛(wèi)河干流右岸南樂(lè)縣元村集，東經(jīng)115°03、′北緯36°07，′至河口距離112 km，集水面積14 286 km2。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

降水資料：為分析流域降水量的變化規(guī)律，采用衛(wèi)河元村集以上49處代表雨量站1956-2012年的降水系列資料，采用加權(quán)平均方法計(jì)算流域面平均雨量。

徑流資料：選取河南省衛(wèi)河流域的出境控制站元村集水文站1956-2012年的天然徑流量系列。

1.3 研究方法

采用世界氣象組織推薦的Mann—Kendall非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法對(duì)河南省衛(wèi)河流域1956-2012年的降水量以及天然徑流量進(jìn)行趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)。Mann-Kendall法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，可以對(duì)氣溫、降雨、徑流等時(shí)間序列的變化趨勢(shì)進(jìn)行定量的分析，還可用以檢驗(yàn)時(shí)間序列的可能突變點(diǎn)，已廣泛用于水文氣象等時(shí)間序列的趨勢(shì)分析與突變檢驗(yàn)中。

2 降水變化規(guī)律

由河南省衛(wèi)河流域面平均降水量的逐年變化過(guò)程可以得出，20世紀(jì)50年代中期以來(lái)流域的年降水量呈現(xiàn)出遞減的變化趨勢(shì)。采用Mann-Kendall法對(duì)年降水序列進(jìn)行定量的趨勢(shì)分析和突變點(diǎn)檢驗(yàn)，年降水的Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)值Z=－0.94。取置信度水平為99%，相應(yīng)的臨界值為2.32，沒(méi)有通過(guò)置信度99%的顯著性檢驗(yàn)，表明流域的年降水量在1956-2012年中呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但趨勢(shì)不明顯。

圖1是對(duì)流域的年降水量序列用M－K法檢驗(yàn)突變點(diǎn)的正序與逆序曲線，從圖中可以看出，UF和UB曲線在99%的置信度臨界線之間存在多個(gè)突變點(diǎn)，分別為1957、1958、1959、1963、1965、2003、2004年和2012年，由此也可以看出，河南省衛(wèi)河流域降水在1965年之前年際變化非常劇烈，存在多個(gè)突變點(diǎn)，之后直到2003年年際變化相對(duì)平緩，2003年之后流域降水變化又趨向劇烈。

圖1 流域年降水量突變情況圖

3 徑流變化規(guī)律

由河南省衛(wèi)河流域的出境控制站元村集水文站的天然徑流量逐年變化過(guò)程可以得出，20世紀(jì)50年代以來(lái)流域的年徑流量呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì)，下降趨勢(shì)較降水更為明顯。采用Mann-Kendall法對(duì)年徑流序列進(jìn)行趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)，Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)值Z=-3.55。取置信度水平為99%，相應(yīng)的臨界值為2.32。通過(guò)置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)，表明流域的天然徑流量在1956-2012年中存在比較明顯的下降趨勢(shì)。

對(duì)流域的年徑流量序列也用M－K法檢驗(yàn)突變點(diǎn)的正序與逆序曲線進(jìn)行分析，得出UF和UB曲線在99%的置信度臨界線之間存在交點(diǎn)，由此可以斷定，自1956年以來(lái)，衛(wèi)河流域的天然年徑流在1978年發(fā)生了一次突變。

繪制1956-2012年天然徑流差積曲線，見(jiàn)圖2，進(jìn)一步分析年徑流的豐枯變化情況。年徑流差積曲線上升表示偏豐水年，下降表示偏枯水年，曲線坡度反映降徑流的豐枯強(qiáng)度。從圖中可以看出：1956-1977年總體呈上升趨勢(shì)，表明豐水或偏豐水年份較多；1978-2012年總體呈下降趨勢(shì)，表明枯水或偏枯水年份較多。豐枯變化的分析結(jié)果與檢測(cè)到的突變點(diǎn)發(fā)生時(shí)間基本吻合，進(jìn)一步證明檢測(cè)到的突變點(diǎn)是合理可信的。

圖2 衛(wèi)河元村集站天然徑流差積曲線圖

4 降水徑流關(guān)系變化規(guī)律

采用雙累積曲線法確定河南省衛(wèi)河流域1956-2012年降水～徑流關(guān)系的突變年份，并建立突變年份前后的降水量與徑流量的相關(guān)圖，分析降水徑流關(guān)系變化。

雙累積曲線法的基本原理是利用累積降雨量與累積徑流量（或累積輸沙量）曲線斜率變化來(lái)分析水沙變化趨勢(shì)，曲線斜率的變化表示單位降雨量所產(chǎn)生的徑流量和輸沙量的變化。如果斜率發(fā)生轉(zhuǎn)折即認(rèn)為流域下墊面的產(chǎn)水產(chǎn)沙關(guān)系發(fā)生了較大變化，從而判斷水沙突變年份。

將河南省衛(wèi)河流域1956-2012年面平均降水量與元村集站天然徑流量建立雙累積曲線，見(jiàn)圖3。由圖可見(jiàn)，降雨徑流關(guān)系突變于1979、1980年前后，以1980年為界，將系列劃分為1956-1979年和1980-2012年兩個(gè)系列，分別進(jìn)行降水～徑流的相關(guān)分析。經(jīng)過(guò)分析得出，相同的面平均雨量下，20世紀(jì)80年代之后產(chǎn)流量較80年代之前有所減少，降雨量越大，相應(yīng)的產(chǎn)流量減少幅度也越大。就相關(guān)性而言，在1980年之前，降水徑流相關(guān)性較大，相關(guān)系數(shù)為0.87，1980年之后，兩者的相關(guān)性下降，相關(guān)系數(shù)降為0.74。

圖3 河南省衛(wèi)河流域面平均雨量與徑流量雙累積曲線圖

5 結(jié)語(yǔ)

河南省衛(wèi)河流域的降水量在1956-2012年期間呈現(xiàn)遞減的變化趨勢(shì)，但下降趨勢(shì)不明顯，1965年之前年際變化非常劇烈，1965-2003年之間變化相對(duì)平緩，2003年之后流域降水變化又趨向劇烈。徑流量的下降趨勢(shì)較降水更為明顯，并在1978年發(fā)生了一次突變。1956-1977年豐水或偏豐水年份較多；1978-2012年枯水或偏枯水年份較多。降雨徑流關(guān)系突變于1979、1980年前后，在1980年之前，降水徑流相關(guān)性較大，徑流系數(shù)也較大，1980年之后，兩者的相關(guān)性下降，徑流系數(shù)也隨之減小。在相同的面平均雨量下，20世紀(jì)80年代之后產(chǎn)流量較80年代之前有所減少。通過(guò)降水與徑流的對(duì)比分析可以看出，兩者的變化過(guò)程并不完全同步，徑流量的變化不僅歸因于降水量的變化，在更大程度上受到下墊面條件改變、人類活動(dòng)等因素的影響。

［1］康淑媛，張勃，柳景峰等.基于Mann-Kendall法的張掖市降水量時(shí)空分布規(guī)律分析［J］.資源科學(xué)，2009，31（3）：501-508．

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［4］穆興民，張秀勤，高鵬等.雙累積曲線方法理論及在水文氣象領(lǐng)域應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題［J］.水文，2010，30（4）：47-51．

（編輯：左英勇）

S271

A文章編號(hào)：1673-8853（2017）01-0049-02

2016-11-13