近40年黄河中游径流情势变化分析

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理等的影响。由图 3 可以看出, 流域径流量表现为夏季大、冬季 小,月径流量多集中在 6~9 月。3 月份有一个小汛期, 这可能与冰 雪融水补给有关。1978 年后, 平均月径流量除了 6 月份比 1978 年 前 稍 有 增 加 , 其 他 月 份 普 遍 减 少 , 而 且 湿 季 ( 7~10 月 ) 径 流 量 的减少比较显著。
势不显著。
2.3 突变检验方法
检验序列突变的方法很多 , 本文使用了滑动 t 检验法[6]来推
估年径流序列的突变点。
t 检 验[7]可 用 来 检 验 两 个 序 列 样 本 平 均 值 之 差 是 否 显 著 , 从
而判断该序列中是否有突变发生。当两个子序列样本单元数目
n1≠n2 时,统计量为[4]:
根据各个假设突变点的前和后长度为 n 的两个子序列计算出
多个统计量 t , 取其中的最大绝对值进行统计量显著性检验。对
给定的信度水平 α, 若计算所得的 t 值大于 t 分布表中查出的临
界值, 则该点可被认为是序列的突变点。
2.4 流量历时曲线
流量历时曲 线(FDC) 定 义 为 在 某 个 时 段 内 某 个 流 量 与 大 于
一个流域径流情势的变化是气候条件与下垫面共同作用的 结果, 充分了解径流情势、气候因素和人类作用间的关系对制定 可 持 续 的 流 域 管 理 规 划 起 到 十 分 重 要 的 作 用 [2]。本 文 以 黄 河 中 游 无定河水系水土保持重点治理区— ——岔巴沟为例, 分析流域径 流的年内变化和年际变化, 推估水土保持措施对水文序列的显 著影响干扰点, 进而根据突变点前后两阶段水文序列特性的变 化, 来分析人类活动对该黄河中游径流情势的影响。
2 研究对象和方法
2.1 研究对象和资料 无定河是黄河中游河口镇—龙门区间右岸的最大支流,平
均每年约有 2.2 亿 t 泥沙随 着 滚 滚 洪 流 输 入 黄 河 , 占 黄 河 年 输 沙量 16 亿 t 的 14%,是多年来黄河中游水土 保 持 工 作 的 重 点 地 区。本文所研究的岔巴沟位于无定河流域西部的黄土丘陵沟壑 区, 见图 1, 集水面积 187km2, 每逢暴雨干、支流均会出现较大的 洪水和高含沙水流。
月平均径流量(万 m3) Q50(万 m3) Cv Q5(万 m3) Q95(万 m3)
90.5 48.86 1.34 310.69 13.93
验是否存在趋势的统计量为:
U=
!
1/2
( 1)
[Var( !) ]
式中,
!= 4P - 1
( 2)
n( n- 1)
对于随机序列有 E( !) =0,则:
Var( !) = 2( 2n+5)
( 3)
9n( n- 1)
当 n 增加时, U 很快收敛于标准正态分布。当原假设为该序列无
趋势时, 一般采用双侧检验, 在给定信度水平 α下, 若 U >Uα/2, 则拒绝原假设, 即认为趋势是存在的, 否则接受原假设, 认为趋
表 2 年径流序列特性表
1959 ̄2000
Q( 万 m3)
Cv
863.4
0.48
1959 ̄1977
Q( 万 m3)
Cv
1032.5
0.48
1978 ̄2000
Q( 万 m3)
Cv
709.65
0.36
3.2 径流的年内变化 径 流 的 年 内 变 化 主 要 是 受 到 降 雨 季 节 性 变 化 、温 度 、流 域 管
面积随时间的变化。从图 2 可以看出, 70 年代坝地面积 显 著 增
加, 1977 年到达最大, 1978 年左右大量淤堤坝被水毁, 面积显著
减少。
2.2 趋势检验
目前,在时间序列数理统计分析方法中,坎德尔秩次相关检
验 法 [5]是 分 析 时 间 序 列 平 稳 性 、检 验 趋 势 性 的 有 效 手 段 。
图 1 岔巴沟流域图 黄河中游大规模水土保持措施是人类活动导致黄河中游 径流情势变化的一个主要因素。本文选取了无定河水土保持重 点治理区岔巴沟为研究区域, 根据岔巴沟流域 1959~2000 年内 年径流、年降雨序列及各 项 水 保 措 施 的 占 地 面 积 随 时 间 的 变 化 情况来进行研究。岔巴沟流域水土保持治理工作始于 1956 年, 主 要 措 施 主 要 为 梯 田 、造 林 、种 草 和 淤 地 坝 。淤 地 坝 是 工 程 措 施 中的主要部分, 对径流的影响相对比较迅速、明显。它的发展过
1 引言
黄河是中 国 第 二 大 河 , 流 经 9 省 , 长 5 464km, 流 域 面 积 75.2 万 km2, 从 西 到 东 横 跨 青 藏 高 原 、内 蒙 古 高 原 、黄 土 高 原 和 黄淮海平原四个地貌单元。流域地势西高东低, 西部河源地区由 一系列高山组成, 常年积雪, 冰川地貌发育; 东部主要由黄河冲 积平原组成; 中部地区流经世界上最大的黄土高原, 由于黄土土 质疏松、垂 直 节 理 发 育 , 水 土 流 失 严 重 , 导 致 了 严 重 的 生 态 恶 化 和经济损失。20 世纪 60 年代以来黄河中游内进行了诸 如 修 建 水 库 、引 水 灌 溉 等 大 量 的 水 事 活 动 和 土 地 开 发 、水 土 保 持 等 一 系 列大规模生产活动, 不同程度地改变了流域下垫面条件, 使得它 的径流情势在过去的几十年里经历了较大的变化, 包括年径流 量 的 减 少 ,及 更 严 重 的 断 流 和 季 节 性 断 流 [1- 3]。
第27卷 第 5期 2007年10月
水文 JOURNAL OF C水HIN文A HYDROLOGY
Vol.27 No.5 Oct.第, 22070卷7
近 40 年黄河中游径流情势变化分析
王 蕊 1, 夏 军 2
( 1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北武汉 430072; 2.中国科学院地理科学与资源研究所, 北京 100101)
对序列 x1, x2, …, xn, 先确定所有对偶值( xi, xj, j>i) 中 xi<xj 的 出现个数( 设为 P) 。如果按顺序前进的值全部大于前一个值, 则
是 一 种 上 升 趋 势, P=( n- 1) +( n- 2) +…1, 系 为 等 差 级 数 , 其 总 和
为 P=( n- 1) n/2。如果序列全部倒过来, 则 P=0, 即为下降趋势。检
显著干扰, 年径流量减少了 30%以上, 且径流年际、年内变化均有所减小。此外, 流域径流情势随淤地坝有起有落的发展过
程出现了一系列相应的变化。
关键词: 径流情势; 黄河中游; 流量历时曲线; 变化分析
中图分类号: P333.1
文献标识码: A
文章编号: 1000- 0852(2007)05- 0074- 04
摘 要: 20 世纪 60 年代以来, 黄河中游地区一系列大规模人类生产活动如引水灌溉、水土保持等,使得 黄 河 中 下 游 的 径 流
情势在过去的几十年里经历了较大的变化, 造成流域水土流失、生态恶化和经济损失严重。本文以黄河中游的岔巴沟流域
为例,研究了 1959~2000 年黄河中游地区人类活动对径流情势的影响。结果表明: 流域径流在 1978 年受到水土保持活动的
1978 ̄2000
1959 ̄2000
统计量值
- 2.46
- 0.78
- 0.2
- 1.57
坎德尔法
显著性
**
ns
ns
ns
注: " 取=0.1, ** 表示趋势非常显著, ns 表示趋势不显著。
年降雨量 1959 ̄1977
0.41 ns
1978 ̄2000
0.23 ns
76
水文
第27卷
到了 0.36。可见, 1978 年以后, 年径流量和径流年际变化都比以 前有所减小。
表 3 岔巴沟流域 1978 年前后月径流序列特性表
指标
Q50 (万 m3) Cv
Q5(万 m3) Q95(万 m3)
岔巴沟
1956 - 1977 49.25
1978 - 2000 38.88
1.43
1.37பைடு நூலகம்
310.69
174.572
13.93
16.113
但对于 10%~90%的中、小来水, 各年代径流量与 60 年代比变化 很小。
收稿日期: 2006- 11- 15 基金项目: 国家自然科学基金项目(40671035) 作者简介: 王蕊(1982- ), 女, 吉林通化人, 武汉大学硕士研究生, 主要从事水文及水资源研究。
第5期
王蕊等: 近 40 年黄河中游径流情势变化分析
75
程有起有落[4], 图 2 显示了岔巴沟流域 1956~2000 年淤地坝占地
t= x" 1- x"2
( 4)
#S· 1 + 1 n1 n2



#S= n1s1 +n2s2 n1+n2- 2
( 5)
式中: x" 1、x" 2 和 s1 、s2 分别代表两个子序列样 本 的 平 均 值 和 均 方 差的无偏估计值。
由于突变点和它的位置是未知的, 滑动 t 检验不是将整个
序列分为两个子序列进行 t 检验, 而是在原序列上滑动突变点,
图 3 岔巴沟流域 1978 年前后两阶段月径流过程图
3.4 流量历时曲线的变化 图 4 是 岔 巴 沟 流 域 1978 年 前 后 两 阶 段 的 月 流 量 历 时 曲
线。从图中可以看出, 同样频率下径流大多在减少, 频率在 15%~95%之 间 的 来 水 减 少 比 较 稳 定 。在 极 大 或 极 小 来 水 时 , 径 流的变化幅度较大。表 3 对两个阶段月径流序列的一些特性 进 行了比较。1978 年以后 , 变 差 系 数 Cv 比 以 前 减 少 了 4.19%, Q50 减少 21.06%, Q5 减少 43.81%, Q95 增加了 15.67%。
等于该流量所对应的时间之间的相关关系, 流量历时曲线的形
状由降雨类型、流域大小和流域的 地 形 特 征 来 决 定 。FDC 在 研
究径流情势中应用很广, 它综合地描述了某流域的径流从枯水
到洪水整个阶段的全部特征, 可以较好地反映流域的降雨径流
特性。它也可以研究某频率下径流的变化, 进而来评估由于人
1980s
1990s
图 4 1978 年前后流量历时曲线对比图
为了进一步探明径流变化规律, 画出了 60 ̄90 年代的 4 条 流量历时曲线, 并用曲线表示出各频率下 70~90 年代相对于 60 年 代 的 所 减 少 的 径 流 量 , 见 图 5、图 6。 图 形 表 明 : 相 对 于 60 年 代 , 90 年 代 的 曲 线 变 化 最 大 , 70 年 代 和 80 年 代 的 曲 线 较 接 近 ,
由 表 2 中 计 算 结 果 可 知 : 1978~2000 年 的 年 平 均 径 流 量 比 1959~1978 年减少了 30%以上, 年径 流 变 差 系 数 也 由 0.48 减 少
序列名称 时段
表 1 1959 ̄2000 年年径流趋势检验结果表
年径流量
1959 ̄2000
1959 ̄1977
类 活 动 和 气 候 变 化 导 致 的 径 流 情 势 的 改 变 [8]。
3 计算结果
3.1 径流的年际变化 径流量的变化是流域径流情势变化的一个重要方面。采用
坎德尔秩次相关法对年径流序列和年降雨量进行趋势检验, 统 计 量 计 算 结 果 见 表 1。 当 取 显 著 性 水 平 α=0.05 时 , 临 界 值 为 1.645, 则 年 径 流 序 列 有 显 著 的 下 降 趋 势 , 年 降 雨 量 序 列 无 显 著 趋势。然后用滑动 t 检验法检验年径流序列的突变点, 计算可 得 : 当 取 信 度 水 平 α=0.1 时 , 年 径 流 序 列 在 1978 发 生 突 变 。 若 1978 是年径流序列的突 变 点,则 其 前 后 的 水 文 序 列 应 无 明 显 趋 势 性 。为 进 一 步 验 证 突 变 点 的 可 靠 性 ,对 突 变 点 前 后 两 个 时 段 的 水文序列进行趋势性检验, 表 1 中的检验结果进一步说明以 1978 年为年径流序列的突变点是合理的。
表 4 列出了各年代的一些径流特性, 数据表明: 与其他年 代相比, 90 年代月径流序列的变差系数 Cv 最大。月平均径流量 先逐渐减少到 90 年代有所增加, 且 90 年 代 的 Q5 和 Q95 恢 复 到 与 60 年代很接近。
表 4 60 ̄90 年代年径流量特性表
年代
1960s
1970s
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