1956～2000 年淮河流域径流的变化趋势分析

1956～2000年淮河流域径流的变化趋势分析

刘翠善1,2，张建云1,2，王国庆1,2，贺瑞敏1,2

（1南京水利科学研究院，南京，210029；2 水利部应对气候变化研究中心，南京，210029）

摘要：利用淮河流域9条河流共11个主要控制站1956～2000年的年径流和汛期、非汛期径流资料，运用Mann-Kendall统计检验法分析了各控制站径流量的变化趋势。结果表明，淮河流域年径流总体呈减少趋势，其中，淮河上游的班台站和王家坝站径流未呈现明显的变化趋势；淮河干流的蚌埠站和中渡站以及支流的蒋家集站径流呈减少趋势，但并不显著；其它站自1979年以后径流减少趋势显著。汛期径流变化特征与年径流基本一致；非汛期径流一般在径流为减少趋势时的减少幅度较年径流大。就某一河流而言，下游站的径流减少趋势较上游站明显。径流减少将影响淮河流域水资源的可持续利用。

关键词：淮河流域，径流量，Mann-Kendall检验，变化趋势

1 引言

IPCC第四次评估报告指出，气候系统变暖是毋庸置疑的，目前从全球平均气温和海洋温度升高、大范围积雪和冰融化、全球平均海平面逐渐上升的观测中可以看出气候系统变暖是明显的。最近100年（1906年～2005年）的温度线性趋势为0.74℃。全球温度普遍升高，在北半球高纬度地区温度升幅较大。气候变化在亚洲引起的最严重的潜在威胁是缺水。在中亚、南亚、东亚和东南亚地区，尤其是在大江大河流域，预估可用淡水量将会减少，到21世纪50年代，由于气候变化，加上人口的增长，以及因更高的生活标准而对淡水日益增多的需求，可能对10亿以上的人口产生不利影响[1]。

全球气候变暖将加速大气环流和水文循环过程[2]，驱动降雨、蒸发等水文要素的变化，进而影响径流的变化。近年来，已有大量文献对径流的变化进行分析和探讨研究[3-9]。淮河流域地处我国南北气候过渡带，兼顾南北地区水资源特点，社会经济发达，区位优势明显，研究淮河流域径流变化对流域水资源规划和管理具有重要的参考价值。本文在统计分析淮河流域主要水文控制站1956～2000年的实测径流量变化的基础上，利用Mann-Kendall趋势分析法分析了淮河流域年径流的变化特征及汛期和非汛期径流的变化特征，并总结了径流变化的流域分布特征，为淮河流域水资源可持续开发利用提供科学依据。

2 研究区概况

淮河流域地处我国东部，介于黄河流域和长江流域之间，位于东经111o55/~122o45/，北纬30o55/~38o05/，总面积约为27万km2。淮河流域西起桐柏山、伏牛山，东临黄河，南以大别山、通扬运河、如泰运河与长江流域毗邻，北以黄河南堤和沂蒙山脉为界，包括淮河水系和沂沭泗水系。

淮河流域年均气温在11～16℃之间，最高月均气温25℃左右，最低月均气温在0℃左右。流域多年平均降水量875mm，南多北少，同纬度地区山区大于平原，沿海大于内陆，由北向南呈递增趋势，降水量的季节分布很不均衡，夏季最多，约占全年降水量60%～70%[10]。淮河流域多年平均径流深约231mm，流域内70%的年径流量集中在汛期，以暴雨形式产生。非汛期径流量仅占30%左右[11]。

基金项目：水利部公益型行业专项“气候变化对我国水安全影响及对策资助”

作者简介：刘翠善（1981－），女，山东招远人，博士研究生，主要从事气候变化和水文水资源等方面的研究。

3 资料和方法 3.1 资料

本文选取淮河主要干支流相应的控制站1956～2000年的实测年径流资料以及汛期和非汛期的径流资料作为计算的基础数据，包括淮河干流、洪河、史河、池河、淠河、颍河、涡河、沂河和沭河等，共9条河的11个控制站。淮河流域，淮河南岸汛期一般为5~8月，淮北地区为6~9月，主汛期在6~8月。淮河流域河流汛期为：史河、淠河5～9月，洪汝河、沙颍河、涡河、沂沭河、淮河等为6～9月。各控制站基本状况见图1和表1。

图1 淮河流域水文控制站分布图 表1 淮河流域干支流主要控制站状况

流域 水系 控制站

面积/km 2

多年平均天然径流量/108m 3

淮河支流 洪河 班台 11280 27.6 淮河干流 淮河 王家坝 30630 101.8 淮河支流 史河 蒋家集 5930 31.4 淮河支流 淠河 横排头 4370 33.9 淮河支流 颍河 周口 25800 38.0 淮河支流 颍河 阜阳 35246 52.3 淮河支流 涡河 蒙城 15475 13.2 淮河干流 淮河 蚌埠 121330 304.9 淮河干流 淮河 中渡 158106 367.1 淮河支流 沂河 临沂 10315 26.1 淮河支流 沭河

大官庄 4529 11.7

3.2 方法

水文要素的变化趋势是水文循环的重要内容，但很难区分某一自然过程是处于自然波动还是确实存在特定的变化趋势。针对这一问题，发展了众多的趋势诊断方法，其中Mann-Kendall （M-K ）

非参数统计方法是世界气象组织推荐并广泛使用的一种方法[12]。

水文现象是非线性现象，在非线性系统中，常常表现为系统输入或输出的某个（某些）变量不可控制或突然发生变化。Mann-Kendall 法由于其检测能力强，广泛应用来分析气温、降水和径流等要素时间序列的变化[13]。本文应用M-K 法对淮河流域主要控制站的径流进行分析，探讨流域径流的变化趋势和流域分布特征。

Mann-Kendall 秩次相关检验是一种非参数统计检验方法。非参数检验方法亦称无分布检验，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适用于类型变量和顺序变量，计算也比较简便[14]，适用水文、气象等非正态分布的数据。

对于具有n 个样本量的时间序列x ，构造一秩序列：

∑==

k

i i k r S 1

，k ＝2，3，…，n （1）

式中：

i k x x x x r j i j i i ，，，，

，当，，当L 2101=⎩⎨

⎧≤>+=

可见，秩序列k S 是第i 时刻数值大于j 时刻数值个数的累计数。

在时间序列随机独立的假定下，定义统计量

[])

var()(k k k k S S E S UF −=

， k ＝1，2，…，n （2）

式中：01=UF ，)(k S E ，)var(k S 是累计数k S 的均值和方差，在n x x x ，，，L 21相互独立，且具有相同连续分布时，它们可由下式算出：

⎪⎩

⎪⎨⎧

+−=

−=72)

52)(1()var(4)1()(n n n S n n S E k k （3） i UF 为标准正态分布，它是按时间序列x 顺序n x x x ，，，L 21计算出的统计量序列，给定显著性

水平α，查正态分布表，若αU UF i >，则表明序列存在明显的趋势变化。 4 淮河流域径流变化趋势

对淮河流域各控制站的实测径流量进行统计分析，对比1979年以前与1979年以后的年均径流量，结果表明，淮河上游的班台站、蒋家集站、王家坝站以及干流的蚌埠站和中渡站，1979年以后的年均径流量与1979年以前相比，变化不大，其距平小于10%；淮河支流的其它站，实测径流量均呈减少趋势，且减少幅度较大，其中蒙城站、临沂站和大官庄站距平已超过或接近50%。各站1956年以来的径流量见表2。