近50年来中国六大流域年际径流变化趋势研究

第 2期
张建云等: 近 50 年来中国六大流域年际径流变化 趋势研究
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115 淮河流域径流变化及趋势研究 淮河流域主要选择了王家坝和吴家渡等水文站进行径流变化及趋势研究。实测径流量变化分析结果表明:
王家坝、吴家渡等站每 10 年递减率依次为 611% 和 717% 。 对各站年均系列的 MK 趋势分析表明: 淮河上游王家坝站在 1960- 1980 年中期和 20 世纪 90 年代中后期都
1 中国大江大河过去 50 多年径流变化及趋势研究
本文选取了中国六大江河的 19 个重点控制水文站近 50 年的实测径流资料, 分析了中国六大流域径流变化 特征。并采用了 Mann2Kendall( 简称 MK) 非参数检验方法检验了各站点的径流变化趋势。研究结果表明: 近 50
年来, 中国水文循环发生了较明显的变化, 六大江河的实测径流量整体上呈下降趋势。其中, 海河、黄河、辽
- 6514 - 6412
- 4515 - 2214
- 4516
- 7719 - 7616
- 6112 - 4011
- 6212
- 2119 319
- 113
- 3019 716
- 215
- 112 - 015
- 019
- 212 - 019
- 019
111 Mann2Kendall 统计检验方法
Mann2Kendall 统计检验方法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
( 2)
式中 UF 1= 0; E( Sk) 、Var( Sk) 是累计数 Sk 的均值和方差, 在 x1, x2, + , xn 相互独立, 且有相同连续分布时, 它们可由下式算出:
E( Sk) =
n( n + 1) 4
( 3)
Var( Sk) =
n( n -
1) ( 2n + 5) 72
( 4)
关 键 词: 气候变化; 径流量; 年际变化; MK 趋势分析
中图分类号: TV12112
文献标识码 : A
文章编号: 100126791( 2007) 0220230205
当今世界, 人类的发展与进步始终面临着人口膨胀、资源短缺和环境恶化三大问题的严重挑战。这三大问 题均与水资源有着密切的关系。我国以占全球约 6% 的可更新水资源、9% 的耕地, 支持了占全球 22% 人口的 温饱和经济发展。但是, 我们必须看到, 自 1980 年以来, 特别是近十年, 中国的水资源问题日益突出, 黄河 断流、华北地区连续多年干旱等等, 这些问题及其导致的有关社会事件已经引起了政府决策部门和公众的广泛 关注。因此, 研究中国大江大河年际径流的变化趋势, 对分析气候变化对中国水文水资源的影响, 提高气候变 化影响的认识、探讨流域综合开发利用、开展建设节约型节水社会等都具有十分重大的意义。
( 1)
i= 1
+1 式中 ri = 0
当 xi > xj 否则
( j = 1, 2, +, i )
可见, 秩序列 Sk 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:
UF k =
[ Sk - E( Sk) ] Var( Sk)
( k = 1, 2, +, n)
对各站年均系列的 MK 趋势分析表明: 观台、石匣里、响水堡和张家坟 1960 年均开始出现径流量持续减 少的趋势, 平均的 MK 值分别为- 3162、- 4184、- 3126 和- 3104, 均大大超过了 A= 0105 的显著性水平, 特 别是从 1970 年开始趋势值就突破了显著性 A= 0105 的临界值; 下会站 1980 年开始出现了减少的趋势, 但直到 近两年才突破显著性 A= 0105 的临界值, 其 MK 值达到- 213。各站均值系列的 MK 趋势变化过程见图 2。
摘要: 应用 1950 年以来的中国六大流域 19 个重点 控制水文站年径流观测 资料, 采用 MK 检验 方法研究 了中国六大 江河的年径流量变化情况。结果表明, 近 50 年来中国六大江 河的实测径 流量均呈 下降趋 势。其中海 河、黄河、辽 河、松花江实测径流量下降明显, 严重影响了我国社会经济的发展。
图 1 松辽流域片各站年均径流系列 MK 趋势变化过程图 Fig11 Mann2Kendall test for annual Mean runoff trend for key sta2
tions in Songliao River Basin
图 2 海河流域片各站年均径流系列 MK 趋势变化过程图 Fig12 Mann2Kendall test for Mean annual runoff trend for key sta2
Байду номын сангаас
第 2期
张建云等: 近 50 年来中国六大流域年际径流变化 趋势研究
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续表 1
流域 淮河流域
海河流域
松辽流域 珠江及闽
江流域
站名
王家坝 吴家渡
观台 石匣里 响水堡
下会 张家坟
铁岭 江桥 哈尔滨
梧州 石角 竹歧
全系列 292 859
311 3 161 1 111 7 8161 171 4
103 670 1 350
海河流域片主要选择了漳河的观台、桑干河的石匣里、洋河的响水堡、潮河的下会、白河的张家坟等水文 站进行径流变化及趋势研究。实测径流量变化分析结果表明: 观台、石匣里、响水堡、下会、张家坟等站每 10 年递减率依次为 2010% 、1618% 、1311% 、012% 和 1410% 。虽然下会站每 10 年递减率只有 012% , 但是该 站 1980 年以后平均径流量和 1980 年以前的径流量比较, 足足减少了约 40% 。
6 610 1 320 1 680
多年平均径流量/ ( m3# s- 1) 1980 年以前 280 878
4819 2417 1615 1112
25
116 647 1 360
6 680 1 320 1 700
1980 年以后 305 836
101 8 51 77 61 40 61 68 91 44
UF i 为标准正态分布, 它是按时间序列 x 顺序 x1, x2, + , xn 计算出的统计量序列, 给定显著性水平 A, 查正态
分布表, 若| UF i | > UA, 则表明序列存在明显的趋势变化。
按时间序列 x 逆序 xn, xn- 1, +, x1, 再重复上述过程, 同时使 UBk= - UF k, k= n, n- 1, +, 1, UB1
tions in Hai River Basin
114 黄河流域径流变化及趋势研究 黄河流域主要选择了黄河干流上、中、下游的唐乃亥、花园口、利津等水文站进行径流变化及趋势研究。
实测径流量变化分析结果表明: 唐乃亥、花园口、利津等站每 10 年递减率依次为 417% 、912% 和 1411% 。特 别是花园口和利津两水文站, 1980 年以后平均径流量和 1980 年以前的平均径流量相比较, 平均减少了 33% 和 55% 。从以上数字可以看出, 黄河流域上游来水的减少不是很多, 但是由于中下游人类活动和沿程用水的大幅 度增加, 以及气候变化等因素的影响, 致使黄河中下游河流的径流量急剧减少。
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水科 学进展
第 18 卷
测径流量变化分析结果表明: 江桥站每 10 年递减率为 117% ; 哈尔滨站每 10 年递减率为 311% ; 铁岭站每 10 年递减率为 813% 。
对各站年均系列的 MK 趋势分析表明: 江桥 站从 1960 年开始就出现径 流减少的趋势, 平均 MK 值为1174( 低于显著性 A= 0105 的临界值- 1196) , 特别是 1974- 1987 年, 径流减少趋势比较明显, 平均的 MK 值为 - 2193, 远远超过显著性 A= 0105 的临界值; 哈尔滨站也是从 1960 年开始就出现径流减少的趋势, 平均 MK 值 为- 1198( 略超过显著性 A= 0105 的临界值- 1196) , 特别是 1968- 1987 年和近几年, 径流减少趋势比较明显, 平均的 MK 值为- 2163, 远远超过显著性 A= 0105 的临界值; 铁岭站从 1950 年后期就开始出现径流减少的趋 势, 特别是从 1969 年以来, 径流减少的趋势明显, 超过了显著性 A= 0105 的临界值, 平均 MK 值达到- 3126。 各站均值系列的 MK 趋势变化过程见图 1。 113 海河流域片径流变化及趋势研究
第 18 卷 第 2 期 2007 年 3 月
水科学进展 ADVANCES IN WATER SCIENCE
Vol118, No12 Mar. , 2007
近 50 年来中国六大流域年际径流变化趋势研究
张建云1, 3, 章四龙2, 王金星2, 李 岩2
( 11 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏 南京 210029; 21 水利部水文局, 北京 100053; 31 南京水利科学研究院, 江苏 南京 210029)
= 0。
分析绘出的 UF k 和 UBk 曲线图。若 UF k 或 UBk 的值大于 0, 则表明序列呈上升趋势, 小于 0 则表明呈下降
趋势。当它们超过临界直线时, 表明上升或下降趋势显著。若超过显著性 A= 0105 的临界值, 则说明发生突变
的几率很大。
112 松辽流域片径流变化及趋势研究
松辽流域片主要选择了嫩江的江桥、松花江的哈尔滨及辽河的铁岭等水文站进行径流变化及趋势研究。实
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。由于最
初由 Mann 和 Kendall 提出了原理并发展了这一方法, 故称其为 Mann2Kendall 统计检验法。
对于具有 n 个样本量的时间序列x, 构造一秩序列:
k
6 Sk =
ri
( k = 2, 3, 4, +, n)
对各站年均系列的 MK 趋势分析表明: 黄河上游唐乃亥站 1997 年以前径流量均呈现正增长的趋势, 1997 年以后趋势变为负增长, 且逐步下降, 1997 年以后平均 MK 值为- 0165; 中游花园口站从 1970 年就开始出现 了减少的趋势, 但是到 1990 年以前, 其 MK 的平均值为- 1156, 从 1990 年以来, 出现了持续的急剧减少的趋 势, 平均的 MK 值为- 3185; 下游利津站从 1969 年开始出现 了持续的减少趋势, 于 1977 年突破显著性 A= 0105 的临界值, 平均的 MK 值为- 4114。各站均值系列的 MK 趋势变化过程见图 3。
801 2 697 1 330
6 530 1310 1 670
注: 全系列指 1950- 2004 年资料系列; 1980 年以前指 1950- 1979 年; 1980 年以后指 1980- 2004 年。
1980 年以来与其它距平/ %
与全系列
与 1980 年以前
416
911
- 217
- 418
河、松花江实测径流量下降明显; 淮河、松花江、珠江、长江也有不同程度的小幅下降; 长江中下游、淮河上 游和嫩江在 20 世纪 90 年代多次发生大洪水, 故其 1980 年以后多年平均径流量略呈增加趋势。各站 1950 年以
来的径流量见表 1。
表 1 全国大江大河重点控制站多年径流量统计 Table 1 Annual mean r unoff for key stations in lar ge rivers of China
流域 长江流域
站名
宜昌 汉口 大通
全系列
13 700 22 600 28 500
多年平均径流量/ ( m3# s- 1) 1980 年以前
13800 22400
28100
1980 年以后 13 700 22 800 29 100
1980 年以来与其它距平/ %
与全系列
与 1980 年以前
- 01 5
- 018
11 0
119
21 0
317
黄河流域
唐乃亥 花园口
利津
627 1 240 1 020
638 1 460 1 360
617
- 11 6
- 312
978
- 211 4
- 3310
605
- 401 5
- 5515
收稿日期: 2006207225; 修订日期: 2006210225 基金项目: 国家 / 十五0 科技攻关资助项目 ( 20042BA611B202204) 作者简介: 张建云( 1957- ) , 男, 江苏沛县人, 教授, 博士, 主要从事水文水资源研究。E2mail: jyzhang@ mwr1gov1 cn