丹江口水库对汉江中下游径流的影响研究

《河南水利与南水北调》2012年第10期
丹江口水库对汉江中下游径流的影响研究
□邹磊□杨惠敏（郑州大学水利与环境学院）
摘要：以丹江口水库下游黄家港水文站1956—1997年径流资料为研究对象，采用K endal l秩次相关检验、有序聚类分析等方法对年径流变化进行趋势、跳跃分析，并对汛期、非汛期径流变化情况进行分析。

结论表明，丹江口水库的运行使汉江中下游年径流量有一定的减少趋势，同时对年内汛期、非汛期径流量产生较大影响。

关键词：径流量；水文变异分析；丹江口水库
20世纪中期以来，水资源开发程度的加大对河川径流产生显著影响。

径流过程对河流水利工程的建设具有一定的敏感性，特别是对工程下游地区的影响是研究的重点，对当地的发展、规划等有重要意义。

本文从定性及定量方面，分析研究了丹江口水库对汉江中下游径流量的影响，对开发利用汉江、调度丹江口水库具有一定的指导作用，对生产、生活、生态具有重要意义。

1.研究区情况
汉江是长江的最大支流，全长1557km，流域面积达15.1万km2。

此流域属于亚热带季风区，气候温和湿润，多年平均降水量873mm，多年平均径流量517亿m3。

在汉江中游，建设了丹江口水库，于1958年始建，1973年竣工，地跨豫鄂两省，水域面积8.4万km2，蓄水总量达81亿m3。

汉江中游丹江口水库的建设,在促进社会经济发展的同时,改变了河流原有的水文情势,对径流产生显著的径流调节作用。

因此，研究丹江口水库对汉江中下游径流的影响具有重要意义。

图1研究区位置图
2.资料来源与研究方法
水文时间序列变异分析是水文统计分析的一项重要内容。

本文对谢平等提出的水文变异诊断系统进行简化，对汉江中下游年径流量序列进行诊断，并分析汛期、非汛期径流量在建库前后的变化情况，初步探讨兴建丹江口水库对汉江中下游径流量的影响。

2.1资料来源
选择丹江口水库下游黄家港水文站1956—1997年的径流数据。

同时，选取丹江口水库上游白河水文站1956—1990年数据为对比资料，对黄家港水文站径流数据进行跳跃性检验。

2.2研究方法
对年径流量滑动平均法进行初步诊断。

进而详细诊断，进行趋势判断，选用Kendall秩次相关检验、spearman秩次相关检验等。

同时对跳跃成分进行识别，选用有序聚类分析法、跳跃显著性检验等方法。

2.2.1初步诊断
利用滑动平均法，对序列x
1
,x2,…,x n取5年平均，求出新的序列yi，使趋势清晰地显示出来。

2.2.2详细诊断
（1）趋势分析方法
在Kendall秩次相关检验中，对于序列x
1
,x2,…,x n，先确定所
有对偶值（x
i
,x j）(j>i)中x i<x j出现的个数k,构造统计量
U=t
[D(t)]1/2
其中，t=4k
n(n-1)
-1;D(t)=2(2n+5)
9n(n-1)
假设原序列无趋势。

给定显著性水平α后，查算U
α/2。

当时，接受原假设，即趋势不显著；反之，拒绝原假设，即趋势显著。

（2）跳跃分析方法
在有序聚类分析法[2]中，对水文序列x
1
,x
2
,…,x n，实行最优
二分割法。

设可能的突变点为τ，则突变前后的离差平方和分水文水资源
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别为V τ=τ
i =1
Σ(x i -x 軃τ
)2V n-τ=n i=τ+1
Σ(x i -x 軃n-τ)2式中，x 軃τ、x 軃n-τ分别
为τ前后两部分的均值。

这样总离差平方和为S n (τ)=V τ+V n-t
那么，当S=min 2≤τ≤n-1{S n
(τ)}时的τ的最优二分割点，
可以推断为突变点。

2.2.3综合诊断（1
）趋势综合诊断在趋势综合诊断中，取显著性为1，反之为-1，对各种方法的显著性求和，若其和大于1，则趋势显著，反之，趋势不显著。

（2）跳跃综合诊断
本文利用文中对水文序列变异点检验方法的性能比较结果，对本文中所用方法结论进行综合分析。

3.结果分析
3.1年径流量变化情况分析3.1.1初步诊断
利用黄家港水文站42年年径流系列做出年径流量过程图，并绘制5年滑动平均曲线，如图2。

图2黄家港水文站年径流过程及5a 滑动平均曲线图
由图2中年径流量过程线及5a 滑动平均曲线可知，在42年中，径流量具有一定的减少趋势，在1990年后减少趋势明显。

3.1.2详细诊断
对黄家港水文站42年径流量序列进行趋势分析及跳跃分析，计算结果如表1所示。

表1黄家港水文站年径流量变化情况分析表
表1中显示，
在趋势分析中，Kendall 法得出U=-2.2，给定显著性水平α后，查算U α/2,年径流量具有显著的减少趋势成分。

同时利用spearman 秩次相关检验，得T=-7.1，给定显著性水平α，得出减少显著的结论。

在跳跃成分检验中，利用有序聚类分析法分析得1990年为最优分割点，并通过游程检验，k=8，U=-2.7，对于给定显著性水平α=5%后，查的∣U ∣>U α/2,得1990年的年径流量具有跳跃成分。

利用Lee-Heghinian 检验法对黄家港测站年径流量系
列进行检验，得1996年为突变点。

按照成因分析，假定1967年为突变点，按照水库建成时间进行游程检验，k=18，U=-0.055，对于给定显著性水平α=5%后，∣U ∣<U α/2,不具有显著跳跃成分。

利用时序累计值相关曲线法，点绘出黄家港年径流量与白河年径流量的关系图。

先对白河站水文数据利用kendall 秩次相关法进行检验，得出U=-0.64，∣U ∣<U α/2,变化平缓；利用Lee-Heghinian 检验法得出变异年份为1992年；有序聚类分析法得出变异年份为1990年。

由图可知，
黄家港年径流量与白河年径流量时序累计值相关曲线较为平滑，说明黄家港水文站1990年前无明显突变，如图3。

图3黄家港白河年径流量时序累计值相关曲线图3.1.3综合分析
由各方法得出结论进行显著性求和，结果为2，综合显著性大于1，可认为该年径流序列具有显著性趋势。

设计含有变异点的P-Ⅲ水文时间序列生成器，用生成的序列测试各种方法对变异点得检验效果，通过检验效率定量描述各种方法的性能。

可得出结论：
有序聚类检验法和Lee —Heghinian 检验法比较适合于检验均值发生变异的情况,检验效果较好，其中有序聚类检验法的结论最具代表性。

游程检验法中，当n 1或n 2＜20时成果不可靠。

结合时序累计值相关曲线法得出结论综合
分析，黄家港水文站年径流序列于1990年发生了突变。

对有序聚类分析法得出的1990年为黄家港年径流量突变点的结论进行成因分析，发现汉江上游距丹江口水电站260km 处有一安康水电站，其1989年12月下闸蓄水后对汉江中下游年径流量也有一定影响，导致汉江中下游年径流过程发生突变。

3.1.4汛期非汛期变化情况分析
汉江流域5月到10月为汛期，11月到次年4月为非汛期，对42年黄家港水文站径流量进行分析，做出年汛期、非汛期径流量过程线，如图4。

图4黄家港水文站年汛期
、非汛期径流量变化过程线图同时，经过计算，得到建库前后，黄家港水文站汛期、非汛期径流量平均值及占年内总径流量比率情况，如表2。

趋势分析Kendall 法spearman 秩次相关检验
减少显著
减少显著跳跃分析
有序聚类分析法Lee-Heghinian 检验法成因分析游程检验法
时序累计
值
相关曲线法
1990年
1996年
1967年无跳跃无明显突变
水文水资源
《河南水利与南水北调》2012年第10期
表2
黄家港水文站汛期非汛期径流量占年内比率变化表表
表中显示，建库前后，汉江中下游的径流量的年内分配发生了较大的改变，汛期减少11.0%，非汛期增加11%。

说明丹江口水库的调节作用对汉江中下游年内汛期、非汛期的径流情况
产生了较大影响。

4.结语
利用水文变异诊断等方法研究了丹江口水库对汉江中下游径流的影响。

丹江口水库的修建对汉江中下游年径流量具有减少的作用。

同时，丹江口水库的调蓄作用对汉江中下游年内径流量分配影响较大，使汛期水量减少，非汛期水量增多。

这对于中下游生产生活具有兴利作用，蓄洪补枯，使天然来水能在时间和空间上较好地满足用水部门的要求。

收稿日期：2012-04-10
时
段
汛期（109m 3）非汛期（109m 3）
1956-1967年31.1
76.9%9.3
23.1%1968-1997年
22.265.9%
11.534.1%
作者简介：朱玉祥（1957-），男，高级工程师，从事水文工作30余年，获得称重式蒸发器设计专利等。

石门河流域“2010·8·18”特大暴雨
洪水调查分析
□朱玉祥(河南省新乡水文水资源勘测局)
摘要:本文通过暴雨洪水成因相关关系，通过水量平衡方法研究豫北地区发生局部洪水时河道在流域下垫面因素变化的情
况下的洪水过程，分析说明下垫面因素变化对洪水过程造成的影响。

关键词：暴雨洪水成因；水量平衡；洪水分析
1.暴雨成因及洪水情况
受副热带高压和西风槽云系的共同影响，2010年8月18日至20日，新乡市北部山区遭特大暴雨袭击，共产主义渠合河水文站以上（石门河、黄水河）流域平均降雨量179.9mm ，降雨较大的遥测站点分布于两河上游区的辉县市西北部山区，其中新村478mm 、韩口380mm 、后庄379mm 、丁庄357.5mm 、石门299.5mm 、黄水口278.5mm 。

受降雨影响，石门水库于18日22时15分蓄满并开始启闸泄洪，23时50分达到最大泄洪流量617m 3/s ，总泄洪时间120h ，其中泄洪流量>40m 3/s 的时间达50h 以上。

共产主义渠合河水文站于18日20时开始起涨，21日2时洪峰流量106m 3/s 。

2.水量平衡分析
石门河属卫河支流之一，发源于山西省陵川县东南进头窑村，南流至辉县上八里乡松树坪村西北进入新乡市境内。

流经
辉县的上八里、洪洲、赵固、冀屯、占城等乡镇，在占城镇蔡旗营村东南与黄水河汇流，后进入新乡市凤泉区，于合河乡后村北入共产主义渠。

河道全长57km ，其中新乡市境内长42km 。

流域面积385.3km 2，
其中新乡市境内流域面积317.6km 2。

1970年在其上的辉县上八里乡修建了石门水库，控制流域面积132km 2，水库坝高90.2m ，坝顶长291m ，总库容3084万m 3,兴利库容2795万m 3。

拦蓄洪水、削减洪峰，减免下游洪水灾害。

黄水河发源于辉县黄水乡滴水寨，于黄水乡河西村出山，流经黄水、
洪洲、高庄、赵固、北云门、占城六乡镇，于占城镇蔡旗营村东南汇入石门河，全长45km ，流域面积260km 2，南北走向，本河道无大型控制性工程。

2010年8月18日8时石门水库已蓄满至汛限水位，受强降雨影响，库水位迅速超过汛限水位，于8月18日22时15分开始启闸泄洪，至24日0时关闸止共下泄洪水2.6×107m 3。

石门水库流域面积132km 2，8月18日至20日库区以上山区降水量为310mm ，总降水量为4.1×107m 3，由此可推算出该流域山区本次降雨径流系数为0.638，从石门、黄水两河流域图上测算出
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水文水资源。