劉艷娟，許曉艷，胡 娜

（1.遼寧省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心鞍山分中心，遼寧 鞍山 114002；2.遼寧省水文水資源勘測(cè)局，遼寧 沈陽(yáng) 110003；3.大連市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116021）

1 渾河流域概況

渾河為遼寧東部地區(qū)較大的河流，流域南部與太子河毗鄰，北與清、柴、汎河接壤，東部以龍崗山脈與鴨綠江及松花江流域分界。渾河發(fā)源于清原縣灣甸子鎮(zhèn)，長(zhǎng)白山支脈滾馬嶺，流經(jīng)撫順、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山4個(gè)市。渾河全長(zhǎng)415 km，流域面積11481 km2。渾河流域主要支流有英額河、蘇子河、社河、東洲河、古城河、細(xì)河、蒲河等。

2 流域下墊面變化分析

從渾河流域平面演變、縱向演變、橫向演變等方面分析，渾河大伙房水庫(kù)以下河段大部分位于城市段，受堤防和攔河建筑物影響，橫向和縱向演變較為穩(wěn)定；部分河段受采砂等人為影響，河道下切較為嚴(yán)重。

在渾河干流上建有大伙房1座大型水庫(kù)，支流上建有后樓、小孤家、紅升、腰堡、關(guān)山、英守、紅河（電站）等7座中型水庫(kù)（電站），另建有?。á瘢┬退畮?kù)33座（含1座水電站）。大伙房以上流域內(nèi)1979年前建成的中小型水庫(kù)的庫(kù)容占現(xiàn)在總庫(kù)容的50%以上，還有大量池塘及攔河壩工程。

3 分析方法原理

采用趨勢(shì)變化及趨勢(shì)變異識(shí)別分析法，分析渾河流域下墊面對(duì)徑流系數(shù)的影響。趨勢(shì)變化及趨勢(shì)變異識(shí)別各種方法的原理如下。

3.1 滑動(dòng)平均法

對(duì)于原序列（x1，x1，……，xn）的滑動(dòng)平均，使原序列變得平滑，形成新的系列yt中通過目估的辦法判斷序列是否有明顯變化趨勢(shì)。

3.2 Hurst系數(shù)法

H系數(shù)常用來定量表證水文序列是否為隨即序列，以及對(duì)序列的長(zhǎng)期相關(guān)性進(jìn)行分析，通過計(jì)算水文系列的Hurst系數(shù)H，與臨界值比較判別系列變化特點(diǎn)。

Hurst系數(shù)計(jì)算的常用方法為R/S分析方法，又稱為重標(biāo)極差分析，時(shí)間序列｛X（t）｝，t＝1，2，…，對(duì)于任意正整數(shù)τ≥1，定義均值序列

用ζ（t）表示累積離差：

極差R定義為：

R（τ）＝maxζ（t，τ）-minζ（t，τ），τ＝1，2，…，n

標(biāo)準(zhǔn)差S定義為：

考慮比值 R（τ）/S（τ）＝R/S，對(duì)于給定的序列，任何長(zhǎng)度τ的 R/S均可統(tǒng)計(jì)計(jì)算。R/S＝（cτ）H，可以推出 ln[ R（τ）/S（τ）]＝H（ lnc+lnτ），用最小二乘法可求得參數(shù)c和Hurst系數(shù)H，根據(jù)下式計(jì)算分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動(dòng)增量的相關(guān)函數(shù)C（t），利用相關(guān)函數(shù)C（t）值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。在給定顯著水平為α的條件下，當(dāng)C（t）小于臨界值rα?xí)r，認(rèn)為序列的長(zhǎng)期相關(guān)性不顯著，即序列非一致性不顯著；當(dāng)C（t）大于等于臨界值rα?xí)r，認(rèn)為序列的長(zhǎng)期相關(guān)性顯著，即序列非一致性顯著。

假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)選用的顯著性水平常用的 α＝0.05，非一致性程度按表1判斷。

表1 非一致性判斷標(biāo)準(zhǔn)表

3.3 突變點(diǎn)檢驗(yàn)方法

1）Mann—Kendall檢驗(yàn)法

Mann—Kendall檢驗(yàn)（簡(jiǎn)稱Mann—K檢驗(yàn)）是世界氣象組織推薦的一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法。對(duì)于具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列x，構(gòu)造一秩序列，定義統(tǒng)計(jì)變量為：

求出時(shí)間序列的UFk和UBk值。UFk服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，原假設(shè)：序列無趨勢(shì)變化。采用雙邊趨勢(shì)檢驗(yàn)，在給定一顯著性水平α下，查正態(tài)分布表得到臨界值Uα/2，（如α＝0.05，顯著性水平臨界值為±1.96）。若|UFk|＜Uα/2，接受原假設(shè)，即序列無趨勢(shì)變化；若|UFk|＜Uα/2，拒絕原假設(shè)，即表明序列存在一個(gè)明顯的增長(zhǎng)或減少趨勢(shì)。所有UFk將組成一條隨時(shí)間變化曲線，如果該曲線落在置信區(qū)間（-Uα/2，+Uα/2）內(nèi)，那么原序列不存在變化趨勢(shì)，反之，原序列存在顯著的變化趨勢(shì)。將時(shí)間序列按逆序排列，再計(jì)算，UBk＝-UFk′（k′=n+1-k），如果UFk和UBk兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界直線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻就是突變開始的時(shí)刻。

2）滑動(dòng)T檢驗(yàn)法

兩個(gè)正態(tài)隨機(jī)變量均為小樣本時(shí)，T檢驗(yàn)法可用來檢驗(yàn)它們的數(shù)學(xué)期望是否有顯著差異。滑動(dòng)T檢驗(yàn)法是針對(duì)傳統(tǒng)T檢驗(yàn)法只能用于已知變異點(diǎn)的檢驗(yàn)，而無法用于變異點(diǎn)的識(shí)別問題。設(shè)變異點(diǎn)τ前后兩序列總體的分布函數(shù)各為 F1（x）和 F2（x），從總體 F1（x）和 F2（x）中分別抽取容量為n1和n2的兩個(gè)樣本，構(gòu)造T統(tǒng)計(jì)量為：

4 下墊面對(duì)徑流系數(shù)的影響分析

徑流系數(shù)是一定匯水面積地面徑流量與降雨量的比值，是任意時(shí)段內(nèi)的徑流深度y（或徑流總量W）與同時(shí)段內(nèi)的降水深度x（或降水總量）的比值。徑流系數(shù)說明在降水量中有多少水變成了徑流，它綜合反映了流域內(nèi)自然地理要素對(duì)徑流的影響。

以渾河流域主要控制站大伙房水庫(kù)站1955—2010年徑流系數(shù)系列進(jìn)行分析。

4.1 年徑流系數(shù)變化分析

從大伙房水庫(kù)年徑流系數(shù)變化圖（如圖1）可以看出，由于下墊面變化影響，大伙房水庫(kù)的年徑流系數(shù)總體呈減小趨勢(shì)。

圖1 大伙房水庫(kù)年徑流系數(shù)變化圖

4.2 徑流系數(shù)變異初步分析

1）10年滑動(dòng)平均值法

首先采用10年滑動(dòng)平均值法，分析大伙房水庫(kù)年徑流系數(shù)10年滑動(dòng)趨勢(shì)，年徑流系數(shù)總體呈減小趨勢(shì)，如圖2所示。

圖2 大伙房水庫(kù)年徑流系數(shù)10年滑動(dòng)趨勢(shì)圖

2）Hurst系數(shù)法

根據(jù)Hurst系數(shù)法，對(duì)大伙房水庫(kù)以上流域降雨及徑流系數(shù)進(jìn)行Hurst系數(shù)法檢驗(yàn)，算得降雨C（t）值0.1999，查樣本數(shù)為52年相關(guān)系數(shù)取顯著水平α＝0.05的r（0.05）為0.2732，C（t）小于 rα，即降雨無明顯的非一致性變化。徑流系數(shù)C（t）值0.6679，查樣本數(shù)為52年相關(guān)系數(shù)取顯著水平 α＝0.05 的 r（0.05）為 0.2732，C（t）大于 rα，即徑流系數(shù)產(chǎn)生明顯的非一致性變化。由于徑流主要由降雨產(chǎn)生，而降雨沒有明顯的非一致性變性，徑流系數(shù)產(chǎn)生明顯的非一致變化的原因?yàn)橄聣|面的變化。

4.3 變異點(diǎn)識(shí)別分析

對(duì)大伙房水庫(kù)徑流系數(shù)進(jìn)行突變點(diǎn)檢驗(yàn)，利用依據(jù)Mann—Kendall檢驗(yàn)法如圖3，UBk與Ufk無接近相等?；瑒?dòng)T檢驗(yàn)出現(xiàn)最大值年份1979年，結(jié)合流域下墊面實(shí)際情況綜合考慮，因此選擇突變點(diǎn)為1979年。

圖3 Mann-Kendall分析成果

大伙房以上流域降雨進(jìn)行一致性分析，得出降雨沒有產(chǎn)生明顯的非一致性變化，由此可見，降雨不是大伙房徑流系列減小的主導(dǎo)因素。通過分析流域內(nèi)的下墊面變化情況，可以發(fā)現(xiàn)，在20世紀(jì)70年代末，由于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的改變，流域內(nèi)農(nóng)田水利工程建設(shè)及灌溉農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，對(duì)徑流的影響日益加重，大伙房以上流域內(nèi)1979年前建成的中小型水庫(kù)的庫(kù)容占現(xiàn)在總庫(kù)容的50%以上，大量池塘及攔河壩也減小了徑流量?？傊?，流域內(nèi)下墊面的變化造成了流域徑流的明顯減少，使徑流系列的一致性遭到破壞。

4.4 徑流系數(shù)年內(nèi)變化規(guī)律分析

以1979年為界，統(tǒng)計(jì)分析1979年前后各月徑流系數(shù)變化規(guī)律，分析大伙房水庫(kù)上游修建水庫(kù)前后，不同豐枯期對(duì)水庫(kù)產(chǎn)流特性的影響規(guī)律，分析的徑流系數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)線的斜率統(tǒng)計(jì)見表1。

可以看出1979年前后，各月的徑流系數(shù)變化趨勢(shì)中徑流量均有減小趨勢(shì)，僅7月份表現(xiàn)出增大趨勢(shì)，而徑流量影響比重較小的月份為4—8月?？偟氖歉髟聫搅骶袦p小趨勢(shì)，1979年以后的系數(shù)較1979年以前的系數(shù)明顯減小。

表1 年內(nèi)徑流變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)成果表

5 結(jié)語(yǔ)

1）受流域下墊面變化影響徑流系列演變規(guī)律：滑動(dòng)平均值法分析，渾河流域大伙房水庫(kù)站年徑流系數(shù)總體呈減小趨勢(shì)；變異點(diǎn)識(shí)別分析，渾河大伙房水庫(kù)站年徑流系數(shù)系列一致性遭到破壞，主要是由于流域下墊面受人類活動(dòng)影響而發(fā)生改變，以變異點(diǎn)1979年為分界點(diǎn)。

2）受流域下墊面變化影響徑流系列年內(nèi)演變規(guī)律：以1979年為界，大伙房水庫(kù)上游修建水庫(kù)前后各月的徑流量均有減小趨勢(shì)，界點(diǎn)以后較以前明顯減小，原因主要是人類活動(dòng)使流域下墊面發(fā)生了變化。

［1］李棟梁，謝金南，王文.中國(guó)西北地區(qū)夏季降水規(guī)律及其異常研究［J］.大氣科學(xué)，1997，21（3）：331-340.

［2］李少娟，錢永甫.2006.中國(guó)降水年內(nèi)分配的時(shí)空演變規(guī)律之新法研究［J］.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，29（3）：315-321.