若爾蓋濕地年徑流序列趨勢識別研究

李金晶 任小鳳 董瑩瑩

（河南黃河水文勘測設計院 河南鄭州 450004）

若爾蓋濕地年徑流序列趨勢識別研究

李金晶 任小鳳 董瑩瑩

（河南黃河水文勘測設計院 河南鄭州 450004）

若爾蓋濕地是黃河上游重要水源涵養地，由于沙化、退化等一系列生態問題對濕地水源涵養能力產生了嚴重破壞。本文采用Mann-Kendall檢驗法、Spearman秩次相關檢驗法和線形趨勢回歸檢驗法對若爾蓋濕地黑河和白河流域進行趨勢識別研究，利用大水和唐克年徑流資料進行分析，結果表明若爾蓋濕地的年徑流存在較強的減小趨勢。

若爾蓋 年徑流 趨勢識別 趨勢檢驗法

1 引言

若爾蓋濕地地處四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣境內，屬于國家級自然保護區，進入國際重要濕地名錄，在自然流域上處于黃河與長江水系的分水嶺地帶，是兩大水系的重要水源涵養地區和大氣碳匯之地。若爾蓋濕地同時也是我國殘存面積最大的高原泥炭沼澤，其中泥炭沼澤、苔草沼澤、濕草甸及河漫灘、淺水湖泊等相間分布，對黃河上游具有很好的水源調節作用。然而，近年來若爾蓋濕地出現退化、沙化等一系列生態問題，對于濕地的水源涵養功能產生嚴重的破壞，同時也引起廣泛的關注。

水文時間序列的趨勢識別是分析水文要素變化趨勢的重要方法，常用的方法有參數統計檢驗法和非參數統計檢驗法。兩類方法均有優缺點，參數檢驗方法更為有效，但同時要求數據獨立且服從正態分布，而非參數檢驗方法只是要求數據獨立，且不受少數異常點的干擾，目前，非參數檢驗法在水文序列分析中應用較為廣泛。

水文時間序列的趨勢識別的非參數檢驗方法主要有Mann-Kendall法和Spearman秩次相關檢驗法。近年來，應用Mann-Kendall法、Spearman秩次相關檢驗法以及線形趨勢回歸檢驗法分析水文序列的長期變化的研究很多。本文將應用以上三種方法對若爾蓋濕地黑河和白河流域年徑流序列進行趨勢分析。

2 趨勢檢驗方法

2.1 Mann-Kendall法

Mann-Kendall法最初由曼（H. B. Mann）和肯德爾（M. G. Kendall）提出了原理并發展而來的方法。在水文序列趨勢分析中，該方法將觀測值序列的秩次和時間的秩進行相關檢驗。方法假設時間序列為n的樣本（x1，x2，…，xn）服從獨立同分布，構造統計變量為：

其中

式中：Ri和Rj分別為xi和xj的秩次；當xi>xj時，aij=-1，當xi=xj時，aij=0，當xi

構造標準統計變量Z，當S>0時，

2.2 Spearman秩次相關檢驗法

Sperarman秩次相關檢驗法是通過分析水文序列與其時序的相關性來檢驗水文序列是否具有趨勢性，即對序列x1，x2，…，xn，分析序列xt與時序t（t=1，2，…，n）的相關關系。則秩次相關系數r為：

式中，n為序列長度；dt=Mi-Ti，其中Mi為序列從大到小排列對應的序號，Ti為時間序列的秩次。如果r越小，即序列的秩次與時序越相近，趨勢則越顯著。序列是否顯著可采用t檢驗法，構造統計量T為：

統計量T服從自由度為n-2的t分布，選擇顯著水平α=5%，當時，拒絕原假設，認為序列隨時間存在相依關系，趨勢成分明顯；反之，則認為序列無明顯趨勢。

2.3線形趨勢回歸檢驗法

線形趨勢回歸檢驗法是根據線形回歸方法構造統計量，利用t檢驗對時間序列進行趨勢檢驗。對序列x1，x2，…，xn線形趨勢成分xt用下述數學模型來描述：

式中，a，b為回歸系數；εt為殘差項，假設其是平穩、獨立的正態分布。a，b的估計式為：

則殘差εt平方和為：

那么，構造統計量d=b/Sb，其中的方差，則Sb為：

統計量d服從自由度為n-2的t分布，選擇顯著水平α=5%，當時，拒絕原假設，認為序列隨時間存在相依關系，趨勢成分明顯；反之，則認為序列無明顯趨勢。

3 濕地年徑流趨勢分析

若爾蓋濕地地處四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣境內（圖1），濕地內發育河流有黑河、白河和沃木曲河組成。黑河發源于紅原縣的哲波波亞山，縣南噶利坪，由南入若爾蓋縣，經過若爾蓋縣腹部地區，在其西北角縣域與瑪曲縣交界處注入黃河，干流全場456km，流域面積7608km2；白河發源于紅原縣境內嘎哇達則，流經若爾蓋縣西南部，在唐克注入黃河，干流全長270km，流域面積5488km2。

圖1 若爾蓋濕地范圍示意圖

黑河流域出口處設有大水水文站，自1984年開始監測；白河流域出口處設有唐克水文站，1978年開始監測。本文分析若爾蓋濕地主要河流年徑流變化趨勢基于以上兩個水文站監測資料，其水文序列長度分別為：大水：1984-2012年；唐克：1981-2012年。應用上述三種方法對大水和唐克水文站年徑流序列進行分析，結果見表1。

取α=0.05為顯著水平，Mann-Kendall檢驗中Z1-α/2=0.8353，即，拒絕原假設，年徑流序列呈明顯的減小趨勢；Spearman相關檢

驗，線形趨勢回歸檢驗檢驗結果一致同Mann-Kendall檢驗結果一致，若爾蓋濕地黑河和白河流域年徑流量呈減小趨勢。

表1 若爾蓋地區年徑流趨勢不同方法識別結果的比較

4 結論

本研究采用Mann-Kendall檢驗法、Spearman相關檢驗法和線形趨勢回歸檢驗法對若爾蓋濕地黑河和白河流域年徑流進行趨勢識別研究。研究表明流域年徑流呈較強的減小趨勢，黑河流域減小趨勢較白河流域強，表明黑河流域比白河流域受到的破壞更為嚴重，生態問題更為嚴峻，對比近年來若爾蓋濕地退化現象，結果符合當前變化趨勢。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.07.016

TV121

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1672-2469(2014)07-0050-03

李金晶（1981年—），男，工程師。