河南省衛河流域降水徑流演變規律分析

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（1新鄉水文水資源勘測局；2河南省水利第一工程局）

河南省衛河流域降水徑流演變規律分析

□趙文舉1□李東陽2□趙瓏迪1

（1新鄉水文水資源勘測局；2河南省水利第一工程局）

根據河南省衛河流域1956-2012年的降水、徑流資料，運用Mann-Kendall法、徑流差積曲線、雙累積曲線法對降水、徑流的年際變化趨勢、突變特征及相關性進行了分析。結果表明：河南省衛河流域的降水量和徑流量在1956-2012年期間呈現遞減的變化趨勢，徑流量的下降趨勢較降水更為明顯；期間降水量發生多次突變，徑流量在1978年發生一次突變，兩者的變化過程并不完全同步；降雨徑流關系的突變發生于1979、1980年前后，1980年前后的降水徑流關系存在較大差異。

降水；徑流；Mann-Kendall法；徑流差積曲線；雙累積曲線

0 引言

衛河是河南省海河流域最大的河流，區域內西部礦產資源豐富，是河南省乃至全國主要的貴金屬、有色金屬、能源礦產基地，東部廣大平原具有農作物生長良好條件，是河南省乃至全國重要的糧棉油生產基地。隨著流域內經濟社會的發展，河南省衛河流域的水資源開發利用程度大幅度提高，土地的開發利用和城市化程度不斷擴大，已對本流域的下墊面條件產生了顯著影響。為此，分析在人類活動日益加劇的現實情況下的降水徑流變化規律，不僅有助于了解區域內的水資源變化特性，而且也有利于區域水資源的合理配置與開發利用。

1 數據來源及研究方法

1.1 研究區概況

衛河是海河水系南運河的支流，發源于山西省陵川縣奪火鎮，流經河南省博愛、焦作、武陟、修武、獲嘉、輝縣、新鄉、衛輝、?？h、滑縣、湯陰、內黃、清豐、南樂，入河北省大名縣，至山東省館陶縣秤鉤灣與漳河相會后進入南運河。省境以上河長286 km，流域面積12 911 km2。

衛河的主要支流有淇河、湯河、安陽河等。淇河是衛河最大支流，發源于山西省陵川縣，經輝縣、林州、鶴壁、淇縣，在浚縣劉莊入衛河，河長162 km，流域面積2 142 km2；湯河發源于鶴壁市孫圣溝，經湯陰、安陽，于內黃縣西元村匯入衛河，河長73 km，流域面積1 287 km2；安陽河發源于林州黃花寺，經安陽縣于內黃縣入衛河，河長160 km，流域面積1 953km2。

元村集水文站作為河南省衛河流域的出境控制站，位于衛河干流右岸南樂縣元村集，東經115°03、′北緯36°07，′至河口距離112 km，集水面積14 286 km2。

1.2 數據來源與處理

降水資料：為分析流域降水量的變化規律，采用衛河元村集以上49處代表雨量站1956-2012年的降水系列資料，采用加權平均方法計算流域面平均雨量。

徑流資料：選取河南省衛河流域的出境控制站元村集水文站1956-2012年的天然徑流量系列。

1.3 研究方法

采用世界氣象組織推薦的Mann—Kendall非參數統計檢驗法對河南省衛河流域1956-2012年的降水量以及天然徑流量進行趨勢分析和突變檢驗。Mann-Kendall法是一種非參數統計檢驗方法，可以對氣溫、降雨、徑流等時間序列的變化趨勢進行定量的分析，還可用以檢驗時間序列的可能突變點，已廣泛用于水文氣象等時間序列的趨勢分析與突變檢驗中。

2 降水變化規律

由河南省衛河流域面平均降水量的逐年變化過程可以得出，20世紀50年代中期以來流域的年降水量呈現出遞減的變化趨勢。采用Mann-Kendall法對年降水序列進行定量的趨勢分析和突變點檢驗，年降水的Mann-Kendall統計值Z=－0.94。取置信度水平為99%，相應的臨界值為2.32，沒有通過置信度99%的顯著性檢驗，表明流域的年降水量在1956-2012年中呈現下降趨勢，但趨勢不明顯。

圖1是對流域的年降水量序列用M－K法檢驗突變點的正序與逆序曲線，從圖中可以看出，UF和UB曲線在99%的置信度臨界線之間存在多個突變點，分別為1957、1958、1959、1963、1965、2003、2004年和2012年，由此也可以看出，河南省衛河流域降水在1965年之前年際變化非常劇烈，存在多個突變點，之后直到2003年年際變化相對平緩，2003年之后流域降水變化又趨向劇烈。

圖1 流域年降水量突變情況圖

3 徑流變化規律

由河南省衛河流域的出境控制站元村集水文站的天然徑流量逐年變化過程可以得出，20世紀50年代以來流域的年徑流量呈現出遞減的趨勢，下降趨勢較降水更為明顯。采用Mann-Kendall法對年徑流序列進行趨勢分析和突變檢驗，Mann-Kendall統計值Z=-3.55。取置信度水平為99%，相應的臨界值為2.32。通過置信度為99%的顯著性檢驗，表明流域的天然徑流量在1956-2012年中存在比較明顯的下降趨勢。

對流域的年徑流量序列也用M－K法檢驗突變點的正序與逆序曲線進行分析，得出UF和UB曲線在99%的置信度臨界線之間存在交點，由此可以斷定，自1956年以來，衛河流域的天然年徑流在1978年發生了一次突變。

繪制1956-2012年天然徑流差積曲線，見圖2，進一步分析年徑流的豐枯變化情況。年徑流差積曲線上升表示偏豐水年，下降表示偏枯水年，曲線坡度反映降徑流的豐枯強度。從圖中可以看出：1956-1977年總體呈上升趨勢，表明豐水或偏豐水年份較多；1978-2012年總體呈下降趨勢，表明枯水或偏枯水年份較多。豐枯變化的分析結果與檢測到的突變點發生時間基本吻合，進一步證明檢測到的突變點是合理可信的。

圖2 衛河元村集站天然徑流差積曲線圖

4 降水徑流關系變化規律

采用雙累積曲線法確定河南省衛河流域1956-2012年降水～徑流關系的突變年份，并建立突變年份前后的降水量與徑流量的相關圖，分析降水徑流關系變化。

雙累積曲線法的基本原理是利用累積降雨量與累積徑流量（或累積輸沙量）曲線斜率變化來分析水沙變化趨勢，曲線斜率的變化表示單位降雨量所產生的徑流量和輸沙量的變化。如果斜率發生轉折即認為流域下墊面的產水產沙關系發生了較大變化，從而判斷水沙突變年份。

將河南省衛河流域1956-2012年面平均降水量與元村集站天然徑流量建立雙累積曲線，見圖3。由圖可見，降雨徑流關系突變于1979、1980年前后，以1980年為界，將系列劃分為1956-1979年和1980-2012年兩個系列，分別進行降水～徑流的相關分析。經過分析得出，相同的面平均雨量下，20世紀80年代之后產流量較80年代之前有所減少，降雨量越大，相應的產流量減少幅度也越大。就相關性而言，在1980年之前，降水徑流相關性較大，相關系數為0.87，1980年之后，兩者的相關性下降，相關系數降為0.74。

圖3 河南省衛河流域面平均雨量與徑流量雙累積曲線圖

5 結語

河南省衛河流域的降水量在1956-2012年期間呈現遞減的變化趨勢，但下降趨勢不明顯，1965年之前年際變化非常劇烈，1965-2003年之間變化相對平緩，2003年之后流域降水變化又趨向劇烈。徑流量的下降趨勢較降水更為明顯，并在1978年發生了一次突變。1956-1977年豐水或偏豐水年份較多；1978-2012年枯水或偏枯水年份較多。降雨徑流關系突變于1979、1980年前后，在1980年之前，降水徑流相關性較大，徑流系數也較大，1980年之后，兩者的相關性下降，徑流系數也隨之減小。在相同的面平均雨量下，20世紀80年代之后產流量較80年代之前有所減少。通過降水與徑流的對比分析可以看出，兩者的變化過程并不完全同步，徑流量的變化不僅歸因于降水量的變化，在更大程度上受到下墊面條件改變、人類活動等因素的影響。

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［3］梁川，侯小波，潘妮.長江源高寒區域降水和徑流時空變化規律分析［J］.南水北調與水利科技，2011，9（1）：53-59．

［4］穆興民，張秀勤，高鵬等.雙累積曲線方法理論及在水文氣象領域應用中應注意的問題［J］.水文，2010，30（4）：47-51．

（編輯：左英勇）

S271

A文章編號：1673-8853（2017）01-0049-02

2016-11-13