衛河水系新鄉段年徑流量變化趨勢分析

葉炳效孟春芳,2

（1河南省新鄉水文水資源勘測局；2西安理工大學省部共建西北旱區生態水利國家重點實驗室）

0 引言

衛河是新鄉的母親河，隨著新鄉市工農業和社會經濟的快速發展，城市化進程不斷加快，下墊面發生很大變化，塔崗水庫、寶泉水庫、石門水庫等蓄水工程和閘、橡膠壩等攔水工程的相繼建設運行，加上近年來各灌區引水量的增加，導致衛河水系主要河流流量減少，部分河道斷流淤積。時序累計值法、Mann-Kendall非參數檢驗法、有序聚類法是常用的突變檢驗的方法。文章采用時序累計值法、Mann-Kendall 非參數檢驗法、有序聚類法對新鄉市衛河水系新鄉段的年徑流量進行分析，正確認識衛河水系新鄉段的徑流量變化特征，有利于新鄉市生態文明建設工作的開展。

1 區域概況

新鄉市的衛河流域（漳衛河地區）位于新鄉市的西北部，流域面積3 718 km2，主要河流有衛河和共產主義渠。衛河發源于山西省陵川縣奪火鎮，在修武縣和獲嘉縣交界的官司橋村進入新鄉市，在衛輝市的小河村出新鄉市進入鶴壁市。衛河成西南～東北向橫穿市境，境內長80 km。共產主義渠是1958 年開挖的大型引黃灌溉渠道工程，起自黃河北岸武陟縣秦廠村東南，經武陟縣、獲嘉縣、新鄉縣、新鄉市、衛輝市、淇縣、浚縣，至老觀咀入衛河，河道全長156 km，總流域面積8 059 km2。衛河以北的諸多支流都被攔截入共產主義渠。1962 年停止引黃后，成為衛河上游（豫北地區）的泄洪排水骨干河道，是新鄉市西部和北部山區洪水的唯一出路。

2 計算方法

時序累計值法、Mann-Kendall 非參數檢驗法、有序聚類法是常用的突變檢驗的方法。

3 計算和結果

考慮到洪水時，共產主義渠水和衛河水在新鄉市區以下河段常出現混合，且合河衛站和劉莊站均受人為調控影響，為更清楚體現衛河水系主干河流變化狀態，將兩條河流量合并計算，即合河衛和合河共斷面流量（1958-2016 年）合并為合河站，劉莊斷面和淇縣斷面流量（1963-2016 年）合并為出境站，計算結果如下。

3.1 合河站

合河站近59 a年平均實測徑流量為5.84億m3，年徑流量的最大值為36.47 億m3（1959 年），最小值為1.54 億m3（2002 年），見圖1。年徑流量出現豐枯交替變化，從五年滑動平均結果來看，出現明顯的下降趨勢。M-K 檢驗分析結果顯示：統計量U為-3.94，|U|＞Ua/2=1.96，通過95%的顯著性檢驗，且＜0，因此該站年徑流量出現減少趨勢，且減少趨勢顯著。

時序累計值圖的判斷比較直觀，顯示在1964 年左右徑流出現一次跳躍成分；M-K 突變檢驗法沒有出現突變點，UF 線大致呈遞減趨勢。由有序聚類法判定可知在1961-1964 年均為可能的突變點。查閱年鑒資料可知，因為1958-1960 年共產主義渠開挖，且在1962年3月之前均從黃河引水，導致該站流量偏大；1963年流量突增是該年發生大洪水。因此根據上述分析，充分考慮各種方法和實測過程后，判定突變點為1962年。

為進一步確定徑流減少原因，對1963-2016年序列再進行突變分析，見圖2）。結果如下：M-K突變檢驗法表明在1963年大洪水后，徑流出現減少，1967 年左右又出現增加趨勢到1977-978 年，之后再次出現減少趨勢，1986 年后UF 值大于閾值，即出現顯著減少趨勢。有序聚類法判定在1964、1965、1977、1978年均為可能的突變點。1976年和1977年發生洪水，造成了流量的增加，之后流量有明顯的遞減趨勢，1986年后徑流顯著減少。因此根據上述分析，充分考慮各種方法和實測過程后，判定1964、1965、1977、1978年是該站徑流減少突變點。

3.2 出境站

圖1 合河站突變點分析圖

圖2 合河站突變點分析圖

該站只有1963年后原始資料，故只對1963-2016年徑流量系列進行分析。該站近54年來年平均實測徑流量為9.28億m3，年徑流量的最大值為36.04億m3（1963年），最小值為3.10億m3（2002 年），見圖3。年徑流量出現豐枯交替變化，從五年滑動平均結果來看，出現明顯的下降趨勢。M-K 檢驗分析結果顯示：統計量U 為-3.081，|U|＞Ua/2=1.96，通過95%的顯著性檢驗，且＜0，因此該站年徑流量出現減少趨勢，且減少趨勢顯著。

時序累計值圖的判斷比較直觀，不能顯示出明顯的跳躍成分；M-K 突變檢驗法表明在1963 年大洪水后，徑流出現減少，1967 年左右又出現增加趨勢到1982-1983 年發生減少突變，1987 年后出現顯著的減少趨勢。有序聚類法判定在1964、1965、1977、1978年均為可能的突變點。根據上述分析，充分考慮各種方法和實測過程后，判定突變點為1964、1965、1977、1978、1982、1983年。

4 結論

圖3 出境站突變點分析圖

綜上所述，研究區河流的年徑流量序列出現減少趨勢，且減少趨勢顯著。合河站以下斷面1962 年之前受引黃水的干擾，因此重點考慮1963-2016 年序列，合并年徑流量后水文站（合河站、出境站）的突變點如下：有序聚類法判定合河站年徑流量的突變點為：1964、1965、1977、1978，M-K 法判定結果為1977、1978。有序聚類法判定出境站年徑流量的突變點為：1964、1965、1977、1978，M-K法判定結果為1982、1983。可見，衛河水系新鄉段1963-2016 年的年徑流量的突變點集中在1977-1983年間。