浦陽江湄池站潮水位變異性分析

過寒超 紹興市曹娥江大閘運行管理中心

1.概述

近年來，全球氣候變暖，極端災害事件頻發，極值潮位的變化風險也引起人們的關注。浦陽江是錢塘江流域的重要支流，干流全長151km，流域面積3452km2，流域的地形主要為低山丘陵和河谷平原，其中安華以上為上游，安華至湄池為中游，湄池至三江口河段屬浦陽江下游河段。浦陽江流域下游易受杭州灣潮汐和錢塘江洪水頂托影響，洪水災害頻繁，尤以中游諸暨市境最為嚴重，了解其極值潮位的變化趨勢和變化規律，對防洪減災等工作具有重要意義。目前對于極值高潮位的研究較多，張杰等用Mannkendall趨勢及突變檢驗分析珠江河口高潮位變化特征；袁小婷等應用調和分析和小波分析等方法，計算極值潮位的變化周期；張悅等應用m-k趨勢和突變檢驗法研究長江口潮位非一致性變化。鑒于此，本文基于浦陽江河口主要控制站歷史水文資料，利用Mann-kendall法研究分析序列的趨勢和變化情況，進而掌握湄池站極值潮位的變化特性。

圖1 浦陽江水系示意圖

2.研究資料與方法

2.1 研究資料

浦陽江中下游有兩個長期潮位站，分別是湄池站和臨浦站。湄池站有1952-2018年共67年的潮位資料，湄池站位置圖見圖1。諸暨—湄池河長約31km，湄池—臨浦河長約25 km。

2.2 研究方法

本文采用Mann-kendall檢驗法對極值潮位系列進行分析。Mannkendall檢驗法是一種非參數統計的檢驗方法，不需要樣本。

遵從一定分布，也不受少數異常值的干擾，被廣泛應用于水文序列的趨勢和突變分析。

2.2.1 非參數 Man-Kendall趨勢檢驗

定義檢驗統計量S：

sign（)為符號函數。當Xi-Xj小于、等于或大于零時，sign（Xi-Xj)分別為-1、0或1；M-K統計量公式S大于、等于、小于零時分別為：

Z為正值表示增加趨勢，負值表示減少趨勢。Z的絕對值在大于等于1.28、1.64、2.32時表示分別通過了信度90%、95%、99%顯著性檢驗。

2.2.2 非參數 Man-Kendall 突變檢驗

設有水文序列如下：x2,x3,…,xn，構造一秩序列ri，ri表 示xi＞xj(1≤j≤i)的樣本累積數。

UFK為標準正態分布，給定顯著水平α，查正態分布表得到臨界值Uα,當UFK的絕對值大于Uα時，表明序列存在一個明顯的增長或減少趨勢，所有UFK將組成一條曲線UF，通過信度檢驗可知其是否具有趨勢。把此方法引用到反序列中，重復上述計算過程，并使計算值乘以-1，得到另一條曲線UB。分析繪出UF和UB曲線圖，若UFK或UBk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢，小于0則表明呈下降趨勢；當它們超過信度線時，即表示存在明顯的上升或下降趨勢；若UF和UB的交點位于信度線之間，則此點可能就是突變點的開始。

3.潮位分析結果與討論

根據湄池站1952-2018年的資料，漲潮最大潮差1.71m，發生在1955年7月20日，落潮最大潮差1.67m，發生在1954年8月17日；最高水位10.48m，發生在1997年，最低水位1.80m，發生站1955年。

圖2 最高潮位年內分布

圖3 最低潮位年內分布

圖4 湄池站1952-2018年高潮位變化過程

圖5 湄池站年最高潮位的M-K趨勢檢驗

圖6 湄池站1952-2018年極值低潮位變化過程

圖7 湄池站年最低潮位M-K趨勢檢驗

3.1 極值潮位年內分布特征

對湄池站1952-2018年的實測極值潮位年內分布特征進行統計分析，結果如圖2和3所示，湄池站年最高潮位主要集中在5-8月，其中6、7月份占比分別為42%和15%。年最低潮位的年內分布不均，在7月份出現的頻次最高。

3.2 極值潮位變化趨勢及突變檢驗

圖4給出了湄池站年最高潮位的年際過程、線性趨勢和5a滑動平均曲線，可以看出，年最高潮位呈現周期交替變化，有明顯上升趨勢。結合M-K趨勢檢驗，統計值 Z 為2.83，大于臨界值2.32，表明其通過了置信度99%的顯著性檢驗，呈現顯著的上升趨勢。

運用M-K檢驗對湄池站年最高潮位的變化趨勢和突變情況進行分析，見圖5：自1961年起，UF在0以下，并逐漸減小，1964年超過檢驗臨界值-1.96（0.05），表明潮位在該段時期呈下降趨勢，并且趨勢顯著。1965年之后UF曲線呈上升趨勢，1968年開始，UF都處于0以上，整體呈震蕩上升趨勢，1973年開始，超過檢驗臨界值1.96，且之后基本上都在臨界值以上，并于2017年達到最大值，中間無明顯突變，表明1968年之后湄池站高潮位呈上升趨勢，且趨勢顯著。UF與UB有一個明顯交叉點，出現在1968年，說明最高潮位序列在1968年附近發生突變點。

從圖6可以看出，湄池站年最低潮位呈現下降趨勢。結合M-K 趨勢檢驗，統計值Z為-0.96，其絕對值在臨界值以內，說明其下降趨勢不顯著。從圖7可以看出，湄池站年最低潮位從1961年至1992年呈不顯著上升趨勢，自1992年以后呈下降趨勢，UF與UB有一個明顯交叉點，出現在1987年附近，說明最低潮位序列在1987年發生突變點。這是因為自該段時間起，浦陽江河道不斷進行拓寬、疏浚，有效的降低了潮水位，太平橋至茅渚埠河段、茅渚埠橋至雙江潭河段、浣紗橋至南門河段、茅渚埠至西江大橋等河段均進行了疏浚和拓寬。

4.結語和建議

本文通過對浦陽江湄池站長系列潮位資料分析，得出如下結論：

1）近67年來，湄池站最高潮位主要分布在5-8月份，其中6、7月份占比較高；年最低潮位的年內分布不均，在7月份出現的頻次最高。

2）湄池站年最高潮位呈現顯著上升趨勢，并通過了99%的顯著性水平檢驗；具體而言，1965年之后呈上升趨勢，自1973開始上升趨勢顯著。這是因為不斷的清江暢流，通過截彎取直、洪水歸槽，使洪水傳播速度加快，加大了洪水對下游的影響。

3）年最低潮位呈現不顯著下降趨勢，這是因為浦陽江河道撈沙治江、拓寬疏浚的影響。

4）建議干旱季節可通過涵閘利用潮差灌溉沿江農田，對抗旱能起較大作用，洪水期若遇大潮期，加上富春江洪水頂托，洪水下泄不暢，更易引發洪水災害，應加強防洪規劃和應對的非工程措施等。