漳衛河流域徑流年際年內變化的量化分析

河川徑流是地表水資源量的重要表現形式，也是水文循環的重要組成部分。在過去的幾十年中，漳衛河流域進行了大規模的人類改造建設活動，例如地下水的開采、修建水庫和灌區等，使得漳衛河流域的下墊面條件發生了顯著變化，從而影響流域蒸散發，對流域的水文循環過程產生一定的影響。本文利用漳河觀臺站、衛河元村集站1953—2017年共65年的資料，基于Mann-Kendall 法、集中指數等方法，進行徑流趨勢、突變和年際年內變化分析，對全面準確掌握漳河流域徑流變化情況，提高洪水預報精度和延長預見期具有重要意義。

一、研究區概況

漳河為漳衛河的北支，漳河上游有清漳河、濁漳河兩支流，于河北省合漳村匯合為漳河干流，自觀臺入岳城水庫。衛河為漳衛河的南支，支流繁多，于徐萬倉與漳河交匯，進入衛運河。觀臺站為岳城水庫的入庫控制站，元村集站為衛河的出口控制站。

二、徑流量年際、年內變化評價指標

1.Mann-Kendall 法

Mann-Kendall 法（以下簡稱M-K 法）可以定量的識別連續時間序列的變化趨勢及顯著性水平，被廣泛地應用在分析降水、徑流、氣溫等水文要素中。

對于年徑流序列x1，x2，…，xn，M-K 趨勢檢驗的統計量如下：

sgn 為符號函數，其定義為：

S 為正態分布，其均值為0，方差為：

其中，ti是第i 組的數據點數目。

標準化統計量：

在趨勢檢驗中，對于給定的置信水平α，若M-K 統計值|Z|≥Z(1-α)/2時，拒絕零假設，即在置信水平α 上，時間序列數據具有上升或下降趨勢，Z 為正值表示上升趨勢，Z 為負值則為下降趨勢。|Z|≥1.28，表示通過了α=0.1 的顯著性檢驗；|Z|≥1.64，表示通過了α=0.05 的顯著性檢驗；|Z|≥2.32，表示通過了α=0.01 的顯著性檢驗。

（2）突變檢驗

為確保“雙聯”工作扎實開展，常委會在4月份召開了全縣“雙聯”工作推進會，并研究制定了“雙聯”工作意見建議辦理流程，對人大代表在“雙聯”工作中收集到的意見建議實行分類辦理機制。今年以來，全縣各級人大代表充分發揮優勢，認真盡責履職，積極投身新舊動能轉換、鄉村振興、環保治理、精準扶貧的主戰場，全縣各人大代表民情聯絡站點共接待群眾600余人次，在聯系群眾、匯聚民意、服務發展等方面切實發揮了重要作用。

對于年徑流序列x1，x2，…，xn，Sk為第i 個樣本xi＞xj（1 ＜i ＜j）的累計數，構造一個秩序列其中：

Sk的均值和方差為：

其中，UF1=0。引用此方法到反序列，把反序列xn，xn-1，…，x1重復上述過程，并且令UBk=-UFk。取顯著性水平α=0.05，臨界值U0.05=±1.96，將M-K統計量序列曲線UF、UB 和±1.96 兩條直線繪在一張圖上，若UF 和UB 兩條曲線出現交點，且交點在臨界線之間，那交點對應的時刻是突變時間的開始。

2.集中指數

CI 指標通常被用來研究各月降水的不均勻性，本文將其引入徑流的年內不均勻性分析。

式中：wi為第i月徑流量，w 為年徑流總量，億m3。

表1 兩站徑流變化趨勢檢驗表

圖1 兩站徑流突變分析檢驗結果圖

圖2 兩站徑流集中指數年際變化過程圖

三、徑流的趨勢檢驗及突變分析

1.趨勢檢驗

利用漳河觀臺站、衛河元村集站1953—2017年共65年的徑流資料進行M-K 趨勢檢驗，結果見表1。

由表1可知，觀臺站、元村集站的Z 值為負，觀臺站的M-K 統計量|Z|=5.58，元村集站的M-K統計量|Z|=5.09，均遠遠超過了0.01 顯著性水平的2.576，說明其年徑流量的下降趨勢十分明顯，觀臺站尤其是在1978年以后徑流量已下降至接近于0的狀態。元村集站的徑流量1965年開始急劇下降，1968年開始緩慢回升，但一直沒恢復到1965年的水平，1978年徑流量再次減少，之后趨于平穩。

2.突變分析

對漳河觀臺站、衛河元村集站的徑流序列進行突變分析，結果見圖1。

由圖1可知，觀臺站1956年之后，UF 由正值轉為負值，說明徑流量開始呈下降趨勢，1973年開始，|UF|大于0.05 置信水平的1.96，說明下降趨勢十分顯著。1974年UF 線與UB 線相交，可知觀臺站的年徑流量發生了突變。造成突變的原因是：第一，由于全球氣候變暖使降雨量減少；第二，高強度的人類活動；第三，漳河地區的土地利用發生了一定的改變。

元村集站的UF 值于1967年后由正值轉為負值，說明徑流量開始趨于下降，1976年UF 線與UB 線相交，交點處于0.05置信水平臨界線的±1.96區間之內，此后UF 曲線下降到臨界值之下，說明通過了0.05 的顯著性檢驗，徑流量發生突變。觀臺站與元村集站的徑流量在20世紀60年代開始趨于減少，且均在20世紀70年代發生突變，說明漳衛河流域在“63·8”大洪水后，高強度的人類活動使其徑流發生變化。

四、徑流量的年內分布情況

觀臺站、元村集站的徑流量年內分布十分不均，1—5月徑流量較少且差別不大，6月開始增加，7—8月達到峰值，9月再次回落。徑流量集中在主汛期的7月、8月，其中1950—1990年，最大徑流量穩定在8月，2000年之后則提前到7月。汛期6—9月徑流量占多年平均值的比例在70%～80%，總體上，漳衛河流域徑流量各月差異十分明顯，呈現“單峰型”，分配比例則差異較小。1950—2010年徑流量由豐轉枯，最大月徑流量出現時間提前。

對漳衛河流域徑流量進行集中度年際變化分析，見圖2。由圖2可知，觀臺站的WCI各年波動較大，最大值為1996年的56.34，最小值為1983年的7.89，極值比7.14。其多年平均值為20.90，說明徑流量月際變化顯著。年代變化上，徑流量集中度呈現降低—上升—降低—上升的趨勢，但整體呈上升趨勢，說明徑流量的年內不均勻度逐漸增加。元村集站的WCI各年雖然也有波動，但波動程度較觀臺站低，最大值為1966年的45.28，最小值為1961年的9.1，極值比4.98。其多年平均值為14.47，說明降水量年內季節變化顯著，但不呈現月際變化。年代變化上，各年代徑流量集中度差異較小，但整體上呈現下降趨勢，說明元村集站的徑流量年內不均勻度減少，各月徑流量趨向平均。

五、結論

（1）漳衛河流域的徑流量呈下降趨勢，漳河觀臺站M-K 統計值|Z|達到了5.58，衛河元村集站M-K統計值|Z|達到5.09，均超過了α=0.01 的顯著水平，說明漳衛河流域的徑流量下降顯著。兩站的徑流量均在20世紀70年代發生突變，除了氣候變化的影響外，大規模的人類活動是造成徑流減少的主要因素。但兩者的影響不是孤立存在的，在未來應加強對兩者貢獻率的研究，以更有效地為流域管理決策提供支撐。

（2）漳衛河流域徑流量年內分配不均，各月差異明顯。觀臺站的徑流量呈月際變化，未來徑流的分布的不均勻性將增大；元村集站的徑流量呈顯著的季節性變化，各月徑流將趨于平均。兩站的最大月徑流出現時間將提前，這在水資源可持續利用、水文預測預報中應引起足夠的重視■