主题：长江上游径流变化趋势分析

2010-8-18 　来源：长江水利网



摘要:研究长江上游的水资源问题,对于长江流域上游的水资源开发极为重要。利用Mann - Kenda11统计检验法,分析了长江流域上游5个主要控制站的径流变化。结果表明:岷江高场、嘉陵江北碚站的径流显著减少,长江上游干流控制站寸滩的径流仅微弱减少。通过径流累积距平分析,发现高场、北碚、寸滩站年径流量在1968年前呈增加趋势,而于1993年开始显著减少。长江上游流域径流变化可以1968年和1993年为界划分为3个阶段。

关键词:径流变化; 趋势性; 阶段; 长江上游

中图分类号: TV121 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 4179 (2009) 19 - 0068 - 02

1　概述

长江干流自江源至湖北宜昌为长江上游,流域面积约100万km2 ,主要水系有金沙江、岷江、沱江、嘉陵江、乌江等。长江上游流域地形复杂,既受东南季风和西南季风影响,又受青藏高原影响,是气候变化的脆弱地区。

随着经济社会的发展,长江上游流域水资源消耗增大,人类活动对径流过程的干扰也逐渐增强,例如,西部地区经济发展、人口增长需要增加耗水量,水利工程引起蒸发和灌溉用水等。同时受气候变化的影响,长江上游的控制站宜昌站径流出现稍微减少的趋势[ 1 ]。这些因素在一定程度上影响了三峡水库入库径流,从而影响三峡发电效益。

分析长江上游流域径流变化特性,对深入了解长江上游流域水文特性和生态环境演变过程、发展趋势以及影响和适应机制具有重大意义,对三峡工程的防洪、发电等水库调度运行将起到重要的耳目和参谋作用。综述已有成果,以往对长江流域的径流变化分析,主要是针对宜昌站和下游的大通站,一致的结论为:宜昌站径流减少、大通站径流增加[ 1, 2 ] 。其他的结论有:金沙江屏山站径流有增加趋势[ 3 ] 。本文以长江流域上游5个主要控制站的径流观测数据为基础,分析各流域的径流变化特征。

2　分析方法

2. 1　Mann - Kendall统计检验方法

突变对于系统的有效调控有重要作用。突变诊断包括判别突变发生的时间、次数以及变化幅度。目前,常用的突变诊断方法有滑动t - 检验法、Cramer’s法、Yamamoto法、Pettitt法、Lep2age法和Mann - Kendall法等。本次研究中主要应用Mann -Kendall方法。Mann - Kendall统计检验方法是一种非参数统计检验方法。

非参数检验方法亦称无分布检验,其优点是不需要样本遵从一定的分布规律,也不受少数异常值的干扰,适用于类型变量和顺序变量,计算也比较简便。其具体计算步骤如下:

(1) 对序列{ xt } , t = 1, 2, …, m (m ≤ n) ,构造统计量:



式中dm 为统计量,表示长度为m 的序列x1 , …, xm 中按大小顺序排列的样本个数,因而可称为顺序统计量, n为样本总数。

(2) 令m = 1, 2, …, n ,计算统计量U ( dm ) 并作图。



E ( dm ) = m (m - 1) /4　　 (3)

V a r dm = m (m - 1) (2m + 5) /72　　 (4)

此时U ( dm ) ( m 固定时)渐进服从N (0, 1) 分布。

(3) 将序列{ xt } 反向构成序列{ x′t } 重复前两步运算,得统计量U′( dm ) ,并令U*( dm ) = - U′( dm ′) , m ′= n - m + 1 。

(4) 将U ( dm ) 和U*( dm ) 绘于同一张图上,找出两线的交点,如果该点处的U值满足| U | < 1. 96 ,则可接受为突变点的假设,检验置信水平为a = 0. 05 。

2. 2　累积距平法

累积距平是一种较常用的判断变化趋势的方法,同时通过对累积距平曲线的观察,也可以划分变化的阶段性。对于时间序列xi ,其某一时刻的累积距平表示为:



其中。利用式(5)可求得n个时刻的累积距平值。

3　径流变化趋势性和阶段

本文以长江上游流域5个主要控制站的径流观测数据为基础(包括金沙江屏山站、岷江高场站、嘉陵江北碚站、长江上游干流寸滩站及乌江武隆站) ,分析长江上游主要流域和区间的径流变化特征。利用Mann - Kendall统计检验方法对上述5个站的年径流进行分析,结果见表1。

表1　长江上游流域径流突变分析结果



由表1可见,高场年径流显著减少,于1969和1992年发生两次减少的突变。北碚年径流显著减少,于1993年发生减少的突变。而屏山、武隆站年径流有稍微增加的趋势,寸滩则稍微减少,都不显著。图1和图2为高场、北碚站年径流突变分析图。图3给出高场、北碚站年径流量变化,可以看出高场、北碚站年径流量有明显的减少趋势。



图1　高场站年径流突变分析



图2　北碚站年径流突变分析



图3　高场、北碚站年径流量变化

通过径流累积距平进一步分析(图4) ,发现高场、北碚、寸滩站年径流量在1968年前呈增加趋势,而于1993年开始显著减少,变化时间与前面突变分析结果基本一致。因此,可以将长江上游流域径流划分为3个阶段: 1968年以前、1969～1992年、1993年。分别计算长江上游流域5个主要控制站3个阶段的年径流量,见表2。由表2可知, 1968年以前, 5个控制站平均年径流都大于均值,反映处于丰水期;而1993年以后除屏山站外,其他站的平均年径流都小于均值,表明处于枯水期。



图4　高场、北碚和寸滩站径流累积距平

表2　长江上游流域径流变化的阶段特征　　　 亿m3



因此,总的来看,长江上游流域径流大体上经历了丰—平—枯3个变化阶段,其时间分界点大约在1968年和1993年。

4　结论

本文分析长江上游流域金沙江屏山、岷江高场、嘉陵江北碚、长江干流寸滩、乌江武隆等5个主要控制站的径流变化。结果表明:高场站年径流显著减少,于1969年和1992年发生两次减少的突变;北碚站年径流显著减少,于1993年发生减少的突变;屏山、武隆站年径流有稍微增加的趋势;寸滩站则稍微减少,但不显著。寸滩站径流减少主要受岷江和嘉陵江降水量的减少和人类活动的影响[ 5 ]。通过径流累积距平分析,发现高场、北碚、寸滩站年径流量在1968年前呈增加趋势,而于1993年开始显著减少。

参考文献:

[ 1 ] 　Xiong, L. & Guo, S. Trend test and change - point detection for the annual discharge series of the Yangtze River at the Yichang hydrological station. Hydrological Sciences Journal, 2004, 49 (1) , 99 - 112.

[ 2 ] 　Yang S. L. , Gao A. , Hotz HelenmaryM. , et al. Trends in annual discharge from the Yangtze River to the sea (1865 - 2004) . Hydrological Sciences Journal, 2005, 50 (5) , 825 - 836.

[ 3 ] 　王艳君, 姜彤, 施雅风. 长江上游流域1961 - 2000年气候及径流变化趋势. 冰川冻土, 2005, 27 (5) : 709 - 714.

[ 4 ] 　夏军, 王渺林. 长江上游流域径流变化与分布式水文模拟. 资源科学, 2008, 30 (7) : 962 - 967.

[ 5 ] 　姜彤,苏布达,王艳君,等. 四十年来长江流域气温降水与径流变化趋势. 气候变化研究进展, 2005, 1 (2) : 65 - 68.

作者简介:王渺林,男,长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局,高级工程师。



文章作者： 王渺林 易瑜　　责任编辑：张雷





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