丹江口水库对汉江中下游径流的影响研究

□邹 磊 □杨惠敏（郑州大学水利与环境学院）

20世纪中期以来，水资源开发程度的加大对河川径流产生显著影响。径流过程对河流水利工程的建设具有一定的敏感性，特别是对工程下游地区的影响是研究的重点，对当地的发展、规划等有重要意义。本文从定性及定量方面，分析研究了丹江口水库对汉江中下游径流量的影响，对开发利用汉江、调度丹江口水库具有一定的指导作用，对生产、生活、生态具有重要意义。

1.研究区情况

汉江是长江的最大支流，全长1557km，流域面积达15.1万km2。此流域属于亚热带季风区，气候温和湿润，多年平均降水量873mm，多年平均径流量517亿m3。

在汉江中游，建设了丹江口水库，于1958年始建，1973年竣工，地跨豫鄂两省，水域面积8.4万km2，蓄水总量达81亿m3。汉江中游丹江口水库的建设,在促进社会经济发展的同时,改变了河流原有的水文情势,对径流产生显著的径流调节作用。因此，研究丹江口水库对汉江中下游径流的影响具有重要意义。

图1 研究区位置图

2.资料来源与研究方法

水文时间序列变异分析是水文统计分析的一项重要内容。本文对谢平等提出的水文变异诊断系统进行简化，对汉江中下游年径流量序列进行诊断，并分析汛期、非汛期径流量在建库前后的变化情况，初步探讨兴建丹江口水库对汉江中下游径流量的影响。

2.1 资料来源

选择丹江口水库下游黄家港水文站1956—1997年的径流数据。同时，选取丹江口水库上游白河水文站1956—1990年数据为对比资料，对黄家港水文站径流数据进行跳跃性检验。

2.2 研究方法

对年径流量滑动平均法进行初步诊断。进而详细诊断，进行趋势判断，选用Kendall秩次相关检验、spearman秩次相关检验等。同时对跳跃成分进行识别，选用有序聚类分析法、跳跃显著性检验等方法。

2.2.1 初步诊断

利用滑动平均法，对序列x1,x2,…,xn取5年平均，求出新的序列yi，使趋势清晰地显示出来。

2.2.2 详细诊断

（1）趋势分析方法

在Kendall秩次相关检验中，对于序列x1,x2,…,xn，先确定所有对偶值（xi,xj）(j＞i)中xi＜xj出现的个数k,构造统计量

假设原序列无趋势。给定显著性水平α后，查算Uα/2。当时，接受原假设，即趋势不显著；反之，拒绝原假设，即趋势显著。

（2）跳跃分析方法

在有序聚类分析法[2]中，对水文序列x1,x2,…,xn，实行最优二分割法。设可能的突变点为τ，则突变前后的离差平方和分别为式中分别为τ前后两部分的均值。

这样总离差平方和为Sn(τ)=Vτ+Vn-t

2.2.3 综合诊断

（1）趋势综合诊断

在趋势综合诊断中，取显著性为1，反之为-1，对各种方法的显著性求和，若其和大于1，则趋势显著，反之，趋势不显著。

（2）跳跃综合诊断

本文利用文中对水文序列变异点检验方法的性能比较结果，对本文中所用方法结论进行综合分析。

3.结果分析

3.1 年径流量变化情况分析

3.1.1 初步诊断

利用黄家港水文站42年年径流系列做出年径流量过程图，并绘制5年滑动平均曲线，如图2。

图2 黄家港水文站年径流过程及5a滑动平均曲线图

由图2中年径流量过程线及5a滑动平均曲线可知，在42年中，径流量具有一定的减少趋势，在1990年后减少趋势明显。

3.1.2 详细诊断

对黄家港水文站42年径流量序列进行趋势分析及跳跃分析，计算结果如表1所示。

表1 黄家港水文站年径流量变化情况分析表

表1中显示，在趋势分析中，Kendall法得出U=-2.2，给定显著性水平α后，查算Uα/2,年径流量具有显著的减少趋势成分。同时利用spearman秩次相关检验，得T=-7.1，给定显著性水平α，得出减少显著的结论。

在跳跃成分检验中，利用有序聚类分析法分析得1990年为最优分割点，并通过游程检验，k=8，U=-2.7，对于给定显著性水平α=5%后，查的∣U∣＞Uα/2,得1990年的年径流量具有跳跃成分。利用Lee-Heghinian检验法对黄家港测站年径流量系列进行检验，得1996年为突变点。

按照成因分析，假定1967年为突变点，按照水库建成时间进行游程检验，k=18，U=-0.055，对于给定显著性水平α=5%后，∣U∣＜Uα/2,不具有显著跳跃成分。

利用时序累计值相关曲线法，点绘出黄家港年径流量与白河年径流量的关系图。先对白河站水文数据利用kendall秩次相关法进行检验，得出U=-0.64，∣U∣＜Uα/2,变化平缓；利用Lee-Heghinian检验法得出变异年份为1992年；有序聚类分析法得出变异年份为1990年。由图可知，黄家港年径流量与白河年径流量时序累计值相关曲线较为平滑，说明黄家港水文站1990年前无明显突变，如图3。

图3 黄家港白河年径流量时序累计值相关曲线图

3.1.3 综合分析

由各方法得出结论进行显著性求和，结果为2，综合显著性大于1，可认为该年径流序列具有显著性趋势。

设计含有变异点的P-Ⅲ水文时间序列生成器，用生成的序列测试各种方法对变异点得检验效果，通过检验效率定量描述各种方法的性能。可得出结论：有序聚类检验法和Lee—Heghinian检验法比较适合于检验均值发生变异的情况,检验效果较好，其中有序聚类检验法的结论最具代表性。游程检验法中，当n1或n2＜20时成果不可靠。结合时序累计值相关曲线法得出结论综合分析，黄家港水文站年径流序列于1990年发生了突变。

对有序聚类分析法得出的1990年为黄家港年径流量突变点的结论进行成因分析，发现汉江上游距丹江口水电站260km处有一安康水电站，其1989年12月下闸蓄水后对汉江中下游年径流量也有一定影响，导致汉江中下游年径流过程发生突变。

3.1.4 汛期非汛期变化情况分析

汉江流域5月到10月为汛期，11月到次年4月为非汛期，对42年黄家港水文站径流量进行分析，做出年汛期、非汛期径流量过程线，如图4。

图4 黄家港水文站年汛期、非汛期径流量变化过程线图

同时，经过计算，得到建库前后，黄家港水文站汛期、非汛期径流量平均值及占年内总径流量比率情况，如表2。

表2 黄家港水文站汛期非汛期径流量占年内比率变化表表

表中显示，建库前后，汉江中下游的径流量的年内分配发生了较大的改变，汛期减少11.0%，非汛期增加11%。说明丹江口水库的调节作用对汉江中下游年内汛期、非汛期的径流情况产生了较大影响。

4.结语

利用水文变异诊断等方法研究了丹江口水库对汉江中下游径流的影响。丹江口水库的修建对汉江中下游年径流量具有减少的作用。同时，丹江口水库的调蓄作用对汉江中下游年内径流量分配影响较大，使汛期水量减少，非汛期水量增多。这对于中下游生产生活具有兴利作用，蓄洪补枯，使天然来水能在时间和空间上较好地满足用水部门的要求。