黑龙江省年径流系列代表性分析

孙国敏，王春雷

（1.黑龙江省水文局，黑龙江 哈尔滨 150001；2.黑龙江省黑河水文局，黑龙江 黑河 164300）

黑龙江省年径流系列代表性分析

孙国敏1，王春雷2

（1.黑龙江省水文局，黑龙江 哈尔滨 150001；2.黑龙江省黑河水文局，黑龙江 黑河 164300）

文章对黑龙江省水资源计算成果，采用的 1956-2000 年径流系列，对长系列的代表性进行了分析并得出结论：径流 1956～2000 年系列均值与长系列均值相比稍偏大，Cv 值稍偏小，具有一定代表性。但由于年径流受人类活动影响较大，建议实际应用时视地理分布情况而定。

年径流实测系列；统计参数；代表性

1 问题的提出

系列代表性是指样本对总体的代表性，实测年径流样本系列对长系列（总体）的代表性如何,直接影响到实测年径流样本系列计算结果的精度,如果实测年径流样本系列对长系列具有代表性,据此计算的结果才能与实际情况相符,否则将会产生较大的计算误差。黑龙江省水资源量最新计算成果，采用 1956—2000 年 45 年资料系列，这一样本系列对长系列的代表性如何，此文在总结借鉴已有成果的基础上，进行初步分析。

2 分区代表站的选择

由于全省的下垫面条件及气候条件存在明显差异。因而全省年降水、年径流的地区分布也很不均。在选择代表站时，一要考虑代表站资料系列较长；二要考虑地域及气候条件。基于上述因素，我们选择了5个水文站作为代表站进行系列代表性分析，并对年径流缺测年份进行插补延长，详见表 1。

3 系列代表性分析

3.1 年径流系列代表性分析

年径流系列代表站插补后，一般为 84～103年，这一系列能否作为与短系列相比的长系列，一要取决于系列本身的精度；二要看它对更长年径流系列是否具有足够的代表性。

3.2 年径流周期变化规律的分析

绘制5个代表站长系列年径流模数差积曲线及年径流，可见，差积曲线大致都呈波状变化趋势，哈尔滨、富拉尔基和湖通镇站曲线形状比较近似，1927—1928 年均出现最低点，1963—1966 年均出现最高点。周期变化基本吻合，都存在 70～80 年左右的长周期和 20～30 年左右的短周期；秦家站和饶河站的周期变化是 20 年左右的短周期，20 年左右丰枯交替期和 40年左右的长周期。这说明本次计算选取的 84～103 年的年径流系列具有一定的代表性，可作为与短系列比较的长系列。

表1 年径流系列代表站资料插补情况

此外，哈尔滨、富拉尔基站累计均值稳定在 1的年份为 1901 年, 其径流系列具有代表性的年数为 97 年；饶河站累计均值从 1959 年开始即在 1 附近稳定下来，表明该站从 1959 年开始的短系列均值，大体上接近于长系列，其径流具有代表性的年数为 39 年；秦家、湖通镇站累计均值分别于 1950年和 1958 年开始稳定在 1 附近，所以，该二站分别从 1958 年和 1971 年始的径流系列具有较好的代表性，其年数分别为 50 年和 31 年。

3.3 用太阳黑子资料与大气环流型分析

3.3.1 太阳黑子与大气环流及年径流的关系

黑龙江省河流水量主要来源于大气降水，而降水量的多少与大气环流关系密切，大气环流形势的维持与转变，需有巨大的外部能源，而这种大气运动的能量主要来自太阳辐射能量，因此，太阳活动与全省年径流的丰枯变化有一定的对应关系。当太阳活动加强（黑子增多）时，有利于大气经向环流（E，C，E+C）型发展，气流呈南北方向流动，这样就把南方暖湿空气带到北方，为全省多雨、丰水创造了有利条件，出现丰水期（1929-1968 年）；当太阳黑子活动减弱（黑子减少）时，有利于大气纬向环流（W，W+C）型发展，气流呈东西向流动，阻碍了南方暖湿空气向北推进，全省常出现少雨枯水 期 ，（1900-1928，1969-2000）。 经向环流与纬向环流相互交替，依次循环，导致全省丰枯水交替变化现象。

绘制太阳黑子相对数 22 年滑动平均模数、大气环流型和资料系列较长的哈尔滨站年径流模数差积曲线，据此，当太阳黑子差积曲线下降时（降枝段），纬向 W 型环流差积曲线上升，经向 E+C 型环流差积曲线下降，哈尔滨站年径流随之下降，出现枯水期；反之亦然，当太阳黑子差积曲线上升时（升枝段），纬向 W 型环流差积曲线下降，经向 E+ C型环流差积曲线上升，哈尔滨站年径流随之上升，出现丰水期。

3.3.2 太阳黑子与年径流的相关关系

依据 240 年左右的太阳黑子资料，绘制历年太阳黑子变化曲线，分别将谷底至峰顶及峰顶至后一谷底视为升、降枝，用太阳黑子小周期（一升一降为一小周期）相对数与全省代表站年径流长系列相应时段的年径流量建立关系，其相关系数达到 0.65～0.82，用它们的相关关系分别估算各站240 年左右的多年平均年径流量，详见表 2。由表 2可见，用太阳黑子估算值与 84～103 年长系列年径流的误差基本上都在 10%以内，均偏小，两者之间的关系成正比。

表2 用太阳黑子资料估算年径流与长系列年径流对比表

3.3.3 大气环流型与年径流的关系

前面已经论证大气环流型与全省的降水、径流存在一定的对应关系。根据大气环流型资料，绘制大气环流差积曲线。并由此可见，当 W 型环流盛行时，全省多为少雨枯水年，当 E+C 型环流盛行时，全省则为多雨丰水年。根据资料统计，1891-1968 年出现了 5 种不同的环流盛行期，即 W+C，W，E，C，E+C 环流型，1969-2000 年又重复出现了W型。

由此可见，大气环流型与我省年径流丰枯水的多年变化基本上存在 80 年左右的长周期，大气环流型的周期变化规律，与全省年径流的变化周期基本吻合。

大气环流型与我省年径流除存在 80年左右的长周期外，分析结果还表明存在 22 年左右的短周期，与太阳黑子 22 年磁周期是对应的。此外，从哈尔滨站年径流 22年滑动平均模数差积曲线图，由于进行 22 年滑动平均后的距平累计，消除了短期振动，成为一光滑曲线，由此说明 22 年的短周期是明显存在的。

3.4 长短系列统计参数对比分析

对选用的代表站进行不同时段统计参数计算，详见表 3。由表可见，代表站长、短系列年径流均值的相对误差一般在±10%左右，富拉尔基、哈尔滨站偏大近 13%，湖通镇、秦家和饶河站长系列与短系列均值接近，误差不超过±5%；Cv 值相差不到 ±18%，且有正有负，负值稍偏多。因此，就径流短系列的系列代表性而言，应根据地域分布情况来看，黑龙江上游，呼兰河、汤旺河流域及挠力河、穆棱河流域，年径流短系列对长系列的代表性较好，而嫩江、松花江流域短系列与长系列相比均值稍偏大，Cv值稍偏小。

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