通江碧溪流域降水径流趋势分析
2015-09-26陈吉琴宋萌勃
陈吉琴， 张 莉， 宋萌勃
（1.长江工程职业技术学院，湖北 武汉 430212；2.长江水利委员会水文局，湖北 武汉 430010）
关于嘉陵江流域的降雨径流趋势分析，很多学者已经做了充分的研究，但是对于嘉陵江支流通江的降雨径流关系研究甚少。选取通江上游碧溪流域代表站的降雨径流资料对两者趋势及径流系数加以分析，以期对本流域内水资源合理开发与利用都具有一定指导意义。
1 降水趋势及特征分析
1.1 线性倾向回归分析
对碧溪流域面平均降雨量系进行线性倾向回归分析计算，得出线性回归方程式为x＝A＋Bt＝348.05＋0.44t，即A＝348.05，B＝0.44，相应的统计参数为T＝0.144，r＝0.0213。
当给定α＝0.05，n－2＝48－2＝46，查T分布表得临界值说明碧溪小流域面平均降雨量系列有增加趋势，但不显著；当给定α＝0.05，n＝48，查相关系数检验表得临界值rα（n－2）＝0.285，｜r｜＜rα同样说明碧溪小流域面平均降雨量系列有增加趋势，但不明显。
碧溪流域面平均降雨量系列趋势曲线如图1所示，由图可见，碧溪流域多年平均降水为1221.8mm，近48年实测年均降水流域呈微弱增加趋势，平均线性倾向率为0.44mm/a，基本上无变化。
1.2 Mann－Kendall法
碧溪流域面平均降雨量系列M－K检验统计量变化曲线如图2所示。由图可见：
（1）趋势检验结果。经计算，碧溪小流域面平均降雨量系列z值为0.169，即｜z｜＝0.169＜za/2＝1.96，说明此序列具有上升趋势，但在95%的置信水平下上升不明显。
（2）趋势分析。碧溪小流域面平均降雨量系列在1964－1981年间呈下降趋势，趋势不显著，1982－1994年间呈上升趋势，趋势不明显，1995－2011年间呈不明显下降趋势。
（3）突变分析。根据Mann－Kendall秩检验方法，得出突变点5个，正反序列交点全部位于95%区间，分别是1979、1981、1982、1984、2010年，即碧溪小流域面平均降雨量系列的趋势突变点在1980及2010年前后。
1.3 Spearman秩次相关检验和Kendall秩次相关检验
对碧溪流域面平均降雨量系列进行Spearman秩次相关检验计算，计算结果为r＝－0.021，T＝－0.141。选择置信水平α＝0.05，n－2＝48－2＝6，查T分布表得临界值ta/2（n－2）＝ta/2（48－2）＝2.013。由计算得出对碧溪小流域面平均降雨量系列的秩次相关值｜T｜＝0.141＜tα/2＝2.013，即接受原假设，表明序列无明显变化趋势。
对碧溪流域面平均降雨量系列进行Kendall秩次相关检验计算，计算结果为P＝574，t＝－0.0177，σ2x＝0.0099，M＝0.18。给定显著性水平α＝0.05，查正态分布表得到临界值Ua/2＝1.96，由｜M｜＝0.18＜Uα/2＝1.96，且M＞0，说降雨序列有增加趋势，且增加趋势十分微弱，基本上无变化。
2 径流深趋势及特征分析
2.1 径流深趋势曲线
碧溪流域年径流深系列趋势曲线如图3所示。经线性倾向回归分析计算，得出线性回归方程式x＝A＋Bt＝8531.5－3.938t，即A＝8531.5，B＝－3.938，相应的统计参数为T＝－1.320，r＝0.19。
当给定α＝0.05，n－2＝48－2＝46，查T分布表得临界值说明变化不显著。由图可见，碧溪流域多年平均径流深为704.6mm，近48年实测年径流深呈现减小趋势，平均线性倾向率为－3.94mm/a，但不够显著。
2.2 Mann－Kendall法
碧溪流域年径流深系列M－K检验统计量变化曲线如图4所示，由图可见：
（1）趋势检验结果。经计算，碧溪小流域年径流深系列z值为－1.30，即｜z｜＝1.30＜za/2＝1.96，说明此序列具有下降趋势，但在95%的置信水平下下降不明显。
（2）趋势分析。碧溪小流域年径流深系列在1964－1982年间呈下降趋势，趋势不明显，1983－1987年期间呈不明显上升趋势，1988－2011年呈持续下降趋势，整体上趋势不显著。
（3）突变分析。根据Mann－Kendall秩检验方法，得出突变点5个，正反序列交点全部位于95%区间，分别是1964、1972、1976、1977、1987年，即碧溪小流域年径流深系列的趋势突变点在70年代前后。
2.3 Spearman秩次相关检验和Kendall秩次相关检验
对碧溪流域年径流系列进行Spearman秩次相关检验计算，计算结果为r＝0.188，T＝1.268。选择置信水平α＝0.05，n－2＝48－2＝46，查T分布表得临界值ta/2（n－2）＝ta/2（48－2）＝2.013。由计算得出对碧溪小流域面平均降雨量系列的秩次相关值｜T｜＝1.268＜tα/2＝2.013，即接受原假设，表明序列无明显变化趋势。
对碧溪流域年径流深系列进行Kendall秩次相关检验计算，计算结果为给定显著性水平α＝0.05，查正态分布表得到临界值Ua/2＝1.96，由｜M｜＝1.32＜Uα/2＝1.96，且M＜0，说径流深序列有减少趋势，但减少趋势不显著。
3 降水径流关系变化分析
3.1 径流系数趋势曲线
用径流深除以降雨量就是径流系数，径流系数的大小可以反映一个流域的产流特点。对碧溪流域径流系数系列进行线性倾向回归分析计算，得出线性回归方程式为x＝A＋Bt＝7.231－0.0034t，即A＝7.231，B＝－0.0034，相应的统计参数为T＝－2.991，r＝0.399。
当给定α＝0.05，n－2＝48－2＝46，查T分布表得临界值T｜＝2.991，说明碧溪流域径流系数系列有减少趋势，且减少趋势显著。当给定α＝0.05，n－2＝48－2＝46，查相关系数检验表得临界值rα（n－2）＝rα（48－2）＝0.285＜｜r｜＝0.399，同样说明此流域径流系数系列有减少趋势，且趋势显著。
点绘碧溪小流域径流系数系列趋势曲线如图5所示。由图可见，碧溪小流域多年平均径流系数为0.56，近48年实测年径流系数呈现减小趋势，平均线性倾向率为－0.0034/a，变化显著。
3.2 Mann－Kendall法
碧溪流域1964－2011年实测年均径流系数M－K检验统计量变化曲线如图6所示，由图可见：
（1）趋势检验结果。经计算，碧溪流域年径流系数系列z值为－2.73，即｜z｜＝2.330＞za/2＝1.96，说明此序列具有下降趋势，且在95%的置信水平下显著下降。
（2）趋势分析。碧溪流域年径流深系列在1964－1982年间呈下降趋势，趋势不明显，1983－1987年期间呈不明显上升趋势，1988－2011年呈持续下降趋势，整体上趋势不显著。
（3）突变分析。根据Mann－Kendall秩检验方法，得出正反序列交点3个，其中处于95%置信区间内的交点有1个，即1987年，所以碧溪流域年径流系数系列的趋势突变点在1987年前后。
3.3 Spearman秩次相关检验和Kendall秩次相关检验
对碧溪流域年径流系数系列进行Spearman秩次相关检验计算，计算结果为r＝0.386，T＝2.777。选择置信水平α＝0.05，n－2＝48－2＝46，查T分布表得临界值ta/2（n－2）＝ta/2（48－2）＝2.013。由计算得出对碧溪流域面平均降雨量系列的秩次相关值｜T｜＝2.777＞tα/2＝2.013，即否定原假设，表明序列变化趋势显著。
对碧溪流域年径流系数系列进行Kendall秩次相关检验计算，计算结果为＝0.0099，M＝－2.79。给定显著性水平α＝0.05，查正态分布表得到临界值Ua/2＝1.96，由｜M｜＝2.79＞Uα/2＝1.96，且M＜0，说径流系数序列有减少趋势，且减少趋势显著。
4 结 论
依据线性倾向回归分析、M－K法、Sperman秩次相关检验及Kendall秩次相关检验等4种趋势分析方法对通江碧溪流域实测长系列降水径流资料进行了趋势分析并进行显著性检验，结果如下：
（1）降水径流系列。4种方法表明近48年实测年均降水径流无明显变化趋势，线性倾向率分别为0.44和－3.94mm/a，M－K秩次相关检验检验结果表明降雨径流80年代后都有显著减少趋势，发生突变。
（2）径流系数系列。4种方法都表明近48年径流系数有减小趋势且减小趋势显著，线性倾向率为－0.0034/a，M－K秩次相关检验结果表明80年代后径流系数系列减少趋势更为显著，降水径流关系发生发生突变。径流是降水和下垫面相互作用的产物，在下垫面相对稳定前提下，降水与径流演变规律保持相对一致，而演变规律的差异性可表征人类活动的影响。通江碧溪流域降水径流80年代后显著减少，降雨径流关系发生突变，原因可能是由于剧烈的人类活动改变了下垫面条件，为此需大力开展水土保持重点防治工程，以减少水资源的流失，保护水资源。
［参 考 文 献］
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