河南省卫河流域降水径流演变规律分析

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（1新乡水文水资源勘测局；2河南省水利第一工程局）

河南省卫河流域降水径流演变规律分析

□赵文举1□李东阳2□赵珑迪1

（1新乡水文水资源勘测局；2河南省水利第一工程局）

根据河南省卫河流域1956-2012年的降水、径流资料，运用Mann-Kendall法、径流差积曲线、双累积曲线法对降水、径流的年际变化趋势、突变特征及相关性进行了分析。结果表明：河南省卫河流域的降水量和径流量在1956-2012年期间呈现递减的变化趋势，径流量的下降趋势较降水更为明显；期间降水量发生多次突变，径流量在1978年发生一次突变，两者的变化过程并不完全同步；降雨径流关系的突变发生于1979、1980年前后，1980年前后的降水径流关系存在较大差异。

降水；径流；Mann-Kendall法；径流差积曲线；双累积曲线

0 引言

卫河是河南省海河流域最大的河流，区域内西部矿产资源丰富，是河南省乃至全国主要的贵金属、有色金属、能源矿产基地，东部广大平原具有农作物生长良好条件，是河南省乃至全国重要的粮棉油生产基地。随着流域内经济社会的发展，河南省卫河流域的水资源开发利用程度大幅度提高，土地的开发利用和城市化程度不断扩大，已对本流域的下垫面条件产生了显著影响。为此，分析在人类活动日益加剧的现实情况下的降水径流变化规律，不仅有助于了解区域内的水资源变化特性，而且也有利于区域水资源的合理配置与开发利用。

1 数据来源及研究方法

1.1 研究区概况

卫河是海河水系南运河的支流，发源于山西省陵川县夺火镇，流经河南省博爱、焦作、武陟、修武、获嘉、辉县、新乡、卫辉、浚县、滑县、汤阴、内黄、清丰、南乐，入河北省大名县，至山东省馆陶县秤钩湾与漳河相会后进入南运河。省境以上河长286 km，流域面积12 911 km2。

卫河的主要支流有淇河、汤河、安阳河等。淇河是卫河最大支流，发源于山西省陵川县，经辉县、林州、鹤壁、淇县，在浚县刘庄入卫河，河长162 km，流域面积2 142 km2；汤河发源于鹤壁市孙圣沟，经汤阴、安阳，于内黄县西元村汇入卫河，河长73 km，流域面积1 287 km2；安阳河发源于林州黄花寺，经安阳县于内黄县入卫河，河长160 km，流域面积1 953km2。

元村集水文站作为河南省卫河流域的出境控制站，位于卫河干流右岸南乐县元村集，东经115°03、′北纬36°07，′至河口距离112 km，集水面积14 286 km2。

1.2 数据来源与处理

降水资料：为分析流域降水量的变化规律，采用卫河元村集以上49处代表雨量站1956-2012年的降水系列资料，采用加权平均方法计算流域面平均雨量。

径流资料：选取河南省卫河流域的出境控制站元村集水文站1956-2012年的天然径流量系列。

1.3 研究方法

采用世界气象组织推荐的Mann—Kendall非参数统计检验法对河南省卫河流域1956-2012年的降水量以及天然径流量进行趋势分析和突变检验。Mann-Kendall法是一种非参数统计检验方法，可以对气温、降雨、径流等时间序列的变化趋势进行定量的分析，还可用以检验时间序列的可能突变点，已广泛用于水文气象等时间序列的趋势分析与突变检验中。

2 降水变化规律

由河南省卫河流域面平均降水量的逐年变化过程可以得出，20世纪50年代中期以来流域的年降水量呈现出递减的变化趋势。采用Mann-Kendall法对年降水序列进行定量的趋势分析和突变点检验，年降水的Mann-Kendall统计值Z=－0.94。取置信度水平为99%，相应的临界值为2.32，没有通过置信度99%的显著性检验，表明流域的年降水量在1956-2012年中呈现下降趋势，但趋势不明显。

图1是对流域的年降水量序列用M－K法检验突变点的正序与逆序曲线，从图中可以看出，UF和UB曲线在99%的置信度临界线之间存在多个突变点，分别为1957、1958、1959、1963、1965、2003、2004年和2012年，由此也可以看出，河南省卫河流域降水在1965年之前年际变化非常剧烈，存在多个突变点，之后直到2003年年际变化相对平缓，2003年之后流域降水变化又趋向剧烈。

图1 流域年降水量突变情况图

3 径流变化规律

由河南省卫河流域的出境控制站元村集水文站的天然径流量逐年变化过程可以得出，20世纪50年代以来流域的年径流量呈现出递减的趋势，下降趋势较降水更为明显。采用Mann-Kendall法对年径流序列进行趋势分析和突变检验，Mann-Kendall统计值Z=-3.55。取置信度水平为99%，相应的临界值为2.32。通过置信度为99%的显著性检验，表明流域的天然径流量在1956-2012年中存在比较明显的下降趋势。

对流域的年径流量序列也用M－K法检验突变点的正序与逆序曲线进行分析，得出UF和UB曲线在99%的置信度临界线之间存在交点，由此可以断定，自1956年以来，卫河流域的天然年径流在1978年发生了一次突变。

绘制1956-2012年天然径流差积曲线，见图2，进一步分析年径流的丰枯变化情况。年径流差积曲线上升表示偏丰水年，下降表示偏枯水年，曲线坡度反映降径流的丰枯强度。从图中可以看出：1956-1977年总体呈上升趋势，表明丰水或偏丰水年份较多；1978-2012年总体呈下降趋势，表明枯水或偏枯水年份较多。丰枯变化的分析结果与检测到的突变点发生时间基本吻合，进一步证明检测到的突变点是合理可信的。

图2 卫河元村集站天然径流差积曲线图

4 降水径流关系变化规律

采用双累积曲线法确定河南省卫河流域1956-2012年降水～径流关系的突变年份，并建立突变年份前后的降水量与径流量的相关图，分析降水径流关系变化。

双累积曲线法的基本原理是利用累积降雨量与累积径流量（或累积输沙量）曲线斜率变化来分析水沙变化趋势，曲线斜率的变化表示单位降雨量所产生的径流量和输沙量的变化。如果斜率发生转折即认为流域下垫面的产水产沙关系发生了较大变化，从而判断水沙突变年份。

将河南省卫河流域1956-2012年面平均降水量与元村集站天然径流量建立双累积曲线，见图3。由图可见，降雨径流关系突变于1979、1980年前后，以1980年为界，将系列划分为1956-1979年和1980-2012年两个系列，分别进行降水～径流的相关分析。经过分析得出，相同的面平均雨量下，20世纪80年代之后产流量较80年代之前有所减少，降雨量越大，相应的产流量减少幅度也越大。就相关性而言，在1980年之前，降水径流相关性较大，相关系数为0.87，1980年之后，两者的相关性下降，相关系数降为0.74。

图3 河南省卫河流域面平均雨量与径流量双累积曲线图

5 结语

河南省卫河流域的降水量在1956-2012年期间呈现递减的变化趋势，但下降趋势不明显，1965年之前年际变化非常剧烈，1965-2003年之间变化相对平缓，2003年之后流域降水变化又趋向剧烈。径流量的下降趋势较降水更为明显，并在1978年发生了一次突变。1956-1977年丰水或偏丰水年份较多；1978-2012年枯水或偏枯水年份较多。降雨径流关系突变于1979、1980年前后，在1980年之前，降水径流相关性较大，径流系数也较大，1980年之后，两者的相关性下降，径流系数也随之减小。在相同的面平均雨量下，20世纪80年代之后产流量较80年代之前有所减少。通过降水与径流的对比分析可以看出，两者的变化过程并不完全同步，径流量的变化不仅归因于降水量的变化，在更大程度上受到下垫面条件改变、人类活动等因素的影响。

［1］康淑媛，张勃，柳景峰等.基于Mann-Kendall法的张掖市降水量时空分布规律分析［J］.资源科学，2009，31（3）：501-508．

［2］王金花，康玲玲，赵广福等.基于Mann-Kendall法的水沙系列突变点研究［J］.人民黄河，2010，32（1）：43-45．

［3］梁川，侯小波，潘妮.长江源高寒区域降水和径流时空变化规律分析［J］.南水北调与水利科技，2011，9（1）：53-59．

［4］穆兴民，张秀勤，高鹏等.双累积曲线方法理论及在水文气象领域应用中应注意的问题［J］.水文，2010，30（4）：47-51．

（编辑：左英勇）

S271

A文章编号：1673-8853（2017）01-0049-02

2016-11-13