呼兰河兰西站1956年以来径流量变化趋势

段明葳，冯 健

(1.黑龙江省大庆水文局，黑龙江 大庆 150001；2.黑龙江省水文局，黑龙江 哈尔滨 150001)

呼兰河兰西站1956年以来径流量变化趋势

段明葳1，冯 健2

(1.黑龙江省大庆水文局，黑龙江 大庆 150001；2.黑龙江省水文局，黑龙江 哈尔滨 150001)

呼兰河流域水资源量相对不足，掌握其径流量变化趋势，有助于更加有效地开展水资源开发利用。采取趋势分析法、Mann-Kendall突变分析法对呼兰河兰西站1956年以来年径流量序列进行分析。结果显示，兰西站年径流量总体表现出减小趋势，但受农业生产等人类活动影响，存在短时增大的局部波动；在1958年和1966年前后发生过2次突变。

径流量，呼兰河；兰西；径流

随着社会经济的不断发展，水资源作为重要的战略资源，也受到越来越多的关注。河川径流量一直是水资源研究的热点，尤其是在人类活动加剧和气候变化影响下，对河川径流量变化趋势的研究更有助于研究区域的水资源开发利用。黑龙江省是一个农业大省，多年平均水资源量810.33亿m3，耕地亩均水平约为全国平均水平的1/3[1]，水资源量相对不足，对河川径流量的分析研究就更为必要。已有学者对松花江、嫩江等大江河的径流(径流量)变化趋势进行过研究[2-5]，但缺乏对于呼兰河等支流的研究。呼兰河地处松嫩平原，贯穿黑龙江省绥化市，为重要的粮食产区，且流域内水库众多，径流量受人类活动影响明显，对其变化趋势研究具有重要意义。

1 流域概况

呼兰河流域面积35 683 km2，干流长523 km，在哈尔滨市东北部约4 km处汇入松花江。呼兰河为一扇形枝状河系，地势东北高、西南低，左岸小呼兰河、安邦河、拉林青河、格木克河、津河、泥河等支流，右岸纳依吉密河、欧根河、泥尔根河、努敏河、通肯河等支流。流域属温带大陆性季风气候，年降水量574.7 mm，主要集中在6—9月。

兰西水文站为呼兰河下游控制性水文站，集水面积27 736 km2，多年平均径流量33.82亿m3，最大年径流量75.18亿m3(1985年)，最小年径流量4.84亿m3(2008年)。

2 数据来源及分析方法

2.1 数据收集及预处理

采用兰西站1956—2015年共60 a流量资料，以此为基础资料，通过计算将流量转换为径流量，分别得到兰西站1956—2015年逐年径流量。

2.2 分析方法

通过构建一元线性回归方程，采用趋势分析法来判断兰西站60 a径流量的整体变化趋势，为了进一步了解径流量时间序列内部的具体突变特征，采用Mann-Kendall突变分析方法对兰西站60 a径流量系列数据进行突变检验。Mann-Kendall突变分析法是非参数统计检验法，不需要样本必须遵从一定分布的特点[6]，因而，更适合受人类活动影响明显的呼兰河流域。

2.2.1 趋势分析法

用xi来代表径流量时间序列中的一个值，其对应的时间为ti，则可构建xi、ti之间的一元线性回归方程。

xi=ati+b(i=1,2,…,n)

(1)

式中:a为回归系数;b为回归常数;n为径流量的样本容量;a、b均采用最小二乘法进行参数估计，所涉及公示为：

(2)

(3)

(4)

(5)

2.2.2 Mann-Kendall突变分析法

以径流量x1,x2,…,xn为一时间序列构造秩序列ri，用j来表示径流量序列中xi>xj(i≥j≥1) 的样本累计数：

(6)

定义统计量Sk为ri的样本累计数：

(7)

Sk的均值E(Sk)和方差Var(Sk)的计算公式如下：

(8)

(9)

在假定径流量时间序列随机独立的情况下，定义统计量UFk为：

(10)

式中：UF1=0,UFk为标准正态分布，给定显著性水位α，查正态分布表可得临界值Uα，若|UFk|>Uα，则表明序列存在一个明显的趋势变化，所有的UFk可组成一条曲线。若针对该样本序列的反序列应用同样的方法，将计算结果乘以-1得到UBk，令UB1=0，则所有的UBk也可组成一条曲线。

通过统计序列UFk、UBk可对序列x的变化趋势作进一步分析，并明确突变时间和区域，以达到对序列内部具体突变特征的分析确定。

3 径流量变化趋势分析

3.1 趋势分析

近60 a来，兰西站年径流量呈现下降趋势，见图1，其年际倾向率为-0.2345，即径流量平均每年减少约2000万m3，年径流量1956年为63.24亿m3，到2015年的30.43亿m3，减少了51.8%。其中，最丰年为1985年(75.18亿m3)，最枯年为2008年(4.84亿m3)，最丰最枯年之比为13.07。从年径流量5 a滑动均值曲线可以看出，总体呈现出减小趋势，但20世纪80年代前期和2011—2013年有小的波动，局部呈增大趋势。

对比图1、图2，从年代际变化来看20世纪60—70年代呈显著减小趋势，70年代末期至80年代末期呈增大趋势，以后呈减小趋势，但不明显。为进一步反映年径流量随时间定性的变化趋势，绘制兰西站年径流量累计平均曲线(见图3)，1956—1982年之间年径流量下降趋势非常明显，1982—1987年略有增大趋势，1988年又开始呈现出减小的趋势，但不显著。

图1 兰西站1956年以来年径流量曲线图

图2 兰西站1956年以来年径流量距平累积曲线图

图3 兰西站年径流量累计平均曲线图

3.2 突变检验

通过Mann-Kendall突变分析法计算并绘制兰西站1956年以来年径流量系列的UF-UB统计量曲线图(见图4)，图中虚线表示α=0.05的显著性水平临界值±1.96，从图中可以看出，兰西站年径流量在1958年和1966年前后发生了两次突变，结合趋势分析可知，这两次突变的发生时间均在50 a以前，之后随着20世纪70年代的大规模农业开垦、80年代家庭联产承包责任制的开展实施，呼兰河流域用水量越来越大，致使呼兰河下游兰西站径流量也呈现出减小的趋势，但受农业生产等人类活动影响明显，所有在整体表现出减小趋势的同时，期间发生有局部波动的情况。

图4 兰西站年径流量M-K统计量曲线图

4 结 论

以呼兰河下游兰西站1956—2015年逐年共计60 a的年径流量系列资料，采用趋势分析法、Mann-Kendall突变分析法等方法，对资料系列进行时间序列的分析，结果表示，兰西站1956年以来年径流量总体呈减小趋势，但不显著，平均每年减少约2000万m3。在1958年和1966年前后，兰西站年径流量发生过两次突变，但均发生在50 a前，后期随着20世纪70年代、80年代农业的发展，人类活动活动对兰西站径流量有所影响，使其在减少的整体趋势中发生有短时增大的局部波动。

[1] 黑龙江省水利厅. 黑龙江省水资源公报[R]. 哈尔滨:黑龙江省水利厅，2015.

[2] 缪驰远,魏欣,孙雷，等. 嫩江、哈尔滨两地48年来夏季降水特征分析[J]. 资源科学, 2007, 29(6):25-31.

[3] 徐东霞,章光新,尹雄锐. 近50年嫩江流域径流变化际影响因素分析[J]. 水科学进展, 2009, 20(3):416-421.

[4] 宋小燕,穆兴民,高鹏，等. 松花江哈尔滨站近100年来径流量变化趋势[J]. 自然资源学报, 2009, 24(10):1803-1809.

[5] 温姗姗,姜彤,李修仓，等. 1961-2010年松花江流域实际蒸散发时空变化及影响要素分析[J]. 气候变化研究进展, 2014, 10(2):79-85.

[6] 胡刚,宋慧. 基于Mann-Kendall的济南市气温变化趋势及突变分析[J]. 济南大学学报(自然科学版),2012, 26(1):96-101.

段明葳(1984-)，女，广西阳朔人，工程师，主要从事水文测量方面的工作。E-mail：53770686@qq.com。

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2096-0506(2017)05-0059-03