大伙房水库入库径流变化特征分析

李安安

（辽宁省大伙房水库管理局有限责任公司，辽宁 沈阳 110041）

1 研究区概况

大伙房水库位于浑河中上游，地理位置东经 124°04′ ～124°21′，北纬 41°50′ ～ 41°56′，是一座以防洪及城市供水为主，兼顾发电、灌溉等综合利用的大（I）型水利枢纽工程，控制流域面积5 437 km2，总库容2.187×109m3。

大伙房水库上游流域为山岳地带，山岭海拔高程一般在400 ～ 800 m。降雨主要集中在7、8月份，期间降雨约占全年降水的48.4%。本地区洪水主要发生在6 — 9月，洪水成因主要是期间的大暴雨。

2 资料选取

本文数据资料选取自《中华人民共和国水文年鉴第2卷辽河流域水文资料（第3册 — 浑河、太子河水系）》中的大伙房水库1959 — 2016年的年径流量，满足水文资料可靠性、一致性、代表性要求。

3 研究方法

3.1 变差系数

变差系数是衡量资料中各观测值变异程度的统计量，可消除单位和（或）平均数不同对两个或多个资料变异程度比较的影响。CV常用于表征径流年际变化总体特征。计算公式[1]:

式中:Cv为变差系数；N为径流序列个数（a）；Xi为径流序列第i年的径流量（106m3）；μ为径流系列的平均值（106m3）。

3.2 距平法

距平是时间系列中某一个数值与平均值的差，分正距平和负距平。距平反映了径流与多年平均状态的偏离程度，能体现径流年际变化的程度及其变化的过程波动性。计算公式:

式中:Qi为第i年的年径流量（106m3）；为多年径流平均值（106m3）。

3.3 滑动平均法

滑动平均法相当于低通滤波器，用确定时间序列的平滑值来显示变化趋势。

对样本量为n的序列，计算多个连续m项序列的平均值。即沿全长n个数据，不断逐个滑动地取m个相邻的数据作直接的算术平均，

式中:m为滑动长度（ m）；y为第k+i年的径流量（106m3）。

经过滑动平均后，序列中短于滑动长度的周期被消弱，体现出变化趋势来。

3.4 Kendall秩次相关法

Kendall秩次相关法是提取序列变化趋势的有效工具，被广泛应用于气候参数与水文序列分析[2]中。其基本原理[3]为原假设序列为无趋势，当给定显著水平α = 0.05后，当统计量时，趋势不显著；当时，趋势显著。计算公式[4-5]:

式中:Z为Kendall秩次相关系数；S为肯德尔统计量；p为径流系列所有对偶观测值（Rj，Ri，j＜i）中Rj＜Ri出现的次数；n为系列长度（径流观测年数）。若Z＞0，则序列呈上升趋势；反之，则呈下降趋势。Z的绝对值越大，表明序列变化趋势越显著。

4 径流的特征和变化趋势分析

4.1 年径流丰枯等级变化

依据水文情报预报规划，大伙房水库1959 — 2016年径流按距平百分率分特丰、偏丰、平水、偏枯、特枯5种情况分析（见表1）。

特丰年份13 a，占比22%；偏丰年份4 a，占比7%；平水年份9 a，占比15%；偏枯年份6 a，占比10%；特枯年份28 a，占比46%。

表 1 大伙房水库丰枯等级表

4.2 径流年际变化特征分析

大伙房水库入库径流丰、平、枯循环交替。多年平均径流量为15.26亿m3，年径流量变差系数Cv为0.58，Cv值较大，表明径流的年际变化剧烈，对水资源利用不利。

从矩平图上看（见图1），有20 a年径流量高于平均值，其余的38 a低于平均值，偏枯年占65.5%，说明这58 a中主要还是以枯水年为主。在1974年之前，丰枯交替，基本持平，历时时段较短，基本为3 ～ 4 a；1974 — 1983年基本为枯水年，1984 — 2004年，与前期相比，丰枯历时时段增长，基本以10 a为1个周期，进行丰枯交替。2005年以后丰枯交替比较频繁。

2018年来由于大伙房水库流域遭遇极端天气影响，特大暴雨和极端干旱频繁发生，是近些年来丰枯交替频繁的主要原因，其具体原因还有待深入分析。

图1 大伙房水库入库年径流量矩平图

从大伙房水库入库年径流5 a、10 a滑动平均曲线可以看出（见图2），入库年径流呈微弱的波动上升趋势，增加率为121.4 m3/a，在统计意义上不显著。具体变化趋势为:1958 — 1979年呈波动下降趋势，1979 — 1983年呈现上升趋势，1983 — 2003年呈现比较平缓的下降趋势，2003 —1016年呈增加趋势。随着滑动长度的增加，年径流曲线变得平缓。通过入库年径流5 a、10 a滑动平均曲线可以看出，变化周期为10 a。

图2 大伙房水库入库径流滑动平均曲线图

Kendall秩次相关法结果显示，Z = 0.7，说明年径流呈增加趋势，且小于1.96，表明在显著水平（α = 0.05）内，年入库径流增加的趋势不显著。

4.3 径流年内变化特征分析

大伙房水库月径流量主要集中在6 — 9月，占年径流量的70.2%，其中7 — 8月，占年径流量的53.4%，特别是8月，占年径流量的31.4%；1 — 5月径流量占全年的19.9%，而10 — 12月仅占9.9%，具体见图3。

图 3 大伙房水库逐月流量图

5 结 论

本文基于1958 — 2016年大伙房水库入库年径流资料，采用变差系数、距平法、滑动平均法和Kendall秩次相关法分析了径流变化特征。58 a中主要以枯水年为主，在1974年之前，丰枯变化历时时段较短，变化周期基本为3 ～ 4 a；1974 — 1983年基本为枯水年，1984 — 2004年，与前期相比，丰枯历时时段增长，基本以10 a为一个周期，进行丰枯交替；2005年以后丰枯交替比较频繁；呈现不显著的上升趋势。径流量主要集中在6 — 9月，其中7 — 8月，占年径流量的53.4%。