变化环境下水文资料序列一致性探析

2020-04-13郑晓霞

水利规划与设计 2020年4期

郑晓霞

(辽宁省营口水文局，辽宁营口 115003)

当前，受气候变化及人类活动综合影响，区域水文资料的一致性受到明显影响[1]。而对于工程设计及水资源规划而言，水文资料的一致性十分重要[2]。若水文资料存在非一致性，则需要对其进行一致性处理，从而保证分析资料的一致性和总体性[3]。近些年来，水文资料非一致得到国内学者的广泛关注和研究，取得一定研究成果[4- 9]，这其中改进的有序聚类方法针对水文资料非一致性的影响因素进行定量分类，再进行有效评价，在水文资料非一致性评估中应用效果较好[10- 13]，但新疆辽宁地区还未得到应用，为此本文结合改进的有序聚类方法对新疆辽宁地区水文非一致性进行综合分析，研究成果对于辽宁地区水资源保护规划具有参考价值。

1 改进的有序聚类方法

改进的有序聚类分析方法对评估因素进行权重设置，并对其进行有序归类，其权重函数的计算方程为：

(1)

改进的聚类方法对变量中心权重值进行标准化处理，得到标准化后的各指标中心聚类值，计算方程为：

(2)

改进的有序聚类方法结合评价指标及影响因素的种类对其进行综合分析，分析方程为：

(3)

对各影响指标进行定量分离，其分离度计算方程为：

(4)

2 实例分析

2.1 水文气象概况

辽宁地区属于典型温带大陆性干旱气候，多年平均降水量为675mm，且60%以上的降水主要集中在夏季。区域多年水资源总量维持在78亿～100亿m3之间，由于受到人类活动和气象变化的综合影响，区域的水文特性出现明显变化，降水主要呈现先递增后递减的变化趋势，而径流总量受到影响更为明显，区域径流总量递减趋势显著。

表1 主要站点年降水量变化分析

表2 主要站点年径流变化分析

2.2 水文特征变化

结合辽宁地区典型4个水文站点降水、径流数据，对其不同年代际的水文特征变化进行分析，分析成果见表1—2。

从表1中可看出，辽宁地区站点年降水量相比于1970年代均呈现明显的增加在递减变化，突变点主要发生在1990年前后，1990年各站点年降水量相比于1970年代都呈现递增变化，增幅在6.97%～39.71%之间，而1990年后降水呈现递减变化，递减变幅在-13.74%～-63.25%之间。降水变化主要受到气候变化的影响，受到气候变暖影响，辽宁地区平均气温具有一定的上升变化，使得蒸发上升，而降水有所递减。从表2中可看出，年均流量和年降水变化特征较为相似，在1990年以前主要受到降水变化，年平均流量递增变化，而从1990年以后，年均流量受到人类活动影响，特别是水利工程建设的影响，年均流量下降趋势明显，递减变幅在-7.06%～-52.59%之间。

2.3 各站点有序聚类综合分析

结改进的有序聚类综合分析方法对不同分布下各站点的水文特征进行非一致性变化分析，分析结果见表3。

从表3中可以看出，不同分布下各站点水文非一致检验分布较为一致，从1#站点其水文非一致性检验看出，其各分布下检验值均在550以下，属于高度不一致，而2#站点其各分布检验值在510以下，属于中度不一致，而3#站点的各分布检验值高于其他站点，总体分布在650以下，也属于高度不一致，4#站点各分布检验值明显低于其他站点，属于低分布站点，其分布检验值在540以下，也同样属于中度不一致。

2.4 水文非一致性分析

对辽宁地区各典型水文站点水文非一致性进行不同分布模式的定量分析，分析结果见表4，并建立各要素和气候指标的相关性，结果如图1所示。

从水文非一致分析结果可看出，各站点水文均值变化较为平稳，最大变化度为0.152，最小值为0.000，从其方差变化结果可看出，方差变化总体在1.123～1.225之间，方差变幅较小，但方差总体较大，从其偏态系数和峰度系数可看出，辽宁地区各站点水文变化特征总体不高，偏态系数低于0.9，峰度系数在2.759～4.183之间。从其非一致性分析结果可看出，各站点水文非一致性总体在高度～中度之间。从图1中可看出，各水文特征与气象相关指标较高，年最大流量与各气象因子的相关度总体在0.7以上。

表3 不同分布下各站点有序聚类综合分析成果

表4 辽宁地区主要站点水文非一致性分析结果

图1 各水文特征与气候指标的相关度分析结果

2.5 辽宁地区水文非一致影响因素定量分解

在辽宁地区水文非一致分析结果的基础上，对其影响因素进行定量分解，分解结果见表5。

从其定量分解结果可看出，各站点年径流渗主要受到降水因素以及人类活动的综合影响，其中人类活动包括涉水活动和下垫面活动，从降水影响定量分解结果可看出，降雨影响下各因素的百分比-26.4～-46.32%之间，而涉水活动影响的百分比在-17.57%～-31.07%之间，区域下垫面变化是主要影响因素，其影响百分比在-36.11%～-47.53%之间。综合以上分析结果，辽宁地区受人类活动和气候变化综合影响，其中气候影响程度占60%，人类活动影响程度占40%。