变化环境下枣庄市降水径流演变趋势分析

韩 梅 张海龙 杜雪梅

（1.枣庄市水文中心 枣庄 277800 2.五河县水旱灾害防御中心 五河 233300 3.济南市水文中心 济南 250000）

1 引言

枣庄市是鲁南地区重要的政治、经济、交通和文化中心，属淮河流域，全市总面积4563km2。辖5区1 市，1 个高新区。近年来，由于受气候变化及人类活动影响，城市水资源供需矛盾日益突出，对社会经济可持续发展构成威胁。变化环境下的水资源、水生态、水环境问题业已引起枣庄市各级政府的广泛关注。本文目的旨在通过对降水、径流演变规律分析研究，揭示变化环境下水资源演变规律，研究成果对了解旱涝气候变化规律具有重要意义，可为区域防汛抗旱、水资源合理配置和可持续开发利用决策提供参考。

2 分析方法

首先采用距平曲线判断降水、径流序列变化的大体趋势；然后用Mann-Kendall 趋势分析检验法(简称M-K 法)判断其具体的演变趋势[1]；最后通过相关分析法判断两者间的相关关系。

假设有一时间序列如下：X1、X2、X3……Xn，其趋势检验统计量公式为：

M-K 法统计量公式S 大于、等于、小于零时，计算公式分别为：

Z 为正值表示增加趋势，负值表示减少趋势； Z 绝对值大于等于1.28、1.64、2.32 时表示分别通过了信度90%、95%、99%显著性检验。

用M-K 法检验时间序列的突变，首先假设一时间序列X1，X2，X3……Xn，mi表示Xi＞Xj（1 ≤j ≤i）的积累数。定义统一量dk，假定原序列随机独立，则dk的均值、方差计算公式分别为：

将dk标准化：

3 演变趋势分析

3．1 降水量时空变化

枣庄市水资源比较丰富，但降雨、径流的时空分布不均匀，年际之间水量变化悬殊很大，而每年的地表径流主要集中在汛期；除韩庄运河和伊家河外都是流程很短的季节性河流，枯季其流量甚微。根据枣庄市18 处常年雨量站1950—2011年资料进行统计计算，全市多年平均降水量为799.6mm，其中汛期6—9月降水量为578.2mm，约占全年降水量72.4%；10月—次年5月降水量为220.8mm，约占全年降水量的27.6%；最大月平均降水量大都出现在7月，7月降水量多年平均值为233.3mm，占全年平均降水量的29.2%；最小月平均降水量大都出现在1月，1月降水量多年平均值为11.60mm，约占全年1.5%。最大年份与最小年份间降水量相差2.5倍，其中以2003年最大，为1237mm，其次较大的年份有2005年、1998年、2007年、1985年；降水量较少的年份有1988年、1981年和2002年，比多年平均少280mm 以上。汛期降水量2005年最大，为918.0mm，其次较大的年份有2003年、2004年、2007年、2008年；降水量较少的年份有2002年、1997年、1988年，比多年平均少200mm 以上。非汛期降水量1998年最大，为404.5mm，其次较大的年份有1985年、2003年、1991年、1987年；降水量较少的年份有1986年、1981年、2001年、2010年、1984年，比多年平均少100mm 以上。

3．2 径流量时空变化

用十字河流域柴胡店水文站地表径流量资料进行径流量演变趋势分析。径流量年内分布与降水量分布相近。多年年均径流量为1.95 亿m3，最大年份与最小年份间径流量相差97 倍，其较大有1958年、1963年、2004年、2005年；较少的有1981年、1983年、1988年、2002年，比多年平均少1.50 亿m3以上。汛期径流量较大的有1957年、1958年、1963年、1970年；径流量较少的有1982年、1983年、1989年、2002年，比多年平均少1.20 亿m3以上。非汛期径流量较大的有1969年、1973年、1975年、1984年；径流量较小的有1989年、1999年、2001年、2002年。

3．3 降水径流量趋势检验分析

根据M-K 法的基本原理及相应计算公式，以信度95%作为检验标准，分别对年降水、汛期降水、非汛期降水和年径流量、汛期径流量、非汛期径流量演变趋势进行检验，检验结果见表1。

表1 M-K 趋势检验成果表

从表1 和往年资料可见，年降水量、汛期降水量和非汛期降水量均有微弱增加趋势，但都未能通过显著性检验；年径流量有微弱减少趋势，但未能通过显著性检验；汛期径流量有微弱增加趋势，但也未能通过显著性检验；非汛期径流量具有显著的减少趋势，并通过显著性检验；个别年份年降水量、汛期降水量、非汛期降水量和年径流量、汛期径流量、非汛期径流量均出现突变点。

3．4 降水量与径流量相关性分析

分别对全年、汛期和非汛期降水量与径流量的相关性进行分析，由图1 结果可见，年降水量与年径流量、汛期降水与汛期径流量相关性相对较好，相关系数在0.76 以上；而非汛期降水与非汛期径流量相关性差，相关系数仅为0.2426。

图1 降水量与径流量相关图

4 影响降水径流关系变化的因素分析

4．1 用水量增加

随着流域内社会经济的快速发展，人口的增加，工农业、商业、畜牧业和生活用水大幅度增加。上游用水量的增加加大了水资源的开发利用，减少了入河地表径流量。

4．2 水利工程影响

近年来河道上建设了大量的拦河闸坝，拦蓄河道地表水，用于景观用水或农业灌溉；同时，拦河闸坝蓄水也增加了地下水的补给量，使得通过下游水文站断面的径流量减少。

4．3 林业植被率增大

为改善日益恶化的生态环境，涵养水源，近年来枣庄市开展了退耕还林的水土保持综合治理工作，增大了林业植被。国内外森林水文观测结果都表明，森林覆盖率与区域产水量呈负相关。林业对径流的影响表现在对降水有截留作用，同时地面的枯枝落叶层和林木根系有涵养水源的作用，可使相当一部分降水渗入地下，成为地下径流，对入河径流也产生了一定的影响。

4．4 降水特征与厄尔尼诺现象关系

环境的大气候背景决定了区域内小气候，异常的降水常出现在厄尔尼诺现象或者反厄尔尼诺现象发生年，枣庄市除1982年、1986年、1988年、1989年比多年平均值小外，其他均比多年平均值大100mm以上，说明区域内的降水量多寡受全球气候影响。

5 结语

应用1961—2008年枣庄市区域内十字河流域降水、径流资料对其年际变化进行了分析，得到以下结论：（1）年降水量总体变化趋势不显著，汛期降水仍然是年降水的主要来源，降水量多寡受全球气候影响而变化；（2）年径流量有微弱减少趋势，而非汛期径流量减少趋势更为明显；（3）年降水量与年径流量、汛期降水量与汛期径流量的相关关系较好，但也仅为0.7605 和0.7877，表明人类活动一定程度改变了区域产汇流条件和径流量时空分布；（4）非汛期降水量与非汛期径流量相关关系差，仅为0.2426，非汛期径流量的减少，一定程度上影响了水利工程拦蓄水和开发利用，也给区域非汛期水资源利用及地表、地下径流合理配置提出了新的、更高的要求