大夏河近60年來實(shí)測(cè)徑流變化分析

大夏河近60年來實(shí)測(cè)徑流變化分析

河流直徑流作為最易利用的水資源，在人類生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來，國內(nèi)河川徑流演變的研究主要集中在大江大河干流和較大支流上，如對(duì)黃河流域徑流變化特征的研究，主要集中在黃河干流及渭河、涇河等13條較大支流上，對(duì)大夏河、莊浪河等較小支流的研究相對(duì)欠缺1流域地表地貌大夏河位于甘肅省中部地區(qū)，地理位置102°02′～103°22′E,34°52′～35°48′N之間，是黃河上游右岸一級(jí)支流。河源由夏河和咯河兩條支流組成，夏河發(fā)源于不大勒赫卡，海拔4280m，咯河發(fā)源于臘力大山，海拔3805m，兩條支流于完尕灘匯合后稱大夏河大夏河流域?qū)儆跍貛О敫珊敌詺夂?，遠(yuǎn)離海洋，日照比較豐富，氣溫年差大，降水多集中于6～10月，多年平均氣溫2.7℃，多年平均降雨量545.6mm。上游地處甘南高原北部和黃土高原過渡帶，地勢(shì)較高，植被覆蓋較好，河流的侵蝕切割作用微弱；下游屬于隴西黃土高原邊緣區(qū)，多為草地和耕地。在雙城站以下被黃土覆蓋，河流的侵蝕切割作用明顯，地表呈階梯狀起伏，河流含沙量較大。全流域水力資源理論蘊(yùn)藏量平均功率392.03MW，其中干流平均功率267.8MW，水力資源比較豐富2數(shù)據(jù)與方法論的研究2.1實(shí)測(cè)徑流數(shù)據(jù)收集本次主要研究大夏河流域徑流變化特征，根據(jù)水文站布設(shè)情況，從甘肅省水文水資源局和洮河水文水資源勘測(cè)局收集到夏河、雙城和折橋（馮家臺(tái)）水文站長系列實(shí)測(cè)徑流數(shù)據(jù)，其中折橋水文站設(shè)立于1979年初，馮家臺(tái)水文站于1979年底撤銷，兩站控制集水面積相差8km2.2分析2.2.1線性回歸法和滑動(dòng)平均法文章采用線性回歸法、滑動(dòng)平均法和距平累計(jì)曲線法分析大夏河流域徑流年際變化趨勢(shì)。線性回歸法是一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，常用來確定一個(gè)變量或多個(gè)變量與因變量之間的關(guān)系?；瑒?dòng)平均法是利用資料序列的滑動(dòng)均值變化情況反映研究對(duì)象的變化趨勢(shì)，能有效消除奇異點(diǎn)的干擾。繪制距平累計(jì)曲線法，可直接判斷研究對(duì)象持續(xù)性變化趨勢(shì)。2.2.2局部分析方法小波分析是一種窗口大小固定不變，而形狀可以變化的時(shí)頻（時(shí)間-頻率）局部分析方法。其特點(diǎn)是：在低頻部分頻率分辨率較高、時(shí)間分辨率較低；反之，在高頻部分頻率分辨率較低、而時(shí)間分辨率較高2.2.3m-k統(tǒng)計(jì)值的顯著性分析Mann-Kendall(M-K）檢驗(yàn)是一種常用的非參數(shù)檢驗(yàn)方法，在水文氣象序列變化趨勢(shì)研究方面有較為廣泛的應(yīng)用，并且不受樣本分布形態(tài)的約束和少數(shù)奇異值的干擾，具有檢驗(yàn)范圍廣、定量化程度高的特點(diǎn)。利用M-K統(tǒng)計(jì)值（UF和UB）進(jìn)行序列變化趨勢(shì)顯著性分析時(shí)，通常選取顯著性水平α=0.05，臨界值U0.051.96。當(dāng)M-K統(tǒng)計(jì)值大于臨界檢驗(yàn)值時(shí)，則表示變化趨勢(shì)顯著，反之，則變化趨勢(shì)不顯著；M-K統(tǒng)計(jì)值的正負(fù)分別代表序列的上升和下降趨勢(shì)；利用UF和UB兩條曲線是否在臨界線U0.05區(qū)域內(nèi)有交點(diǎn)，判斷突變是否發(fā)生并識(shí)別突變開始發(fā)生的時(shí)刻3結(jié)果與分析3.1徑流總量特征繪制夏河站、雙城站和折橋站徑流年內(nèi)分配曲線（如圖2所示）。由圖2可知，三站徑流量年內(nèi)分配特征基本一致，均為：夏季徑流量最大，冬季徑流量最?。谎雌冢?月-10月）徑流總量占全年徑流量66%，非汛期（11月至次年5月）徑流量占全年徑流量的34%。年內(nèi)徑流量最大月出現(xiàn)在9月，最小月出現(xiàn)在2月。可以看出大夏河流域徑流量年內(nèi)分配不均，其變化特征主要受大氣降水的影響。3.2年徑流運(yùn)行特征根據(jù)1956～2016年夏河站、雙城站和折橋站徑流系列資料，計(jì)算得三站多年平均徑流量分別為2.56m1985年以后，大夏河開始修建水利工程，其中干流規(guī)劃修建梯級(jí)水電站25座，主要分布在夏河站～折橋站之間。以1985年為分界點(diǎn)，1956年～1985年，三站年平均徑流量分別為2.95m繪制三站年徑流變化過程線，包括逐年徑流量過程線和連續(xù)5年滑動(dòng)平均變化過程線（如圖3所示）。由圖3可知，三站年徑流過程線比較相似，均呈下降趨勢(shì)；三站年徑流過程趨勢(shì)線斜率k分別為-0.022、-0.047和-0.081，從上游至下游，|k|值逐漸增大，由此可見，近幾十年來，大夏河流域年徑流量有下降的趨勢(shì)，且減少的趨勢(shì)隨著流域面積的增加而增加。由圖3中三站連續(xù)5年滑動(dòng)平均變化過程線可知，大夏河流域上、中、下游年徑流量變化趨勢(shì)相似，尤其是1985年之前，豐、平、枯水年基本對(duì)應(yīng)。通過計(jì)算三站年徑流序列距平累計(jì)值，繪制夏河站、雙城站和折橋站年徑流量序列距平累積曲線（如圖4所示）。由圖4可知，三站年徑流量距平累積曲線變化趨勢(shì)基本一致，其中夏河站變化趨勢(shì)相對(duì)較平緩。1957～1968年和1975～1979年三站的年徑流量累積距平值基本保持逐年遞增，表明該時(shí)間段大夏河流域處于豐水年份；1968～1974年和1991～2016年三站的年徑流量累積距平值基本保持逐年遞減，表明該時(shí)間段大夏河流域處于枯水年份；1980～1990年三站的年徑流量累積距平值變化幅度較小，表明該時(shí)間段大夏河流域處于平水年份。3.3年徑流序列及周期采用Morlet小波分析，對(duì)夏河站、雙城站和折橋站年徑流量進(jìn)行周期性分析和小波方程檢驗(yàn)。夏河站年徑流量小波分析如圖5所示。夏河站年徑流量存在明顯的周期性變化，其震蕩周期有3a、5a、10a和25a，其中25a徑流序列出現(xiàn)最大峰值，表明25a的周期振蕩最強(qiáng)，為夏河站徑流量序列的第一主周期，10a、3a對(duì)應(yīng)為第二和第三主周期。在25a尺度下經(jīng)歷了正-負(fù)-正-負(fù)-正交替變化，對(duì)應(yīng)年徑流量經(jīng)歷偏多-偏少循環(huán)交替；2016年夏河站年徑流量等值線圖為正相位，且未閉合，按25a的第一主周期推算，夏河站年徑流量將保持增加的趨勢(shì)到2021年。雙城站年徑流量小波分析如圖6所示。雙城站年徑流量存在3a、10a、14a和22a左右的震蕩周期，其中22a時(shí)徑流序列出現(xiàn)最大峰值，表明22a為雙城站徑流量序列的第一主周期，10a、3a對(duì)應(yīng)為第二和第三主周期。在22a尺度上經(jīng)歷了負(fù)-正-負(fù)-正-負(fù)-正-負(fù)7個(gè)變化期，1956～1958年、1970～1980年、1992～2004年和2014～2016年為偏少期，1959～1969年、1981～1991年和2005～2013年為偏多期；2016年雙城站年徑流量等值線圖為負(fù)相位，且未閉合，按22a的第一主周期推算，雙城站年徑流量將保持減少的趨勢(shì)到2024年。折橋站年徑流量小波分析如圖7所示。雙城站年徑流量存在3a、9a、15a和22a左右的震蕩周期，其中徑流序列最大峰值出現(xiàn)在9a，表明折橋站徑流量序列的第一主周期為9a,3a、15a對(duì)應(yīng)為第二和第三主周期。在9a尺度上，1956～1957年、1962～1967年、1971～1975年、1980～1985年、1989～1993年、2000～2004年和2009～2012年為偏少期，1958～1961年、1968～1970年、1976～1979年、1986～1988年、1994～1999年、2005～2008年和2013～2016年為偏多期，共經(jīng)歷了14個(gè)負(fù)-正循環(huán)交替的變化期。3.4年徑流的變化假定大夏河年徑流量序列相互獨(dú)立且連續(xù)，選取顯著性水平α=0.05，臨界值U從圖8中（a）夏河站UF曲線可以看出，1957～1969年UF均大于0，表明夏河站年徑流量呈上升趨勢(shì)，因1958年、1960年、1962年和1964年UF均大于臨界值1.96，則這4年夏河站年徑流量上升顯著；1969年之后，UF均基本小于0，且1997～2016年UF均小于臨界值-1.96，表明夏河站年徑流量在1969年之后保持連續(xù)下降的趨勢(shì)，且1997年之后下降趨勢(shì)顯著；夏河站UF和UB曲線在置信區(qū)間內(nèi)的交點(diǎn)出現(xiàn)在1985年，說明夏河站年徑流量突變發(fā)生在1985年。圖8中（b）雙城站UF曲線在1957～1970年均大于0，在1971～2016年均小于0，其中1998～2007年小于臨界值-1.96，表明雙城站年徑流量在1957～1970年呈上升趨勢(shì)，在1971年之后呈下降趨勢(shì)，且1997～2007年期間下降趨勢(shì)顯著；雙城站UF和UB曲線的交點(diǎn)置信區(qū)間內(nèi)，年徑流量的突變發(fā)生在1979年。圖8中（c）折橋站UF曲線在1957～1970年和1978～1979年均大于0，在1971～1978年和1980～2016年均小于0，其中1997年之后均小于臨界值-1.96，表明折橋站年徑流量在1957～1970年和1978～1979呈上升趨勢(shì)，在1971～1978年和1980～2016年呈下降趨勢(shì)，且1997年之后下降趨勢(shì)顯著；折橋站UF和UB曲線的交點(diǎn)置信區(qū)間內(nèi)，折橋站年徑流量在1985年突變發(fā)生。4年徑流變化趨勢(shì)文章采用滑動(dòng)平均、距平累計(jì)曲線、小波分析和M-K檢驗(yàn)等方法對(duì)大夏河夏河、雙城、折橋水文站1956～2016年徑流序列進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)果表明：1）大夏河流域年徑流量年內(nèi)分配不均，汛期6～10月徑流總量占全年徑流量66%，年內(nèi)徑流量最大、最小月分別為9月和2月。2)1956～2016年夏河站、雙城站和折橋站年徑流量基本呈豐、平、枯水年的變化趨勢(shì)；受水利工程的影響，大夏河流域年流量較少趨勢(shì)顯著，且下游下降趨勢(shì)比上游更顯著；大夏河流域年徑流量最大值出現(xiàn)在1967年。3)Morlot小波分析表明，大夏河夏河站年徑流量存在4個(gè)主周期，第一至第四主周期依次是25a、10a、