李金晶 任小凤 董莹莹

（河南黄河水文勘测设计院 河南郑州 450004）

若尔盖湿地年径流序列趋势识别研究

李金晶 任小凤 董莹莹

（河南黄河水文勘测设计院 河南郑州 450004）

若尔盖湿地是黄河上游重要水源涵养地，由于沙化、退化等一系列生态问题对湿地水源涵养能力产生了严重破坏。本文采用Mann-Kendall检验法、Spearman秩次相关检验法和线形趋势回归检验法对若尔盖湿地黑河和白河流域进行趋势识别研究，利用大水和唐克年径流资料进行分析，结果表明若尔盖湿地的年径流存在较强的减小趋势。

若尔盖 年径流 趋势识别 趋势检验法

1 引言

若尔盖湿地地处四川省阿坝藏族羌族自治州若尔盖县境内，属于国家级自然保护区，进入国际重要湿地名录，在自然流域上处于黄河与长江水系的分水岭地带，是两大水系的重要水源涵养地区和大气碳汇之地。若尔盖湿地同时也是我国残存面积最大的高原泥炭沼泽，其中泥炭沼泽、苔草沼泽、湿草甸及河漫滩、浅水湖泊等相间分布，对黄河上游具有很好的水源调节作用。然而，近年来若尔盖湿地出现退化、沙化等一系列生态问题，对于湿地的水源涵养功能产生严重的破坏，同时也引起广泛的关注。

水文时间序列的趋势识别是分析水文要素变化趋势的重要方法，常用的方法有参数统计检验法和非参数统计检验法。两类方法均有优缺点，参数检验方法更为有效，但同时要求数据独立且服从正态分布，而非参数检验方法只是要求数据独立，且不受少数异常点的干扰，目前，非参数检验法在水文序列分析中应用较为广泛。

水文时间序列的趋势识别的非参数检验方法主要有Mann-Kendall法和Spearman秩次相关检验法。近年来，应用Mann-Kendall法、Spearman秩次相关检验法以及线形趋势回归检验法分析水文序列的长期变化的研究很多。本文将应用以上三种方法对若尔盖湿地黑河和白河流域年径流序列进行趋势分析。

2 趋势检验方法

2.1 Mann-Kendall法

Mann-Kendall法最初由曼（H. B. Mann）和肯德尔（M. G. Kendall）提出了原理并发展而来的方法。在水文序列趋势分析中，该方法将观测值序列的秩次和时间的秩进行相关检验。方法假设时间序列为n的样本（x1，x2，…，xn）服从独立同分布，构造统计变量为：

其中

式中：Ri和Rj分别为xi和xj的秩次；当xi>xj时，aij=-1，当xi=xj时，aij=0，当xi

构造标准统计变量Z，当S>0时，

2.2 Spearman秩次相关检验法

Sperarman秩次相关检验法是通过分析水文序列与其时序的相关性来检验水文序列是否具有趋势性，即对序列x1，x2，…，xn，分析序列xt与时序t（t=1，2，…，n）的相关关系。则秩次相关系数r为：

式中，n为序列长度；dt=Mi-Ti，其中Mi为序列从大到小排列对应的序号，Ti为时间序列的秩次。如果r越小，即序列的秩次与时序越相近，趋势则越显著。序列是否显著可采用t检验法，构造统计量T为：

统计量T服从自由度为n-2的t分布，选择显著水平α=5%，当时，拒绝原假设，认为序列随时间存在相依关系，趋势成分明显；反之，则认为序列无明显趋势。

2.3线形趋势回归检验法

线形趋势回归检验法是根据线形回归方法构造统计量，利用t检验对时间序列进行趋势检验。对序列x1，x2，…，xn线形趋势成分xt用下述数学模型来描述：

式中，a，b为回归系数；εt为残差项，假设其是平稳、独立的正态分布。a，b的估计式为：

则残差εt平方和为：

那么，构造统计量d=b/Sb，其中的方差，则Sb为：

统计量d服从自由度为n-2的t分布，选择显著水平α=5%，当时，拒绝原假设，认为序列随时间存在相依关系，趋势成分明显；反之，则认为序列无明显趋势。

3 湿地年径流趋势分析

若尔盖湿地地处四川省阿坝藏族羌族自治州若尔盖县境内（图1），湿地内发育河流有黑河、白河和沃木曲河组成。黑河发源于红原县的哲波波亚山，县南噶利坪，由南入若尔盖县，经过若尔盖县腹部地区，在其西北角县域与玛曲县交界处注入黄河，干流全场456km，流域面积7608km2；白河发源于红原县境内嘎哇达则，流经若尔盖县西南部，在唐克注入黄河，干流全长270km，流域面积5488km2。

图1 若尔盖湿地范围示意图

黑河流域出口处设有大水水文站，自1984年开始监测；白河流域出口处设有唐克水文站，1978年开始监测。本文分析若尔盖湿地主要河流年径流变化趋势基于以上两个水文站监测资料，其水文序列长度分别为：大水：1984-2012年；唐克：1981-2012年。应用上述三种方法对大水和唐克水文站年径流序列进行分析，结果见表1。

取α=0.05为显著水平，Mann-Kendall检验中Z1-α/2=0.8353，即，拒绝原假设，年径流序列呈明显的减小趋势；Spearman相关检

验，线形趋势回归检验检验结果一致同Mann-Kendall检验结果一致，若尔盖湿地黑河和白河流域年径流量呈减小趋势。

表1 若尔盖地区年径流趋势不同方法识别结果的比较

4 结论

本研究采用Mann-Kendall检验法、Spearman相关检验法和线形趋势回归检验法对若尔盖湿地黑河和白河流域年径流进行趋势识别研究。研究表明流域年径流呈较强的减小趋势，黑河流域减小趋势较白河流域强，表明黑河流域比白河流域受到的破坏更为严重，生态问题更为严峻，对比近年来若尔盖湿地退化现象，结果符合当前变化趋势。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.07.016

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李金晶（1981年—），男，工程师。