浑河中上游近60年水文气象要素变化特征及周期演变分析

2018-08-29刘佳

水利技术监督 2018年4期

刘佳

(辽宁省沈阳水文局，辽宁沈阳 110003)

长系列水文气象要素变化特性的分析对于区域水资源评估至关重要。当前，对于区域水文要素变化特征研究的成果较多[1- 5]，但是对于水文气象全要素变化特征的研究成果较少，浑河为辽宁省第二大河，水系众多，水资源量较为丰富。而对浑河中上游水文气象要素变化特征及其周期演变分析的成果还较少，为此本文结合浑河中上游近60年的水文气象要素数据，并结合趋势检验法[6- 7]以及周期分析方法[8- 9]对浑河中上游的水文气象要素变化特征及其周期演变进行分析。研究成果对于浑河中上游水资源评估和分析具有较高的参考价值。

1 研究方法

1.1 趋势检验方法

为对水文气象要素特征变化趋势进行检验，采用非线性趋势检验方法对水文变化特征进行检验，该方法假设时间数据序列(x1，x2，，xn)为独立、随机同变量分布的样本序列，检验统计变量S计算方程为：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，S—正态分布的检验统计变量；xi和xj—分别为同一样本中不同分布的两个系列，其中E(ck)=k(k-1)/4；σs—标准方差；sign—运算符号；n—样本的总个数；Z—检验值，若Z>0，检验的时间序列为上升变化趋势，Z<0，检验的时间序列为上下降变化趋势；Z的绝对值大于或等于2.32、1.64、1.28，表示通过置信度分别为99%、95%以及90%的显著性检验水平。

1.2 周期分析方法

小波函数可定义为：设φ(t)为一平方可积函数，即φ(t)∈L2(R)，若其傅立叶变换ψ(ω)满足容许条件：

(5)

则φ(t)称为一个基本小波或小波母函数，将小波函数φ(t)进行伸缩和平移，得到连续小波：

(6)

对于任意函数f(t)∈L2(R)的连续小波变换为：

(7)

式中，a—尺度因子，τ—平移因子，Wf(a，τ)—小波系数。

2 研究成果

2.1 研究区域概括

浑河流域面积28260km2，河流长度495km，河流平均比降0.420‰，多年平均年降水量742.3mm，多年平均年径流深220.9mm，多年平均年蒸发量677～822mm，流域平均宽度为46.9km，河道弯曲系数为1.7，河流形状系数为0.09，河网密度为0.3。本文选取浑河中上游的北口前及邢家窝棚2个控制站为研究站点，北口前水文站位于清原县南口前镇北口前村，位于浑河干流，距离大伙房水库坝址64km。水文站以上集水面积1832km2，是大伙房水库主要入库站。邢家窝棚水文站是浑河中游重要的控制站。站址位于辽阳县唐马寨镇刘坨子村。该站距浑河河口57km，距上游黄腊坨水文站58km，集水面积11090km2。邢家窝棚水文站至黄腊坨水文站区间有支流蒲河由浑河右岸汇入浑河。

2.2 变化趋势特征

2.2.1 年变化趋势特征分析

结合浑河中上游主要的两个控制站北口前及邢家窝棚水文站近60年的径流量以及降水量，对2个主要控制站的年径流和年降水进行变化趋势的分析，分析成果如图1、2所示。

从图1、2中可看出，浑河上游北口前站年径流呈现一定上升趋势外，中游年径流变化较为平稳，中游邢家窝棚站的年径流明显高于上游径流量，中游年径流量均值为上游径流量均值的4倍。浑河中上游年降水变化趋势波动性较低，可见浑河上游气候变化较小。

2.2.2 季节变化趋势特征分析

对2个主要控制站的径流和降水进行季节变化趋势的分析，分析成果如图3、4所示。并对变化趋势进行了检验，检验结果见表1。

从图3中可看出，浑河中游邢家窝棚站冬季降水量较其他季节变化趋势的显著性最高，总体呈现上升趋势，平均+4mm/a，其他季节变化趋势性较弱，上游北口前站各季节降水变化较为平稳，波动幅度不高。图4直观的反映浑河中上游径流的季节变化特征，浑河中游邢家窝棚站春季受灌溉补水影响，具有上升趋势，而冬季径流上升趋势的主因在于冬季降水量的增加，上游北口前站的径流季节变化特征较为平稳。从表1中可看出，浑河中游邢家窝棚站冬季径流和降水的趋势变化通过90%的显著性检验，呈现较为显著的上升趋势，而其他季节浑河中上游的检验统计值均为通过90%的显著性检验。