北洛河流域径流变化特征分析.pdf

第9 期2023年9 月文章编号：16 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)0 9-0 0 2 2-0 3陕西水利ShaanxiWaterResourcesNo.9September,2023北洛河流域径流变化特征分析王因（陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安7 10 0 18）【摘要整理统计北洛河流域19 6 1年 2 0 15 年降水和径流数据，采用Mann-Kendall 非参数检验方法和双累积曲线法，计算确定流域径流量突变时间节点、基准期年、气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率，分析探讨北洛河流域径流变化特征及归因。结果表明，流域年降水量和最大年径流量的最大值出现年份均为19 6 4年，径流量突变点为19 7 0 年、19 9 8 年，基准期年为19 6 1年 19 6 9 年。人类活动是导致北洛河流域径流减少的主要因素，气候变化为次要因素，19 6 1年 2 0 15 年间人类活动对径流量的影响程度是气候变化的6 倍。近年来人类活动加大了对径流变化的影响，在2 0 0 3年 2 0 15 年间人类活动对径流变化的贡献率高达9 6.5 3%。研究结果可为区域水资源开发利用提供依据。【关键词北洛河流域；突变点；双累积曲线；归因分析【中图分类号P339【文献标识码AAnalysis of Runoff Change Characteristics in Beiluo River BasinWang Nan(Shaanxi Reconnaissance Design&Research Institute of Water Environmental Engineering,Xian 710018,Shaanxi)Abstract:The precipitation and runoff data from 1961 to 2015 in the Bei Luo River basin were compiled,and theMann-Kendall nonparametric test and double cumulative curve method were used to calculate and determine the time pointsof abrupt changes in runoff,the base period years,and the contribution of climate change and human activities to runoffchanges in the basin,and to analyze and explore the characteristics and attribution of runoff changes in the Bei Luo Riverbasin.The results show that the maximum values of annual precipitation and maximum annual runoff in the basin occurredin 1964,the abrupt runoff change points were 1970 and 1998,and the base period years were 1961-1969.Human activitiesare the main factor leading to the decrease of runoff in Bei Luo River basin,and climate change is a secondary factor,and theimpact of human activities on runoff between 1961 and 2015 is six times higher than that of climate change.In recent years,human activities have increased the impact on runoff changes,and the contribution of human activities to runoff changesbetween 2003 and 2015 was as high as 96.53%.The results of the study can provide a basis for regional water resourcesdevelopment and utilization.Key words:North rock river basin;mutation point;double accumulation curve;attribution analysisR/S分析、降水径流双累积曲线法等多种数值模型方法，分0引言析了窟野河径流变化特征及规律，探讨了影响径流变化的相全球变暖导致降水发生明显变化，极端气候事件发生频关因素。研究发现人类活动增加的是影响窟野河径流量下降率明显增加。正确认识变化环境下降水及径流的演变规律，的最大因素。北洛河作为渭河第二大支流，承载着流域内脆受到水科学界的广泛关注。近年来，关于流域径流变化特征弱的生态环境和经济社会发展。因此，研究径流变化特征和及其归因分析的相关研究越来越多2-4。比如，马瑞婷2 等以影响因素，促使人们清晰认识北洛河流域的降水径态势，为秦岭北麓典型流域为研究对象，采用M-K检验法和有序聚类北洛河流域水资源的开发利用、统筹安排等提供依据。分析法，阐述了该地区19 5 5 年 2 0 10 年的年径流变化特征和本文根据北洛河流域19 6 1年 2 0 15 年降水和径流数据，年径流序列突变特性。郭巧玲3 等应用M-K秩相关系数、采用M-K非参数检验法和双累积曲线法得到北洛河流域径收稿日期2 0 2 3-0 3-2 3【作者简介王因（19 9 1-），女，陕西渭南人，助理工程师，主要从事水文勘测、地理信息化工作。22第9 期2023年9 月流量的突变年和基准期年，探讨人类活动因素及气候变化因素对区域径流变化的影响程度。1数据与方法1.1研究区域北洛河为渭河第二大支流，发源于白于山南麓，河长680km，流域面积2.6 9 万km。流域地处黄河中游地区，地形地貌复杂，属大陆性季风气候，年平均降水量5 10 mm560mm。降水与径流年际变化大，年内分配不均，降水和径流主要集中于7 月 10 月，降水占全年的5 0%7 0%，径流占全年的61%左右。1.2数据来源本文收集整理北洛河流域19 6 0 年 2 0 15 年间的降雨径流数据，其中径流数据来源于历年水文年鉴数据，降水数据来源于国家气象信息中心。数据资料从来源、测验和整编方法等方面都是可靠的。1.3研究方法(1)Mann-Kendall 检验Mann-Kendall检验法是水文气象常用的突变点检验法，该方法通过时间序列X(共含n个子序列)构造一个统计变量：Ss=r,(k;=2,3,n)(1)式中：+1,;xj(j=1,2,i)0,or在时间序列为随机的假设下，定义统计量：S,-E(S,)UFi=Var(S.)UF.为标准正态分布,UB,是时间序列X的逆序（xnn-1,，x_1），重复上述过程。若UF曲线和UB.曲线的交点出现在临界线范围内，突变点则为此交点对应的时刻。（2）双累积曲线法双累积曲线法通过绘制年降水径流的双累积曲线图，找到两者关系的突变点，具体是将首个突变点以前时段确定为基准期。建立以基准期时段内年累积降水量为自变量，以站名河流状头北洛河流域由表2 可知，最大年径流量是最小的5.40 倍，最小年径流量仅是多年平均的0.47 倍，可以得出状头水文站控制断面径流的年际变化较大，丰枯悬殊。2.2北洛河流域径流突变点分析采用Mann-Kendall非参数检验方法对径流量突变点进行分析，如图1所示，检验所得突变点为19 9 8 年，ZI=I-3.5781U0.01/2=2.576,通过了置信度为9 9%的显著性检验。陕西水利Shaanxi Water Resources年累积径流深为因变量的线性函数R=b+aY,将突变点后年累积降水量作为代人值，通过此线性函数可计算出基准期外的年累积径流深，进一步求得年径流深。采用双累积曲线确定气候变化和人类活动对径流影响的贡献率。两者对径流影响的贡献率计算公式如下：(4)AR,=Ri-R2(5)R,=R-R 2(6)AR100%ARAR2n2=100%AR式中：AR为径流变化量；R,为基准期天然径流深；Ri为突变后实测径流深；R为人类活动对径流的影响量；R,为气候变化对径流的影响量；Rz为突变后的模拟径流深；n1、n2分别为人类活动和气候变化对径流变化的贡献率。2结果与分析2.1北洛河流域降水径流变化特点由统计资料计算北洛河流域19 6 1年 2 0 15 年降水量特征值，见表1。表1北洛河流域降水量年际变化均降水多年平最大降水量/出现最小降水量/出现(2)区域量/mmmm北洛河559.75841.841964392.571995 449.27(h=1,2,n)(3)表2 北洛河径流年际变化多年平均径最大年径流量/亿m流量/亿m8.0120.13No.9September,2023AR=Ri-Rl(7)(8)K丰K桔年份年份mm?流域结果表明，最大降水量为8 41.8 4mm,为最小降水量的2.14倍，最小降水量为39 2.5 7 mm，为多年降雨量均值的0.7 倍，说明北洛河流域降水的年际变化较大，丰枯悬殊，降水时空分布不均。根据北洛河流域状头站19 6 1年 2 0 15 年径流资料，计算状头站径流量特征值，见表2。出现最小年径年份流量/亿m19643.735432鲁卡-2-3-51960 196519701975 1980 19851990 1995 2000 20052010 2015-?/?2.14 0.70出现K丰年份-?/?201516.40一UF统计量.UB统计量-0.05显著水平t/year(a)M-KK桔5.400.4723第9 期2023年9 月180015001200900-600300-005000100015000200002500030000（b）降雨径流双累积曲线图1北洛河流域径流量突变分析根据北洛河流域降水和径流时间序列绘制降水径流双累计曲线图，见图1。其中19 6 1年 19 6 9、19 7 0 年 19 7 4、1975年 19 9 7、19 9 8 年 2 0 0 2、2 0 0 3年 2 0 15 年，累积降水与累积径流量线性变化的相关系数分别为0.9 9 6 4、0.9 9 6 8 8、年段平均降时段年基准期/mm水量/mm19611969618.6219701974511.5719751997551.8119982002536.9020032015566.1119612015557.00由表3可知：北洛河流域径流变化是人类活动和气候变化共同作用的结果，且人类活动对径流量的影响所占比重较大。19 6 1年 19 6 9 年间的平均降水量和平均径流量较1970年 19 7 4年相差较大，是丰水年向枯水年的转变。相对于基准期天然径流量而言，模拟径流量自19 6 9 年后有减小态势，这说明一定程度上是由于气候要素变化引起的，19 7 0 年1974年、19 7 5 年 19 9 7 年、19 9 8 年 2 0 0 2 年、2 0 0 3年 2 0 15 年分别减少4.5 5 mm、1.6 6 m m、2.7 3m m、0.6 3m m，其贡献率分别为2 9.5 9%、2 5.2 1%、16.47%、3.47%。19 7 0 年以来的实测径流量较模拟径流量的减少程度也很明显，19 7 0 年 19 7 4年、1975年 19 9 7 年、19 9 8 年2 0 0 2 年、2 0 0 3年 2 0 15 年分别减少