渾河流域水利工程對洪水極值的影響

2012-09-19 11:09:36許曉艷崔玉乙高世斌

東北水利水電 2012年4期

許曉艷，鄢信，崔玉乙，高世斌

（1.遼寧省水文水資源勘測局，遼寧沈陽 110003；2.遼寧省水文水資源勘測局沈陽分局，遼寧沈陽 110043；3.瓦房店市水庫移民后期扶持工作辦公室，遼寧瓦房店 116300）

1 流域概況

渾河為遼寧東部地區較大的河流，流域南部與太子河毗鄰，北與清、柴、汎河接壤，東部以龍崗山脈與鴨綠江及松花江流域分界。渾河發源于清原縣灣甸子鎮，長白山支脈滾馬嶺，流經撫順、沈陽、遼陽、鞍山4個市。渾河全長415 km，流域面積11481 km2。

渾河流域主要支流有英額河、蘇子河、社河、東洲河、古城河、細河、蒲河等。

在渾河干流上建有大伙房1座大型水庫，支流上建有后樓、小孤家、紅升、腰堡、關山、英守、紅河（電站）等7座中型水庫（電站），另建有小(Ⅰ)型水庫33座（含1座水電站）。總庫容為25.13億m3，其中大伙房水庫總庫容為22.13億m3，可見大伙房水庫是主要影響的水利工程。

2 分析方法原理

采用趨勢變異識別分析法，分析渾河流域內水利工程對洪水極值系列的影響。趨勢變異識別各種方法的原理。

2.1 滑動平均法

對于原序列（x1，x2，…，xn)的滑動平均，可以消除水文系列隨機波動，使原序列變得平滑，形成新的系列yt中通過目估的辦法判斷序列是否有明顯變化趨勢。

當震蕩的平均周期為奇數時：

當震蕩的平均周期為偶數時：

2.2 Hurst系數法

H系數常用來定量表證水文序列是否為隨即序列，以及對序列的長期相關性進行分析，通過計算水文系列的Hurst系數H，與臨界值比較判別系列變化特點。

Hurst系數計算的常用方法為R/S分析方法，又稱為重標極差分析，時間序列｛X（t）｝，t=1，2，…，對于任意正整數τ≥1，定義均值序列

用 ζ（t）表示累積離差：

極差 R 定義為：R（τ）=maxζ（t，τ）-minζ（t，τ），τ=1，2，…，n

標準差S定義為：

考慮比值 R（τ）/S（τ）=R/S，對于給定的序列，任何長度 τ的 R/S 均可統計計算。R/S=（cτ）H，可以推出 ln[R（τ）/S（τ）]=H（lnc+lnτ）用最小二乘法可求得參數c和Hurst系數H，根據下式計算分數布朗運動增量的相關函數C（t），利用相關函數C（t）值進行顯著性檢驗。在給定顯著水平為α的條件下，當 C（t）小于臨界值 γα時，認為序列的長期相關性不顯著，即序列非一致性不顯著；當C（t）大于等于臨界值γα時，認為序列的長期相關性顯著，即序列非一致性顯著。

假設檢驗時選用的顯著性水平常用的α=0.05，非一致性程度按表1判斷。

表1 非一致性判斷標準表

2.3 突變點檢驗方法

1）Mann—Kendall檢驗法

Mann—Kendall檢驗 (簡稱Mann—K檢驗)是世界氣象組織推薦的一種非參數檢驗方法。對于具有n個樣本量的時間序列x，構造一秩序列，定義統計變量為：

求出時間序列的UFK和UBK值。UFK服從標準正態分布，原假設：序列無趨勢變化。采用雙邊趨勢檢驗，在給定一顯著性水平α下，查正態分布表得到臨界值Uα/2，（如α=0.05顯著性水平臨界值為±1.96），若|UFK|＜Uα/2，接受原假設，即序列無趨勢變化；若|UFK|＜Uα/2，拒絕原假設，即表明序列存在一個明顯的增長或減少趨勢。所有UFK將組成一條隨時間變化曲線，如果該曲線落在置信區間（-Uα/2，+Uα/2）內，那么原序列不存在變化趨勢，反之，原序列存在顯著的變化趨勢。將時間序列按逆序排列，再計算UBK=-UFK′（k′=n+1-k），如果UFK和UBK兩條曲線出現交點，且交點在臨界直線之間，那么交點對應的時刻就是突變開始的時刻。

2）滑動T檢驗法

兩個正態隨機變量均為小樣本時，t—檢驗法可用來檢驗它們的數學期望是否有顯著差異。滑動T檢驗法是針對傳統T檢驗法只能用于已知變異點的檢驗，而無法用于變異點的識別問題。設變異點τ前后兩序列總體的分布函數各為F1（x）和F2（x），從總體F1（x）和F2（x）中分別抽取容量為n1和n2的兩個樣本，構造T統計量為：