遼河干流主要控制站近75年最大洪峰及洪量變化特征分析研究

秦曉磊

(遼寧省沈陽水文局，遼寧 沈陽 110043)

流域年最大洪峰和最大洪量的分析是區域防洪排澇規劃設計具有重要的參考依據。當前對于區域年最大洪峰變化特征的研究較多[1- 5]，但是對區域年最大洪量變化特征的研究還不多見。而區域年最大洪量變化特征的分析是水庫工程設計的重要依據，是水庫工程設計的基礎數據，近些年來，對于遼河洪水特征變化的成果較多[6- 9]，為此本文基于遼河干流4個主要控制站近75年最大洪峰及洪量數據，對遼河干流的年最大洪水特征進行分析，研究成果對于遼河流域防洪排澇規劃具有參考價值。

1 小波方差周期分析方法

結合小波方差分析方法對遼河干流4站的年最大洪峰和洪量進行小波方差的周期分析，小波函數可定義為：設φ(t)為一平方可積函數，即φ(t)∈L2(R)，若其傅立葉變換ψ(ω)滿足容許條件：

(1)

則φ(t)稱為一個基本小波或小波母函數，將小波函數φ(t)進行伸縮和平移，得到連續小波：

(2)

對于任意函數f(t)∈L2(R)的連續小波變換為：

(3)

式中，a—尺度因子；τ—平移因子；Wf(a，τ)—小波系數。

2 研究區域概況及資料情況

遼河為遼寧省第一大河，發源于內蒙古自治區克什克騰旗芝瑞鎮馬架子村，流經內蒙古、吉林、遼寧3省(區)，在康平縣山東屯張三眼井村北進入遼寧省境內，并在遼寧省昌圖縣福德店附近與發源于吉林省遼源市的東遼河相匯合，其匯合處至入海口河段稱遼河干流，在遼寧省大洼縣趙圈河鄉河口自然保護區匯入渤海。遼河水系圖如圖1所示。結合遼河干流福德店、鐵嶺、石佛寺以及清河水庫站近75年實測年最大洪峰和最大洪量統計數據，對遼河干流主要控制站的年最大洪峰和洪量進行分析。

3 分析成果

3.1 洪峰、洪量變化特征分析

結合四個主要控制站年最大洪峰數據，分析了各站點年最大洪峰變化特征，分析結果如圖2、3所示，并結合M-K趨勢檢驗方法對年最大洪峰、最大洪量的變化趨勢進行了檢驗，趨勢檢驗結果見表1。

圖1 遼河水系圖

圖2 遼河主要控制站洪峰變化過程

圖3 遼河主要控制站3日洪量變化過程

站點洪峰趨勢檢驗統計值洪量趨勢檢驗統計值福德店-0.4235-0.5237鐵嶺-0.2372-0.6251石佛寺-0.2272-0.4132清河水庫-0.3431-0.2893

從洪峰過程可以看出，遼河干流4個主要控制站的洪峰呈現略下降趨勢，且從上游到下游，洪峰逐步遞增。從洪峰趨勢檢驗結果可以看出，各主要控制站的洪峰變化趨勢檢驗值在-0.2272～-0.4235，均低于90%的顯著檢驗值。各站洪量和洪峰變化特點較為一致，也呈現略下降趨勢，且從上游向下游，洪量呈現遞增的變化趨勢。從洪量檢驗值可以看出，洪量變化趨勢檢驗值均大于洪峰變化檢驗值，洪量變化的顯著性高于洪峰變化。

3.2 年最大洪峰、洪量相關特征分析

為分析遼河干流四個控制站點洪峰和洪量的相關特征，結合各站點的年最大洪峰和洪量值，分析其相關性，分析結果如圖4所示。

圖4 遼河主要控制站洪峰和洪量相關分析結果

從圖4中可看出，遼河干流各控制站點的年最大洪峰和洪量之間的相關性均較高，相關系數均高于0.9，是高度正相關，這主要是因為遼河干流各水庫對年最大洪峰和洪量影響較小，在大洪水期間，水庫調洪控制對區域洪水特征影響程度較低，使得遼河干流各主要控制站的年最大洪峰和洪量相關性較高，從圖中還可看出，從遼河的上游到下游，年最大洪峰和洪量之間的相關性逐步提高。

3.3 年最大洪峰、洪量小波方差周期分析

結合干流4站年最大洪峰、洪量值，用小波方差方法，對遼河干流主要控制站的年最大洪峰、洪量的震蕩周期進行分析，分析結果如圖5、6所示。

圖5 遼河主要控制站洪峰小波方差分析結果

圖6 遼河主要控制站3日洪量小波方差分析結果

從圖5可看出，遼河干流各控制站點洪峰主震蕩周期變化不同，從上游到下游，年最大洪峰的主震蕩周期有所增加，總體來看，遼河干流4個主要控制站點年最大洪峰的主震蕩周期為10～15年，主震蕩周期較短。從遼河干流各控制站點的洪量小波方差分析結果可看出，其各站點的洪量主震蕩周期均要長于洪峰的主震蕩周期，且各站點洪量的主震蕩周期和洪峰主震蕩周期變化較為相似，從上游到下游，各控制站點的年最大洪量主震蕩周期逐步較大，總體而言，遼河干流4個主要控制站點的年最大洪量主震蕩周期為20～25年。

4 分析結論

(1)遼河干流年最大洪峰和洪量受人類活動影響較小，兩者高度正相關，可通過建立年最大洪峰和洪量的回歸方程，結合洪峰值來推求洪量值。

(2)遼河年最大洪峰和年最大洪量分析成果可為遼河防洪規劃及區域涉水工程防洪評價提供參考依據。

(3)遼河干流4站的年最大洪峰和洪量變化周期較短，受氣候變化影響程度較低。