渠水通道水文站年徑流變化特性和趨勢分析

莫遠筠

（懷化水文水資源勘測局，湖南 懷化 418000）

1 流域概況

渠水是沅江水系上游的一級支流，發源于貴州黎平縣境內，自西南向北流經貴州黎平、湖南通道、靖州、會同、洪江，于洪江托口鎮匯入沅江，全長285 km，流域面積6 774 km2，河流坡降0.919‰。

通道水文站位于湖南省通道縣縣溪鎮，東經109°38′，北緯26°19′，集雨面積3 784 km2，干流長度125 km，干流平均坡降1.25‰，距河口152.4 km。該站系國家基本水文站，主要為渠水流域的河道治理、水資源開發利用、社會公眾生活飲用水資源和當地經濟發展中生態環境建設等提供科學依據。

2 分析理論方法

本文采用渠水流域通道水文站1960～2018 年實測徑流、降水系列資料，應用線性回歸、Kendal 趨勢檢驗法、R/S 分析法的相關理論，對渠水通道水文站1960～2018 年豐、平、枯水變化規律、年徑流時序變化特性進行研究分析，并對未來時期的年徑流時序變化趨勢進行預測。

3 徑流變化分析

3.1 歷年變化特性

根據通道水文站1960～2018 年實測流量資料得出，多年平均流量為76.4 m3/s。該站歷年最大流量發生時間為2004 年7 月20 日，洪峰流量為5 020 m3/s，1996年洪峰流量為4 540 m3/s，1973 年洪峰流量為3 630 m3/s。根據實測資料系列得出，渠水流域徑流量時間分配不均衡，通道水文站多年年平均流量最大值為135 m3/s，出現在1994 年，較多年平均年徑流量偏大76.7%；年平均流量最小值為36.4 m3/s，出現在1963 年，較多年平均年徑流量偏小52.4%。最大月平均流量544 m3/s，為1996年7 月；最小月平均流量9.41 m3/s，為1992 年11 月。

3.1.1 年內分配

根據實測資料系列，5 月份、6 月份和7 月份出現最大月徑流量年數占系列總年數分別為23.7%、42.4%和20.3%。以連續4 個月為時間區間，對徑流總量進行分析，連續最大4 個月徑流主要出現在4～7 月，占系列總年數的49.2%。最枯月徑流量主要出現在1 月份和12 月份，1 月份出現最枯月徑流量年數約占系列總年數的33.9%，12 月份出現最枯月徑流量年數約占系列總年數的35.6%。以連續3 個月為時間區間，對徑流總量進行分析，主要集中在1～3 月和10～12 月，分別占系列總年數的35.6%、50.8%。

通過計算各年代月平均徑流并點繪年內分配過程線可知，通道水文站徑流年內分配不均衡，4～8 月徑流量所占權重較大，1～2 月徑流量相對較小，且變化較為平緩。自3 月份開始徑流量逐漸呈增加趨勢，至6月份徑流量達到最大，7～10 月份則逐漸呈減小趨勢，11 月比10 月稍有增加，12 月落平。結果表明：各年代平均較多年平均年內變化存在不一致性，各年代月徑流量年內分配曲線有單峰和雙峰形現象。如圖1。

根據對通道水文站1960～2018 年時期的各年最大洪峰流量出現月份進行統計，得出年最大洪峰流量發生的月份：5 月份有16 年，6 月份有26 年，7 月份有14 年，占系列總年數的94.9%；8 月出現的年份有2年，9 月有1 年，占系列總年數的5.1%。

3.1.2 年際、年代變化

統計系列資料，對各年代進行豐、平、枯水計算分析（見表1）。根據表1 可以看出，各年代平均流量不均衡，存在差距也各不相同，其中20 世紀70 年代平均流量與多年平均流量較為接近，60、80 年代及21世紀10 年代則偏小，20 世紀90 年代和21世紀00 年代則偏大。其中大于多年平均徑流量的有27年，小于多年平均徑流量的有32 年。即20 世紀60 年代為枯水期、70 年代為平水期、80 年代為枯水期、90 年代及21 世紀00 年代為豐水期，21 世紀10 年代為枯水期，其中20 世紀90 年代為最豐，21 世紀10 年代為最枯。

通過對年平均流量進行頻率計算，設頻率P＜25%為豐水年，頻率P＞75%為枯水年，頻率P 在25%～75%區間為平水年，通過計算分析得出：年平均流量＞87.5 m3/s 為豐水年，年平均流量＜62.5 m3/s 為枯水年，62.5 m3/s＜年平均流量＜87.5 m3/s 為平水年。各年年徑流系列豐、平、枯變化過程。見圖2。

由圖2 可知，1960～1967 年為平水年和枯水年。1984 ～1987 年、1995 年 及2010 ～2013 年 為 枯 水 年。1990～2009 年，豐水年和平水年較多。其它年份段豐、平、枯水年基本持平。

圖1 通道水文站各年代月平均徑流年內分配過程線

表1 渠水流域通道水文站各年代平均流量對比表

圖2 通道水文站年徑流系列豐、平、枯分類圖

3.2 線性回歸分析

為了分析渠水流域徑流一致性，點繪通道水文站1960～2018 年降水與徑流過程對照圖（圖3），可以看出，通道水文站降水和徑流過程基本相應，近60 年來，渠水降水和徑流均呈緩慢上升的趨勢。

多年降水量的線性回歸關系為：y=1.6815x-2105.6；

多年徑流量的線性回歸關系為：y=0.0308x-37.069。

降水增加幅度為16.9 mm/10 年，徑流量增加幅度為0.31 億m3/10 年。

由圖3 可以分析得出，降水與徑流關系式為：y=0.9704x+620.15。

3.3 徑流時序變化趨勢性的Kendal 檢驗

圖3 通道水文站年降水量和徑流量過程對照圖

通過計算點繪通道水文站1960～2018 年年徑流量距多年平均差值時序曲線（見圖4），可以看出，自20 世紀60 年代初期至21 世紀10 年代，年徑流量呈現不等時距的豐、枯循環過程。徑流量變化情況：自1960 年至1967 年，呈減少變化趨勢；自1968 年至1973 年，呈增長變化趨勢；自1974 年至1978 年，呈減少變化趨勢；自1979 年至1983 年，呈增長變化趨勢；自1984 年至1990 年，呈減少變化趨勢；1991 年至2009 年，呈增長變化趨勢；自2010年至2014 年，呈減少變化趨勢；自2015 年至2018 年，呈增長變化趨勢。

采用Kendal 法進行年徑流序列秩次相關檢驗：

圖4 通道水文站年徑流量距多年平均差值時序曲線

n=59，置信度水平取α=0.05 時，Uα/2=1.96

通過檢驗計算：U=1.45＞0，表明序列呈上升趨勢；且|U|＜Uα/2，表明序列變化趨勢不顯著。由此可以判斷，年徑流量呈微弱增長變化趨勢。

3.4 徑流時序變化持續性的R/S 分析

應用R/S 分析法對年徑流量時間序列:{Xi}={1，2，3，……59}進行研究分析，繪制ln（R/S）～lni 關系圖（見圖5），并進行直線擬合，得出直線回歸方程：ln（R/S）=0.6959Ini-0.3256

通過計算得出H=0.6959＞0.5，則時間序列存在正的持續性，說明年徑流量時序變化具有分形特性，即未來某段時期，年徑流量隨時間變化而呈逐漸增長趨勢，且徑流過程存在正持續性。可以預測，年徑流時間序列在未來某段時期的趨勢無顯著變化，年徑流量可能呈現持續增加趨勢。

圖5 通道水文站年徑流量

4 結 語

1）通過點繪降水、徑流過程對照圖可知，渠水近60 年來，降水、徑流趨勢大體一致且呈微弱增加的趨勢，徑流變化基本保持相對穩定態勢。

2）渠水歷年徑流主要集中在4～8 月份，年徑流最大、最小極值比為3.7，徑流年內分配不均衡，各年代平均徑流較多年平均徑流年內分配不一致，年最大洪峰流量出現月份也不盡然相同，且各年代月徑流量年內分配曲線具有單峰、雙峰形現象。

3）通過長期演化過程，通道水文站徑流量平水狀態的出現概率較大，豐水和枯水的出現概率基本一致。

4）通過應用上述三種分析法進行分析計算，驗證分析結果一致，即通道水文站年徑流量呈不顯著增長趨勢。

5）通道水文站年徑流時間序列未來的總體趨勢與過去基本相同，徑流具有正持續性，據此預測未來時期，該站的年徑流變化趨勢將繼續呈不顯著增加態勢，且年徑流量有持續增加的可能。