浦陽江湄池站潮水位變異性分析

過寒超 紹興市曹娥江大閘運(yùn)行管理中心

1.概述

近年來，全球氣候變暖，極端災(zāi)害事件頻發(fā)，極值潮位的變化風(fēng)險也引起人們的關(guān)注。浦陽江是錢塘江流域的重要支流，干流全長151km，流域面積3452km2，流域的地形主要為低山丘陵和河谷平原，其中安華以上為上游，安華至湄池為中游，湄池至三江口河段屬浦陽江下游河段。浦陽江流域下游易受杭州灣潮汐和錢塘江洪水頂托影響，洪水災(zāi)害頻繁，尤以中游諸暨市境最為嚴(yán)重，了解其極值潮位的變化趨勢和變化規(guī)律，對防洪減災(zāi)等工作具有重要意義。目前對于極值高潮位的研究較多，張杰等用Mannkendall趨勢及突變檢驗(yàn)分析珠江河口高潮位變化特征；袁小婷等應(yīng)用調(diào)和分析和小波分析等方法，計算極值潮位的變化周期；張悅等應(yīng)用m-k趨勢和突變檢驗(yàn)法研究長江口潮位非一致性變化。鑒于此，本文基于浦陽江河口主要控制站歷史水文資料，利用Mann-kendall法研究分析序列的趨勢和變化情況，進(jìn)而掌握湄池站極值潮位的變化特性。

圖1 浦陽江水系示意圖

2.研究資料與方法

2.1 研究資料

浦陽江中下游有兩個長期潮位站，分別是湄池站和臨浦站。湄池站有1952-2018年共67年的潮位資料，湄池站位置圖見圖1。諸暨—湄池河長約31km，湄池—臨浦河長約25 km。

2.2 研究方法

本文采用Mann-kendall檢驗(yàn)法對極值潮位系列進(jìn)行分析。Mannkendall檢驗(yàn)法是一種非參數(shù)統(tǒng)計的檢驗(yàn)方法，不需要樣本。

遵從一定分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，被廣泛應(yīng)用于水文序列的趨勢和突變分析。

2.2.1 非參數(shù) Man-Kendall趨勢檢驗(yàn)

定義檢驗(yàn)統(tǒng)計量S：

sign（)為符號函數(shù)。當(dāng)Xi-Xj小于、等于或大于零時，sign（Xi-Xj)分別為-1、0或1；M-K統(tǒng)計量公式S大于、等于、小于零時分別為：

Z為正值表示增加趨勢，負(fù)值表示減少趨勢。Z的絕對值在大于等于1.28、1.64、2.32時表示分別通過了信度90%、95%、99%顯著性檢驗(yàn)。

2.2.2 非參數(shù) Man-Kendall 突變檢驗(yàn)

設(shè)有水文序列如下：x2,x3,…,xn，構(gòu)造一秩序列ri，ri表 示xi＞xj(1≤j≤i)的樣本累積數(shù)。

UFK為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，給定顯著水平α，查正態(tài)分布表得到臨界值Uα,當(dāng)UFK的絕對值大于Uα?xí)r，表明序列存在一個明顯的增長或減少趨勢，所有UFK將組成一條曲線UF，通過信度檢驗(yàn)可知其是否具有趨勢。把此方法引用到反序列中，重復(fù)上述計算過程，并使計算值乘以-1，得到另一條曲線UB。分析繪出UF和UB曲線圖，若UFK或UBk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢，小于0則表明呈下降趨勢；當(dāng)它們超過信度線時，即表示存在明顯的上升或下降趨勢；若UF和UB的交點(diǎn)位于信度線之間，則此點(diǎn)可能就是突變點(diǎn)的開始。

3.潮位分析結(jié)果與討論

根據(jù)湄池站1952-2018年的資料，漲潮最大潮差1.71m，發(fā)生在1955年7月20日，落潮最大潮差1.67m，發(fā)生在1954年8月17日；最高水位10.48m，發(fā)生在1997年，最低水位1.80m，發(fā)生站1955年。

圖2 最高潮位年內(nèi)分布

圖3 最低潮位年內(nèi)分布

圖4 湄池站1952-2018年高潮位變化過程

圖5 湄池站年最高潮位的M-K趨勢檢驗(yàn)

圖6 湄池站1952-2018年極值低潮位變化過程

圖7 湄池站年最低潮位M-K趨勢檢驗(yàn)

3.1 極值潮位年內(nèi)分布特征

對湄池站1952-2018年的實(shí)測極值潮位年內(nèi)分布特征進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖2和3所示，湄池站年最高潮位主要集中在5-8月，其中6、7月份占比分別為42%和15%。年最低潮位的年內(nèi)分布不均，在7月份出現(xiàn)的頻次最高。

3.2 極值潮位變化趨勢及突變檢驗(yàn)

圖4給出了湄池站年最高潮位的年際過程、線性趨勢和5a滑動平均曲線，可以看出，年最高潮位呈現(xiàn)周期交替變化，有明顯上升趨勢。結(jié)合M-K趨勢檢驗(yàn)，統(tǒng)計值 Z 為2.83，大于臨界值2.32，表明其通過了置信度99%的顯著性檢驗(yàn)，呈現(xiàn)顯著的上升趨勢。

運(yùn)用M-K檢驗(yàn)對湄池站年最高潮位的變化趨勢和突變情況進(jìn)行分析，見圖5：自1961年起，UF在0以下，并逐漸減小，1964年超過檢驗(yàn)臨界值-1.96（0.05），表明潮位在該段時期呈下降趨勢，并且趨勢顯著。1965年之后UF曲線呈上升趨勢，1968年開始，UF都處于0以上，整體呈震蕩上升趨勢，1973年開始，超過檢驗(yàn)臨界值1.96，且之后基本上都在臨界值以上，并于2017年達(dá)到最大值，中間無明顯突變，表明1968年之后湄池站高潮位呈上升趨勢，且趨勢顯著。UF與UB有一個明顯交叉點(diǎn)，出現(xiàn)在1968年，說明最高潮位序列在1968年附近發(fā)生突變點(diǎn)。

從圖6可以看出，湄池站年最低潮位呈現(xiàn)下降趨勢。結(jié)合M-K 趨勢檢驗(yàn)，統(tǒng)計值Z為-0.96，其絕對值在臨界值以內(nèi)，說明其下降趨勢不顯著。從圖7可以看出，湄池站年最低潮位從1961年至1992年呈不顯著上升趨勢，自1992年以后呈下降趨勢，UF與UB有一個明顯交叉點(diǎn)，出現(xiàn)在1987年附近，說明最低潮位序列在1987年發(fā)生突變點(diǎn)。這是因?yàn)樽栽摱螘r間起，浦陽江河道不斷進(jìn)行拓寬、疏浚，有效的降低了潮水位，太平橋至茅渚埠河段、茅渚埠橋至雙江潭河段、浣紗橋至南門河段、茅渚埠至西江大橋等河段均進(jìn)行了疏浚和拓寬。

4.結(jié)語和建議

本文通過對浦陽江湄池站長系列潮位資料分析，得出如下結(jié)論：

1）近67年來，湄池站最高潮位主要分布在5-8月份，其中6、7月份占比較高；年最低潮位的年內(nèi)分布不均，在7月份出現(xiàn)的頻次最高。

2）湄池站年最高潮位呈現(xiàn)顯著上升趨勢，并通過了99%的顯著性水平檢驗(yàn)；具體而言，1965年之后呈上升趨勢，自1973開始上升趨勢顯著。這是因?yàn)椴粩嗟那褰瓡沉?，通過截彎取直、洪水歸槽，使洪水傳播速度加快，加大了洪水對下游的影響。

3）年最低潮位呈現(xiàn)不顯著下降趨勢，這是因?yàn)槠株柦拥罁粕持谓?、拓寬疏浚的影響?/p>

4）建議干旱季節(jié)可通過涵閘利用潮差灌溉沿江農(nóng)田，對抗旱能起較大作用，洪水期若遇大潮期，加上富春江洪水頂托，洪水下泄不暢，更易引發(fā)洪水災(zāi)害，應(yīng)加強(qiáng)防洪規(guī)劃和應(yīng)對的非工程措施等。