采用非參數統計方法及年代際變化分析塔西河來水變化狀況

田家巾

(新疆石河子水文勘測局，新疆 石河子 832000)

1 概述

塔西河位于新疆維吾爾自治區瑪納斯縣境內，歷史上為瑪納斯河支流，現河川徑流量主要消耗于瑪納斯縣塔西河灌區。塔西河流域石門子水文站5290 m，河流全長132 km，本流域中高山區降水分沛，冰川發育，冰川總條數達107條，冰川面積達48 km2。

2 塔西河50年徑流量分析

2.1 徑流量年內變化分析

塔西河河川徑流量的補給源主要以冰雪融水和降水補給、另有少量的地下水補給。徑流量受夏季氣溫升高致使冰川急劇消融并與降水共同影響河流的河勢；河川徑流量集中在夏季的6月～8月，其月徑流量占年徑流量的66.3%，連續最大四個月出現在6月～9月，占年徑流量的74.5%，最大月徑流量一般出現在7月份，占年徑流量的27.6%，最小月徑流量多出現在2月份，只占年徑流量的2.1%，最大月徑流量為最小月徑流量的13.1倍。四季中春季徑流量占11.7%，夏季占66.3%，秋季占15.1%，冬季占6.8%，秋水多于春水。統計結果說明河流在春季的徑流量偏少，徑流量顯著集中在夏季，說明冰川消融的補給作用較大，造成徑流量年內分配十分不均勻。

2.2 徑流量年際變化分析

塔西河徑流的年際變化比較小，由變差系數C為0.23說明，河川徑流量的變化主要與河源區的冰川穩定消融有直接的聯系，由降水補給量的狀況對塔西河徑流的影響來看，降水量對河川徑流量的貢獻是比較小的。

塔西河歷年最大水年與最小水年徑流的倍比在2.3倍；多年最大模比系數Kmax=1.54，最小模比系數Kmin=0.66。塔西河的主要來水量來源于依連哈比爾尕山北坡冰川區域，該區域降水豐沛，冰川發育，河川徑流量主要以融冰為主、降雨補給為輔，塔西河上游兩大支流均源于巨大的山谷冰川，對河流徑流量具有顯著的調節作用。

2.3 徑流量年代際變化分析

塔西河徑流量年代際變化在1957年～ 1998年期間，年徑流量為負距平，與多年平均比較減少了0.8461×108m3，之后呈現為正距平且偏離均值幅度較大，與多年平均徑流量比較增多了1.577×108m3，增幅達到20.0%。從不同年代的比較中看出，20世紀60年代～90年代中期是塔西河的枯水年期，90年代中后期以來河道來水量發生比較顯著的轉折，水量呈明顯增多態勢，河道來水進入豐水年景。

塔西河90年代中期以來河川徑流量呈顯著增加的趨勢，這是由于隨著全球氣溫的升高造成冰川融水增加，且區域暖濕氣候致使降水增多綜合作用的結果；冰雪融水和雨水對河川徑流量的補給變化通過采用模比系數差積曲線也能描述，從所繪制的塔西河石門子站年徑流量模比系數差積曲線圖上反映，從2000年開始年徑流量進入豐水期。

圖1 年降水量模比系數差積曲線與年徑流量模比系數差積曲線

3 徑流量分析

3.1 徑流量變化趨勢檢驗

計算原理是：首先是判斷塔西河石門子水文站實測的月年徑流量數據時間序列變化，當分析時間序列n≥10，則使用Zc值判斷，用雙尾檢測來確定時間序列的變化趨勢。給定顯著性水平α，如果|Zc|≥Z1-α/2，則表明時間序列有顯著的上升(Zc>0)或者下降(Zc<0)趨勢，S或者Zc變量確定后，再用坡度估計法計算時間序列變化趨勢，函數f(t)=Qt+B。對石門子站歷年月、年平均徑流量(共13組)系列數據進行變化趨勢檢驗計算，成果見表1，有8組數據序列通過特定顯著性水平度1%，其他6組通過了信度1%。

表1 年徑流量數據時間序列變化趨勢檢驗統計表

3.2 月年徑流量變化分析

其中UF1=0，E(sk)、var(sk)是累計數sk的均值和方差，按時間序列x的逆序xn，xn-1,…,x1，再計算UBk，使UBk=-UFk(k=n,n-1,…,1)，UB1=0。以臨界值取a=0.05，則臨界值u0.05=±1.96。若UFk或UBk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢，反之為下降。對塔西河石門子站歷年月、年平均徑流量(共13組)系列數據進行計算。表明突變點是存在的，且之后呈顯著上升趨勢，年徑流量及4月～10月月經流量系列突變的開始時間及其交叉點分別出現在1993年、1999年、由此說明在石門子水文站控制斷面處，實測的徑流量系列在某個時間點存在突然持續變大的情況。本次分析僅附年徑流量和8月月徑流量系列變化趨勢過程線圖，見圖2。

圖2 塔西河石門子站8月月徑流量

圖3中兩條曲線，其中實線為8月月徑流量按時間序列x進行計算得到的一組統計量；虛線為8月月徑流量按時間序列x的逆序再重復計算得到的另外一組統計量。將兩組統計量系列繪制到一幅圖中得到上圖。該方法就是為了能夠準確的找到突變的時間點，即兩條曲線的交叉點。

4 結語

(1)通過2.3章節中徑流量年代際變化分析，從石門子站年徑流量模比系數差積曲線圖和年徑流量十年滑動平均曲線圖上反映，從2000年開始年徑流量進入豐水期；與采用非參數統計檢驗方法得到的年徑流量呈顯著上升趨勢的突變時間點一致。

(2)在3.1章節中通過采用非參數統計檢驗方法來驗證分析徑流量變化趨勢檢驗結果表明，有8組數據序列通過特定顯著性水平α的檢驗，其中6組信度為1%、2組為1%說明塔西河月年徑流量數據時間序列的變化存在明顯的趨勢。

(3)在3.2 章節中月年徑流量突變的開始時間及其交叉點分析，石門子站歷年月、年平均徑流量(共13組)系列數據進行檢驗，通過變化呈顯著上升趨勢，但各月的突變點情況存在時間差異，較明顯的4月份月經流量系列出現時間為2017年為突變時間點，經過分析其成因為下游石門子水庫在2001年10月蓄水，次年進行春季農田灌溉面積為31333 hm2，平均的2.2倍。

塔西河河川徑流量在近20年期間受氣候變化呈顯著增大態勢，年徑流量系列突變時間點為2000年；河川水文要素的天然過程受到人類活動影響呈逐漸增大狀態。