松溪河流域泉口水文站径流特征分析

牛秀岭

（山西水务口上水库开发建设管理有限公司，山西 太原 030002）

松溪河流域泉口水文站径流特征分析

牛秀岭

（山西水务口上水库开发建设管理有限公司，山西 太原 030002）

泉口水文站是松溪河干流出省的控制站，其径流变化特征的揭示对于流域水资源管理具有重要意义。采用马尔可夫链分析法、Mann-kendall趋势分析法和重标方差等方法分别对泉口站1965～2015年共51年的年径流序列进行分析。结果表明，泉口水文站年径流年内分配分明，丰枯变化剧烈，没有发生突变，其变化呈现明显的下降趋势且该状态在将来一段时间内将持续。

松溪河流域；径流特征；开发利用；泉口水文站

1 流域概况

松溪河为甘陶河的主源，冶河的支流。发源于晋中市和顺县李阳乡南山村附近，从杨家坡进入昔阳县境内，由南向北至县城有城西河汇入，转向东北至南界都村有赵壁河汇入，以下又有杨赵河、刀把口河汇入，于王寨村北流出山西省入河北省井陉县后称甘陶河，与绵河汇合以后称冶河，松溪河干流山西境内全长96.7 km，流域面积2 352 km2，河道纵坡为6.5‰。昔阳县境内主河道长73.5km，流域面积1 489 km2。河道纵坡上急下缓，郭庄水库以上坡度13.6‰，郭庄水库至县城11.6‰，县城至南界都为5.29‰，南界都至王寨为6.15‰～6.17‰，河道为蜿蜒型[1]。利用松溪河流域泉口水文站1965～2015年的年、月径流资料，对泉口站的径流年内分配、丰枯变化趋势突变和持续性特征进行了研究，为松溪河流域的水利开发建设和区域水资源优化配置提供科学依据。

2 径流的年内分配

松溪河流域属于干旱半干旱地区，由于气候、地势地形的影响，松溪河流域径流年内分配特征呈现非均匀性特征。从泉口站多年平均降水量的年内分配可以看出，泉口站径流量年内分配分明，汛枯期径流差异较大，径流量随季节而不同。夏季径流量最多，占全年51.28%；冬季径流量较小，只占全年的13.01%。最小径流量出现在12月至次年1月份，最大出现在6月份，5月以后径流量明显增大，7～9月份的变幅最大。

3 丰枯分析

径流的丰枯变化规律对于科学合理的水利水能规划具有重要的影响，常用的丰枯分析研究方法为马尔可夫链分析法[2]。马尔可夫链分析法首要的是确定丰枯评价的指标，其中丰枯评价的指标不同其结果也不同，依据《水文水情预报规范》（SL250-2000）中规定的丰枯情况的划分标准进行分析，即按距平百分率P表示径流的丰枯，将径流分为5个不同的级别：P＞20%为丰水；10%＜P≤20%为偏丰；-10%＜P≤10%为平水；-20%＜P≤-10%为偏枯；P＜-20%为枯水。通过对泉口站1965—2015年径流量丰枯分析，可以看出泉口站51年的年径流序列中，丰水年、平水年和枯水年分别发生了17次、4次和30次，其占所有年份比例分别为33%、7.8%和58.8%，说明泉口站年径流量主要以枯水年为主；其次在枯水年份里，连续枯水的年份占到16年，缺水水文情势较为严重。详见表1，表2。

4 趋势及突变分析

趋势突变分析中，公认的方法为世界气象组织推荐并已广泛使用的非参数检验方法Mann-Kendall检验法。Mann-Kendall检验不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，其原理如下[3]：

设（x1，x2，…xn）为n个独立的、随机变量同分布的样本；取k，j≤n，且k≠j，而xh和xj的分布是不相同的，构建均值为0，方差Var（s）=n（n-1）（2n+5）/18的检验的正态分布统计变量S：

其中，

表1 泉口站年径流量丰枯分析

表2 泉口站丰、枯水年统计分析表

其中当n＞10时，标准的正态统计变量通过下式计算：

式中1≤j

定义统计变量：

UF值大于0，则表明序列呈上升趋势；小于0则表明呈下降趋势；超过临界直线时，表明上升或下降趋势显著。如果UF和UB曲线出现交点，且交点在临界直线之间，则发生突变。

图1 泉口站年径流趋势分析

5 持续性分析

由图1、2可知，Mann-Kendall方法主要用以揭示现存序列的上升或下降趋势特征，而无法对序列未来的趋势特征进行表征，即这种不明显的下降趋势是继续保持还是发生改变。分形理论依据序列具有自相似的特征能够很好地对序列的长期持续性进行表征，广泛地应用到数学、股票和社会的各个领域[4，5]。其中V/S作为一种新的时间序列长记忆性分析方法，以期不受短期记忆性影响、计算稳定而受到诸多学者重视，将Mann-Kendall方法和V/S结合能够很好地对泉口站的年径流序列未来趋势进行预测。

设年径流序列为{xt；|t=1，2，…，n}，V/S非参数统计量如下：

图2 泉口站年径流突变分析

通过绘制n与（V/S）n的logn～log（V/S）n散点图，线性回归估计直线的斜率，斜率的1/2即为Hurst指数，用H表示。如果0.5

通过对38年年径流序列进行V/S计算，线性回归方程为y=0.946 2x-1.924 9，故H=0.47＜0.5，说明序列具有负的持续性，结合之前MK分析结果可知，在未来一定的时间之内，序列不明显的下降趋势将有一定的减缓。

6 结论

第一，泉口站径流量年内分配分明，汛枯期径流差异较大，最大出现在6月份，6～8三月的变幅最大。夏季最多，占全年50.21%；冬季径流量较小，只占全年的13.03%。

第二，泉口站丰枯分析表明，泉口站年径流量变化主要以枯水年为主，其比例占到所有年份的6成左右，而且连续枯水年的比例较大，给水利水能科学管理带来不便。

第三，泉口站年径流序列趋势突变分析表明，序列在显著性水平α=0.05的情况下呈现不明显的下降趋势，且该趋势在未来一定的时间内将发生改变，没有发生突变。

[1]李英明，潘军峰.山西河流[M].北京：科学出版社，2004.

[2] 张少文，张学成，王玲，等.黄河天然年径流长期丰枯状态变化特性研究[J].人民黄河，2005，05:9-10+46-63.

[3] 徐宗学，张楠.黄河流域近50年降水变化趋势分析[J].地理研究，2006，01:27-34.

[4] 孙东永，畅建霞，黄强，等.V/S和Mann-Kendall相结合的方法在洪涝灾情分析中的应用[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2012，04:230-234.

[5] 何兴强，李仲飞.上证股市收益的长期记忆:基于V/S的经验分析[J].系统工程理论与实践，2006，12:47-54.

TV121

C

1004-7042（2017）06-0012-03

牛秀岭（1981-），男，2008年毕业于太原理工大学水文学及水资源专业，工程师。

2017-04-03；

2017-05-15