水資源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，地表徑流是水資源的主要組成部分，因此河川徑流量一直是水文水資源科學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。隨著全球變暖和人類活動(dòng)影響的加劇，河川徑流發(fā)生了顯著的時(shí)空變化，直接影響了流域水資源的合理配置、開發(fā)與利用，以及河流生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物過(guò)程。

　　摘要：根據(jù)灤河主要代表站溝臺(tái)子、三道河子、灤縣的1950年-2009年天然徑流資料，運(yùn)用滑動(dòng)平均法、Mann-Kendall法及小波分析方法，分析了灤河天然徑流演變規(guī)律。結(jié)果表明：灤河流域1950年-2009年3個(gè)代表站的徑流量均呈下降趨勢(shì)；溝臺(tái)子站在1960年發(fā)生一次徑流減少突變，三道河子站在1967年發(fā)生一次徑流減少突變，而1988年后灤縣站呈現(xiàn)出較顯著的突變，徑流突變特性與變化環(huán)境下的極端氣候事件有直接關(guān)系；灤河上游徑流主要存在28年顯著變化周期，中、下游徑流分別存在27年和30年顯著變化周期。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)國(guó)家核心期刊論文發(fā)表,徑流,趨勢(shì)分析,Mann-Kendall檢驗(yàn)方法,小波,灤河

　　50年來(lái)，灤河流域徑流過(guò)程發(fā)生了較大變化，加劇了水資源的短缺和時(shí)空變異性，相繼帶來(lái)了突出的水資源與生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，旱澇災(zāi)害發(fā)生的頻次明顯加大，已嚴(yán)重威脅到流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全。因此，開展灤河干流徑流變化特征、趨勢(shì)和周期等規(guī)律的研究，為流域水利工程建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和水資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

　　1流域概況

　　灤河發(fā)源于河北省張家口地區(qū)的巴彥古爾圖山北麓，上游閃電河經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)多倫縣折向東南，接納小灤河后始稱灤河，中游穿行于燕山山地，下游經(jīng)過(guò)50km寬的三角洲注入渤海灣。灤河全長(zhǎng)888km，流域面積544×104km2，多年平均徑流深109mm，多年平均徑流量為46×108m3，主要支流有伊遜河、武烈河、瀑河、灑河、青龍河等。流域位于華北平原東北部，地理坐標(biāo)115°34′-119°50′E，39°02′-42°43′N。該區(qū)域地處溫帶大陸性季風(fēng)區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。流域多年平均氣溫76℃，多年平均降水量520mm。受地形影響，降水量自海岸向北遞增，過(guò)長(zhǎng)城后出現(xiàn)遞減趨勢(shì)。雨量集中和暴雨頻發(fā)是本地區(qū)氣候的一個(gè)顯著特點(diǎn)。流域上游為壩上、圍場(chǎng)高原區(qū)，地表呈波狀起伏，多風(fēng)蝕洼地；中游為冀北、燕山丘陵區(qū)，河谷深切；下游為燕山山前平原和灤河三角洲平原，受人類活動(dòng)影響劇烈。為緩解京津地區(qū)水資源供需矛盾，滿足唐山、秦皇島等經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中心的用水需求，20世紀(jì)70年代末在灤河干流修建潘家口、大黑汀等大型控制性骨干水利工程，90年代在灤河一級(jí)支流青龍河上修建桃林口水庫(kù)，并逐漸建成引灤入津、引灤入唐、引青濟(jì)秦等配套工程，水資源開發(fā)利用強(qiáng)度不斷加大。

　　2數(shù)據(jù)及分析方法

　　2.1資料選取

　　綜合考慮水文站點(diǎn)在流域內(nèi)的代表性以及資料的可靠性與完整性，選取灤河干流上溝臺(tái)子（選取此站的主要原因是資料序列長(zhǎng)，資料完整可靠）、三道河子和灤縣站分別作為灤河流域上、中、下游代表水文站，進(jìn)行徑流變化趨勢(shì)分析。序列長(zhǎng)度分別為1950年-2009年。選取的徑流系列資料未進(jìn)行天然徑流的還原計(jì)算，是實(shí)測(cè)資料。

　　2.2分析方法

　　本文采用滑動(dòng)平均法和Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法（以下簡(jiǎn)稱M-K方法）對(duì)徑流時(shí)間序列進(jìn)行趨勢(shì)分析，利用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)方法對(duì)徑流時(shí)間序列進(jìn)行突變分析，利用Morlet連續(xù)復(fù)小波變換對(duì)徑流時(shí)間序列的多時(shí)間尺度特征進(jìn)行周期分析。

　　2.2.1趨勢(shì)性分析方法：滑動(dòng)平均法

　　所謂滑動(dòng)平均值，就是在一個(gè)系列中，先確定若干年為計(jì)算平均值的滑動(dòng)計(jì)算時(shí)段，求得一個(gè)均值，將其作為中間年份的修勻值，然后向后滑動(dòng)一年，形成新的計(jì)算時(shí)段，計(jì)算均值。重復(fù)以上步驟直至計(jì)算時(shí)段的最后一個(gè)數(shù)據(jù)為系列的最后一個(gè)數(shù)據(jù)為止。

　　2.2.2突變性分析方法：Mann-Kendall法

　　從圖1中可以直觀地看出灤河流域各代表站年均流量的變化情況，各代表站年均流量都處在豐枯交替的不斷變化中，但總的趨勢(shì)是都是遞減的。從表1可以看出，灤河流域溝臺(tái)子、三道河子、灤縣站均有顯著的遞減趨勢(shì)，這與滑動(dòng)平均法的檢驗(yàn)結(jié)果是保持一致的。

　　3.2突變性分析

　　由圖2可以看出，UFk曲線多在0以下，表明全流域徑流整體上呈減少趨勢(shì)；溝臺(tái)子站年平均流量呈波浪式緩慢下降趨勢(shì)，1960年UF曲線超過(guò)了005信度線，表明1960年后年均流量呈顯著下降趨勢(shì)。UF和UB曲線在1960出現(xiàn)交點(diǎn)，可以認(rèn)為1960年溝臺(tái)子站發(fā)生了顯著的突變。三道河子站的年均流量除了1959年之外UF曲線均小于0，表明

　　3.3周期性分析

　　采用Matlab的Morlet小波分析程序?qū)?950年-2005年間溝臺(tái)子站、三道河子站及灤縣站年徑流量的周期特性進(jìn)行分析，得到小波變換等值線圖及小波方差圖。在小波變換實(shí)部等值線圖中，橫坐標(biāo)為時(shí)間（年份），縱坐標(biāo)為時(shí)間尺度，圖中的等值曲線為小波系數(shù)實(shí)部值。當(dāng)小波系數(shù)實(shí)部值為正時(shí)，代表徑流豐水期，在圖中用實(shí)線繪出；為負(fù)時(shí)，表示徑流枯水期，用虛線繪出。三個(gè)站點(diǎn)徑流量的小波分析實(shí)部圖和小波系數(shù)方差圖見(jiàn)圖3、圖4。

　　從圖3（a）可以看出，溝臺(tái)子站徑流演化過(guò)程中存在的多時(shí)間尺度特征。溝臺(tái)子站在流域徑流演變過(guò)程中存在著22～32年、13～21年以及3～12年的3類尺度的周期變化規(guī)律。其中，在22～32年尺度上出現(xiàn)了枯-豐交替的準(zhǔn)三次震蕩，周期變化最為清晰；在13～21年時(shí)間尺度上存在準(zhǔn)4次震蕩，且這兩個(gè)時(shí)間尺度在整個(gè)分析時(shí)段表現(xiàn)較為穩(wěn)定，具有全域性；在3～12年時(shí)間尺度1970年-2003年較為明顯，豐枯交替。圖3（b）中顯示，三道河子站在流域徑流演變過(guò)程中存在著20～32年、3～19年以及3～10年的3類尺度的周期變化規(guī)律。其中，在20～32年尺度上出現(xiàn)了枯-豐交替的準(zhǔn)三次震蕩，周期變化最為清晰，這兩個(gè)時(shí)間尺度在整個(gè)分析時(shí)段表現(xiàn)較為穩(wěn)定，具有全域性；在3～19年時(shí)間尺度上1954年-1970年較為明顯，存在2次震蕩；在3～10年時(shí)間尺度1970年-1985年較為明顯，豐枯交替。

　　圖3（c）顯示，灤縣站徑流演化過(guò)程中存在著20～32年、11～19年以及3～10年的3類尺度的周期變化規(guī)律。其中，在20～32年尺度上出現(xiàn)了枯-豐交替的準(zhǔn)三次震蕩；在11～19年時(shí)間尺度上存在6次震蕩，且這兩個(gè)時(shí)間尺度在整個(gè)分析時(shí)段表現(xiàn)較為穩(wěn)定，具有全域性；在3～10年時(shí)間尺度1950年-1978年較為明顯，豐枯交替。

　　從圖4（a）中可以看出，溝臺(tái)子站小波方差圖中存在3個(gè)較為明顯的峰值，它們依次對(duì)應(yīng)著27年、18年、8年的時(shí)間尺度。其中，最大峰值對(duì)應(yīng)著27年的時(shí)間尺度，說(shuō)明27年左右的周期震蕩最強(qiáng)，為流域流量變化的第一主周期；18年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第二峰值，為流量變化的第二主周期；8年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第三峰值，為流量變化的第三主周期。

　　[JP+1]從圖4（b）可以看出，三道河子站小波方差圖中存在4個(gè)較為明顯的峰值，它們依次對(duì)應(yīng)著28年、11年、7年、4年的時(shí)間尺度。其中，最大峰值對(duì)應(yīng)著28年的時(shí)間尺度，說(shuō)明28年左右的周期震蕩最強(qiáng)，為流域流量變化的第一主周期；11年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第二峰值，為流量變化的第二主周期；7年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第三峰值，為流量變化的第三主周期；4年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第四峰值，為流量變化的第四主周期。上述4個(gè)周期的波動(dòng)控制著流量在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征。[JP]

　　從圖4（c）可以看出，灤縣站小波方差圖中存在4個(gè)較為明顯的峰值，它們依次對(duì)應(yīng)著30年、14年、7年、4年的時(shí)間尺度。其中，最大峰值對(duì)應(yīng)著30年的時(shí)間尺度，說(shuō)明30年左右的周期震蕩最強(qiáng)，為流域流量變化的第一主周期；14年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第二峰值，為流量變化的第二主周期；7年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第三峰值，為流量變化的第三主周期；4年時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著第四峰值，為流量變化的第四主周期。上述4個(gè)周期的波動(dòng)控制著流量在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)的變化特征。

　　4結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)灤河流域1950年-2009年間年降水量和三個(gè)代表站的年徑流量進(jìn)行5年滑動(dòng)平均分析、Mann-Kendall趨勢(shì)及突變分析和Morlet小波周期分析，得到以下結(jié)論。

　　（1）灤流域1950年-2009年三個(gè)代表站的年徑流量均呈下降趨勢(shì)。

　　（2）灤河流域溝臺(tái)子站1960年發(fā)生一次徑流減少突變，1967年三道河子站發(fā)生一次徑流減少突變，1988年后灤縣站呈現(xiàn)出較顯著的突變。

　　（3）灤河上游徑流主要存在28年顯著變化周期，中、下游徑流分別存在27年和30年顯著變化周期。整個(gè)流域徑流演變的周期性差不多具有同步性。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]MannHB.Nonparametrictestsagainsttrend[J].Econometrica，1945，13：245-259.

　　[2]KendallMG.RankCorrelationMethods[M].NewYork：OxfordUniversityPress，1975.

　　[3]劉兆飛，徐宗學(xué).塔里木河流域水文氣象要素時(shí)空變化特征及其影響因素分析[J].水文，2007，27（5）：69-73.

　　[4]王金星，張建云，李巖，等.近50年來(lái)中國(guó)六大流域徑流年內(nèi)分配變化趨勢(shì)[J].水科學(xué)進(jìn)展，2008，19（5）：656-660.

　　[5]余烜.氣候變化對(duì)海河流域水資源影響研究[D].北京；中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2009.

　　[6]劉健，張奇，許崇育.近50年鄱陽(yáng)湖流域徑流變化特征研究[J].熱帶地理，2009，29（3）：213-218.

　　[7]李濱江，郭姚生.佳木斯市水資源精測(cè)評(píng)價(jià)中需用水系統(tǒng)若干參數(shù)的確定[J].水文，1999（2）：23-29.

　　[8]孫同潔，紀(jì)萬(wàn)軍.佳木斯市水資源可利用量的分析[J].黑龍江水利科技，2006，34（4）：164.

　　[9]張戈平.城市水資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

　　[10]裴源生，劉建剛，趙勇，等.水資源用水總量控制與定額管理協(xié)調(diào)保障技術(shù)研究[J].水利水電技術(shù)，2009，40（3）：8-11.

　　[11]唐力，趙勇，肖偉華，等.水資源總量控制和定額管理制度實(shí)施進(jìn)展[J].人民黃河，2008，30（3）：43-44.

　　[12]張少文，王文圣，丁晶，等.黃河天然年徑流超長(zhǎng)期變化特性研究[J].人民黃河，2004，26（8）：10-12.

　　[13]許月卿，李雙成，蔡運(yùn)龍.基于小波分析的河北平原降水變化規(guī)律研究[J].中國(guó)科學(xué)（D