黑龙江哈巴罗夫斯克站径流变化规律

鄢 波，夏自强，3，周艳先，王景才，陈起川

(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，2.河海大学水文水资源学院，3.河海大学国际河流研究所，江苏南京 210098)

位于我国东北的黑龙江(俄罗斯称阿穆尔河)流经蒙古东部、中国东北地区、俄罗斯远东地区南部，是东亚和东北亚最大的河流之一，是一条国际河流，黑龙江全长4 370 km，它的中段为中俄界河，流经黑龙江省长达2 900 km［1］。近年来由于边境地区经济的迅速发展，中俄界河正扮演越来越重要的角色，中俄界河的水环境问题、水资源安全问题、跨境生态问题受到越来越多的重视［2］。近年来，各国学者对黑龙江流域的降水以及径流等开展了大量的研究，取得了一些重要成果［1，3-5］。

哈巴罗夫斯克站(以下简称为哈巴站)地理位置重要，研究哈巴站的径流变化特征、规律，对于分析黑龙江下游的水文情势具有重要的意义，可为界河水资源的开发和保护提供科学的依据。该站的长期径流系列是全流域各站展延的重要依据，尤其是对于资料相对短缺的国内各水文站点。由于近代黑龙江流域的人为干扰相对较少，依据该站的长期径流系列可以进一步分析研究全球气候变化对黑龙江流域水资源的影响。

1 研究区概况

哈巴站位于东经135°10'、北纬48°31'，地处黑龙江干流中下游的分界处，集水面积163.0 万km2，占黑龙江流域面积的87.9%，是黑龙江下游重要的控制站，也是黑龙江干流接纳结雅河、布列亚河、松花江和乌苏里江等主要支流后的主要控制站，在流域中所处的位置见图1 所示。径流资料选用哈巴站1897—2005 年共109 a 年径流资料和1897—1985年共89 a 月径流资料。

该水文站所在的黑龙江流域属大陆性季风气候，冬季气候严寒，气温低于0℃的时间长达6 个月之久，河流封冻时间170 ～200 d，北部有永久性岛状冻土分布区［6］。流域内夏季短暂，降水集中，流域产汇流条件良好，径流量集中且丰富，径流系数较大。径流的补给以降水为主，约占65% ～80%;融雪径流为辅，约占15% ～20%;地下径流补给不足10%［6］。传统的四季划分不能体现黑龙江流域的季节特性，也不利于各个季节的水文分析。采用吴琼等提出的四季划分来分析黑龙江干流各个季节的径流情况，该划分为:冬季漫长，11 月—次年3 月;夏季适中，6—8月;春秋过渡季节短促，分别为4—5 月，9—10 月［7］。

图1 哈巴站在黑龙江流域的位置

2 径流的变化特征分析

2.1 径流年际变化分析

2.1.1 年际和年代际变化特征

选用Mann-Kendall 法对哈巴站年径流进行趋势检验。Mann-Kendall 法最初由Mana［8］于1945 年提出，是检验序列变化趋势的有效工具，被广泛应用于气象参数和水文序列的分析［9］。该检验法不需要样本遵循一定的分布，也不受个别异常值的干扰，具体公式见文献［10］。

年际变化上，综合图2 及表1，可以看出哈巴站多年平均径流量为2 604.06 亿m3，年径流量最丰年为1897 年的4 221.7 亿m3，最枯年为1979 年的1352.9 亿m3，最丰、最枯年之比为3.12，年径流量的变差系数Cv为0.225。通过5 a 滑动平均过程线可以较为直观地看出哈巴站的年径流趋势变化。从趋势线来看，哈巴站的年径流在这个统计时段内呈现微弱下降趋势，减少速率为3.068 亿m3/a。年径流量经过M-K 趋势检验Z = -1.482，未通过95%显著性检验，减少趋势不显著。

图2 黑龙江哈巴站年径流量变化过程

表1 黑龙江哈巴站各年代际径流量统计

年代际变化上，只有20 世纪20、70、80 年代和21 世纪初的多年均值小于整个序列的多年均值。其中，19 世纪末径流量最大，为3 010.07 亿m3，其次是20 世纪50 年代，为2 961.71 亿m3，21 世纪初最小，为1 946.82 亿m3，各年代径流量经历了一个减少—增加—减少的变化过程，而各年代年径流量变差系数Cv也处于0.15 ～0.35 这个区间里。

2.1.2 径流丰枯分析

所谓连丰年是指该年段内各年都属于特丰水年或偏丰水年，连枯年是指该年段内各年都属于特枯水年或偏枯水年［2］。丰水年相应频率P ＜37.5%，枯水年相应频率P ＞62.5%［2］。根据标准，计算出连丰年和连枯年的时段均值及其与整个序列多年均值的比值(模比系数)K丰和K枯［2］，统计结果见表2。由表2 可以看出，哈巴站依次出现3 次连丰年，持续时间分别为3 a、9 a、3 a，K丰值分别为1.20、1.31、1.14;出现4 次连枯年，持续时间分别为3 a、4 a、7 a、7 a，K枯值分别为0.84、0.74、0.72、0.77。

表2 黑龙江哈巴站径流量连丰年和连枯年统计值

2.1.3 径流变化的阶段性分析

为了更好地表示径流年际变化的阶段特征，采用距平累积法［11］进行分析。即

式中:Pt为第t 年的距平累积值;Ri为第i 年的径流量;¯R 为径流序列平均值;n 为序列长度。

根据哈巴站年径流序列距平累积年际变化过程(图3)，可将哈巴站年径流变化过程分为如下阶段(表3):3 个丰水段即1928—1938 年、1955—1963年、1983—1985 年;2 个平水段即1940—1953 年、1986—1997 年;3 个枯水段即1916—1927 年、1974—1980 年、1999—2005 年。前面分析的连丰年和连枯年均包含在相应的阶段当中。距平累积曲线不同程度的小波动说明在任何阶段丰水年和枯水年的交错出现的普遍性。

图3 黑龙江哈巴站年径流量距平累积变化过程

2.2 径流年内分配分析

2.2.1 径流年内分配过程分析

降水是黑龙江径流的主要补给来源，流量过程与雨量过程也基本相应。黑龙江流域降水受气候和地形的影响，年内降水主要集中在6—9 月份，约占全年降水的70%［7］。冬季仅占10%左右［7］。

黑龙江径流的年内分配四季分明，径流年内分配极不均匀，从哈巴站径流年内分配曲线(图4)和哈巴站四季径流变化过程(图5)可以看出，全年径流主要集中在夏(6—8 月)、秋(9—10 月)两季，占全年的76.01%。夏秋两季径流呈下降趋势是导致20 世纪末至21 世纪初枯水年份增多的一个重要因素。夏秋两季是洪水发生的时期，其中汛期(6—9月)的径流量占全年的63.85%。冬季(11—次年3月)进入冰期，径流主要依靠地下水补给，各月径流量都很小，冬季径流量只占全年的8.26%。春季(4—5 月)进入春汛，气温回升，进入春季后上游各支流先后开河，流域的积雪融化和河网储冰解冻形成春汛，但春汛水量不大，春季径流量占全年的15.73%［2］。

图4 黑龙江哈巴站径流年内分配过程

2.2.2 径流年内分配特征分布

为进一步定量分析黑龙江径流年内分配特征，采用年内分配不均匀系数Cu、完全调节系数Cr［12-14］、集中度Cn［15］等指标，从不同角度分析径流年内分配的变化规律。年内分配不均匀系数越大，表明年内各月径流相差越悬殊，年内分配越不均匀，完全调节系数越大，径流年内分配越集中，不均匀程度越高。集中度反映径流年内分配集中的程度。这3 个指标的具体计算公式可参考文献［16-19］。

首先对黑龙江哈巴站径流逐年代际的月径流按多年平均值计算，然后按以上3 个指标进行计算，逐年代际的径流年内分配特征指标值见表4。由表4 可见，1897—1985 年哈巴站径流年内分配Cu为0.844，Cr为0.387，Cn为0.553。随着时间推移，Cu和Cr均呈现增加-减少-增加的过程，两值变化过程一致，两值在20 世纪60 年代均最小，说明60 年代径流年内分配最为缓和，在20世纪10年代两值最大，年内分配最不均匀;Cn在20 世纪10 年代最大，20世纪60 年代最小，也正好对应Cu和Cr的最大值和最小值。

表3 黑龙江哈巴站年径流量变化阶段

图5 黑龙江哈巴站1897—1985 年四季径年际变化过程

表4 黑龙江哈巴站径流逐年代际的年内分配特征指标值

综上，径流变化的原因:一方面可能是受气候因素如流域降水影响的结果，黑龙江流域降水的年际变化较大且阶段性明显，连续多雨、连续少雨交替出现;另一方面还可能受到上游人类活动如农田灌溉、水库调节、工业用水等的影响。

3 结 语

a. 研究分析了黑龙江哈巴站径流年际变化规律、径流年内分配特征，可为深入了解黑龙江流域水资源的变化趋势，为流域的水利工程建设、生态环境保护和水资源合理利用，以及界河的开发和保护提供科学的依据。

b. 黑龙江哈巴站径流连丰年、连枯年交替出现，径流年际变化的阶段性较为明显:3 个丰水段，即1928—1938、1955—1963、1983—1985 年;2 个平水段，即1940—1953、1986—1997 年;3 个枯水段，即1916—1927、1974—1980、1999—2005 年。

c. 哈巴站径流年内分配极不均匀，全年径流主要集中在夏秋两季(6—10 月)，占全年的76.01%，其中汛期(6—9 月)占全年的63.85%。哈巴站在20 世纪60 年代径流年内分配最不集中、最为均匀，10 年代年内分配最为集中、最不均匀。

d. 笔者仅应用统计检验方法对径流系列的变化做了初步分析研究，有关后继成果将陆续发表。

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