乌江流域降水径流响应关系研究

徐成汉，唐 勇

(1.长江工程职业技术学院，武汉 430212；2.四川省都江堰管理局东风渠道管理处，四川 都江堰 611800)



乌江流域降水径流响应关系研究

徐成汉1，唐 勇2

(1.长江工程职业技术学院，武汉 430212；2.四川省都江堰管理局东风渠道管理处，四川 都江堰 611800)

根据乌江流域1956～2014年长达59年的降雨、径流资料，采用线性回归趋势分析、Mann-Kendall分析、Spearman秩次相关检验、Kendall秩次相关检验，结果表明：(1)乌江流域降雨系列呈减小趋势，平均线性递减率为-1.52mm/a，但减小趋势并不显著。(2)乌江流域径流深系列呈下降趋势，平均线性递减率为-0.525mm/a，且下降趋势也不显著。(3)乌江流域径流系数系列基本没有变化，平均线性递增率为0.0002mm/a，但上升趋势并不显著。

降水径流；趋势分析；乌江流域

随着长江上游三峡水库等一批大型水利工程的兴建及投入使用，长江流域的径流量有较大幅度的减小。究其原因，是由于长江上游降水量减少，还是用水量、耗水量增多，还是人类活动的影响，这个问题一直困扰着水文工作者。为了探究长江上游流域水资源量减少的原因，为长江上游水库调度方案编制提供依据，受长江水利委员会水文局的委托，我们对长江上游地区自1956～2014年长达59年的降水、径流资料进行了趋势分析，力求弄清长江上游水资源减少的原因，为长江流域水资源的合理开发与利用提供相应依据。

针对长江上游水资源量的减少，有关的学者也进行了大量的研究。李林、王振宇[1]等指出近40年以来长江上游径流量呈减少趋势，其中以秋季径流量减小最为明显。孙甲岚[2]等认为长江上游平均气温有上升趋势，年降雨有降低趋势，宜昌站径流总量有减小趋势。邵骏[3]等通过对降水径流的关联检验得知，乌江径流变化与降水之间关系密切，同时下垫面和人类活动也对年径流的变化产生了一定影响。

乌江[4～5]是长江上游南岸的一支最大支流，源出乌蒙山东麓，流经贵州、四川两省，于涪陵汇入长江。集水面积87 920km2，河长1 030余km，天然落差2 120余m。降雨主要集中于5～9月，秋雨较多。汛期中暴雨比较分散，以思南至彭水一带较大。流域内降雨分布不均，全流域多年平均年降水量900～1 400mm，最低值一般为600～900mm。

本文利用乌江流域自1956～2014年共计59年的降水、径流资料系列，采用线性回归趋势分析、Mann-Kendall分析、Spearman秩次相关检验、Kendall秩次相关检验等方法进行趋势检验与分析，以期对长江上游乌江流域的降水径流关系进行分析，为长江上游水资源合理调度提供依据。

1 乌江流域降水资料分析

1.1 线性倾向回归分析

对乌江流域降雨系列(1956～2014)进行回归分析，得出线性回归方程为：x=-1.5157t+4138，相应统计参数为：T=-1.734，r=-0.224。

当给定a=0.05，n-2=59-2=57，查T分布得临界值ta/2(n-2)=2.002>|T|=1.734，说明乌江流域降雨系列有减小趋势，但减小趋势不显著。

当给定a=0.05，n-2=59-2=57，查相关系数检验表得临界值ra(n-2)=0.256>|r|=0.224，同样说明乌江流域降雨系列有减小趋势，且减小趋势不显著。

图1 乌江流域(1956～2014)降雨系列线性倾向趋势变化过程线

乌江流域降雨系列趋势曲线如图1所示。从图可以看出乌江流域多年平均降雨量为1 129mm，近59年来降雨量呈下降趋势，平均线性递减率为1.52mm/a。

1.2 Mann-Kendall法

根据乌江流域1956～2014年降雨系列资料作出M-K检验统计量变化如图2所示。

(1)趋势检验结果：经计算，乌江流域降雨系列Z=-1.45，即|Z|=1.45

(2)趋势分析：乌江流域1957～1963年降雨资料系列呈下降趋势，1964～1987年期间呈上升趋势，从1988～1999年呈下降趋势，2003～2014年呈下降趋势，以上趋势变化均不显著。

(3)突变分析：从图2可以看出UF和UB的交点有1个，位于临界线区间，因此根据Mann-Kendall秩检验方法，得出突变点1个，即乌江流域降雨系列趋势变化的突变点在2003年前后。

图2 乌江流域1956～2014年降雨系列变化趋势诊断结果

1.3 Spearman秩次相关检验

对乌江流域降雨资料系列(1956～2014)进行Spearman秩次相关检验计算，计算结果为T=1.40。

选择置信水平a=0.05，n-2=59-2=57，查T分布得临界值|tα/2(n-2)=2.002>|T|=1.40，即接收原假设,说明乌江流域降雨系列有减小趋势，但减小趋势不显著。

1.4 Kendall秩次相关检验

给定显著性水平a=0.05，查正态分布表得到临界值Ua/2=1.96，由于|M|=1.46

2 乌江流域径流资料分析

2.1 线性倾向回归分析

对乌江流域径流资料系列(1956～2014)进行回归分析，得出线性回归方程为：x=-0.5255t+1653.3，相应统计参数为：T=-0.648，r=-0.086。

当给定a=0.05，n-2=59-2=57，查T分布得临界值|tα/2(n-2)=2.002>|T|=0.648，说明乌江流域径流系列有减小趋势，但减小趋势不显著。

当给定a=0.05，n-2=59-2=57，查相关系数检验表得临界值ra(n-2)=0.256>|r|=0.086，同样说明乌江流域径流系列有减小趋势，且减小趋势不显著。

图3 乌江流域(1956～2014)径流系列线性倾向趋势变化过程线

乌江流域径流系列趋势曲线如图3所示。从图可以看出乌江流域多年平均径流深为610mm，近59年来径流深呈下降趋势，平均线性递减率为0.525mm/a。

2.2 Mann-Kendall法

根据乌江流域1956～2014年径流深系列资料作出M-K检验统计量变化如图4所示。

(1)趋势检验结果：经计算，乌江流域径流深系列Z=-0.40，即|Z|=0.40

(2)趋势分析：乌江流域径流深资料系列在1958～1963年期间呈下降趋势，从1964～2010年后开始呈持续上升趋势，其中1976～1978、1983～1984年期间上升趋势显著，2011～2014年呈下降趋势。

(3)突变分析：从图4可以看出UF和UB的交点有3个，位于临界线区间，因此根据Mann-Kendall秩检验方法，得出突变点3个，即乌江流域径流深系列趋势变化的突变点在1958、1961、2008年前后。

2.3 Spearman秩次相关检验

对乌江流域径流深系列(1956～2014)进行Spearman秩次相关检验计算，计算结果为T=0.42。

选择置信水平a=0.05，n-2=59-2=57，查T分布得临界值tα/2(n-2)=2.002>|T|=0.42，即接收原假设，说明乌江流域径流深系列趋势变化不显著。

2.4 Kendall秩次相关检验

给定显著性水平a=0.05，查正态分布表得到临界值Uα/2=1.96，由于|M|=0.41

3 降雨径流关系变化趋势分析

3.1 径流系数趋势分析

对乌江流域径流系数资料系列(1956～2014)进行回归分析，得出线性回归方程为：x=0.0002t+0.0676，相应统计参数为：T=0.679，r=0.09。

当给定a=0.05，n-2=59-2=57，查T分布得临界值tα/2(n-2)=2.002>|T|=0.679，说明乌江流域径流系数系列有增加趋势，但增加趋势不显著。

当给定a=0.05，n-2=59-2=57，查相关系数检验表得临界值ra(n-2)=0.256>|r|=0.09，同样说明乌江流域径流系数系列有增加趋势，且增加趋势不显著。

乌江流域径流系数系列趋势曲线如图5所示。从图可以看出乌江流域多年平均径流系数为0.54，近59年来径流系数基本没有变化，平均线性递增率为0.0002mm/a。

3.2 Mann-Kendall法

根据乌江流域1956～2014年径流系数系列资料作出M-K检验统计量变化如图6所示。

图6 乌江流域1956～2014年径流系数系列变化趋势诊断结果

(1)趋势检验结果：经计算，乌江流域径流系数系列Z=0.667，即|Z|=0.667

(2)趋势分析：乌江流域径流系数系列在1957～1958年期间呈上升趋势， 1959～1962年期间呈下降趋势，从1963～2014年呈持续上升趋势，且1975～1985、1996～2005年上升趋势显著。

(3)突变分析：从图6可以看出UF和UB的交点有7个，位于临界线区间，因此根据Mann-Kendall秩检验方法，得出突变点7个，即乌江流域径流系数系列趋势变化的突变点在1958、1961、2010～2013年前后。

3.3 Spearman秩次相关检验

对乌江流域径流系数资料系列(1956～2014)进行Spearman秩次相关检验计算，计算结果为T=-0.788。

选择置信水平a=0.05，n-2=59-2=57，查T分布得临界值ta(n-2)=2.002>|T|=0.788，即接收原假设,说明乌江流域径流系数系列趋势变化不显著。

3.4 kendall秩次相关检验

给定显著性水平a=0.05，n-2=59-2=57，查正态分布表得到临界值Uα/2=1.96，由于|M|=0.670，说明径流系数序列有上升趋势，但上升趋势不明显。

4 结 论

通过对乌江流域1956～2014共计59年的降水、径流资料的统计分析，采用线性回归趋势分析、Mann-Kendall分析、Spearman秩次相关检验、Kendall秩次相关检验等4种趋势检验分析方法，其成果归纳如表1。

表1 乌江流域1956～2014年降水径流响应关系趋势分析成果汇总表

结论是：(1)乌江流域多年平均降水量为1 129.4mm，降雨系列呈减小趋势，平均线性递减率为1.52mm/a，但减小趋势并不显著。根据Mann-Kendall法，得出突变点在2003年前后，且实变在95%的信度水平之内。(2)乌江流域多年平均径流深为610.15mm，近59年径流深系列呈下降趋势，平均线性递减率为0.525mm/a，且下降趋势也不显著。根据Mann-Kendall秩相关检验得出突变点3个，即乌江流域径流深系列趋势变化的突变点在1958、1961、2008年前后。(3)乌江流域多年平均径流系数为0.54，近59年来径流系数系列基本没有变化，平均线性递增率为0.0002mm/a，且趋势并不显著。

流域产生的径流是流域内的降水与流域下垫面条件共同作用下的产物，当流域下垫面条件变化不大时，流域内的径流与降水的演变规律是基本一致的，而其差异性主要是人类活动的影响。由乌江流域降水径流响应关系的分析可以看出，乌江流域径流的减少其原因主要有以下两个方面，一是流域内降水量的减少，二是人类活动的影响。

[1] 李 林，王振宇，等.长江上游径流量变化及其与影响因子关系分析[J].自然资源学报.2004，19(6)：694-700.

[2] 孙甲岚，雷晓辉，等.长江流域上游气温、降水及径流变化趋势分析[J].水电能源科学，2012，30(5)：1-4.

[3] 邵 骏，范可旭，等.乌江干流年径流变化趋势及成因分析[J].水文，2012，32(6):86-91.

[4] 《长江志》编纂委员会.长江志[M].北京：中国大百科全书出版社，2003:162-170.

[5] 郭海晋，张洪钢，等.金沙江与长江中游洪水组成及遭遇规律研究[M].武汉：长江出版社，2013:3-13.

On Response Relationship between Precipitation and Runoff in Wujiang Valley

XU Cheng-han1，TANG Yong2

(1.Changjiang Institute of Technology, Wuhan 430212, China;2.Sichuan Dujiangyan Administation, Dujiangyan 611800, China)

The rainfall and runoff data of Wujiang valley during 1956-2014 are analyzed by using linear regression trend analysis, Mann-Kendall analysis, Spearman rank correlation method and Mann-Kendall rank correlation method.The results showed that: 1) The rainfall series of Wujiang valley is decreasing with an average linear decreasing rate of -1.52mm/a, but the decreasing trend is not significant.2) The runoff depth series of Wujiang valley is also decreasing with an average linear decline rate of -0.525mm/a, and the decreasing trend is not significant either.3) The runoff coefficient series of Wujiang valley has not changed; the rising trend is not significant with an average linear increasing rate of 0.0002mm/a.

rainfall; runoff; Wujiang valley; trend analysis

2016-08-23

徐成汉(1965-)，男，湖北仙桃人，副教授，大学，主要从事水文水资源教学及研究工作。

TV121+.1

A

1673-0496(2016)04-0010-03

10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2016.04.004