安图县水资源演变规律研究

刘 文 尹 华

（吉林省水文水资源局，吉林 长春 130022）

前言

吉林省延边朝鲜族自治州安图县境内山岭纵横，河道交错，受长白山脉影响，地势东南高西北低，东西向窄南北向长的特点。 特有 “天然矿泉水基地”、“中国矿泉水之乡”、“中药材良种繁育基地县”、 “长白山下第一县”、“绿色”中药材出口基地县、国家生态示范区、全国水利经济先进县、吉林省生态建设试点县等美誉。水资源是安图县的经济命脉，所以科学认识和掌握水资源的演变情势尤为重要。

1 安图县降雨径流趋势变化和突变检验

1.1 检验方法

1.1.1 M-K秩次相关检验法

非参数秩次相关检验法Mann-Kendall(M-K)被广泛应用于水文数据和气象数据序列分析，能有效地提取各种数据序列变化趋势，此方法样本不用严格遵从规定的分布规律，少数异常值对其干扰影响也较小。在M-K趋势检验中，原假设H0为数据序列没有发生趋势改变，对n个样本总容量的时间序列x1，x2，……，xn，其构造统计量S。

其中，sign()为符号函数。当xi-xj大于、等于或小于零时，sign(xi-xj)分别为1、0或-1； 当n≥10时，S基本满足正态分布状态，标准量化为：

当显著水平 ，查标准正态分布表后临界值为

。如果 ，那么在当前显著水平下，数据序列必定存在向下或向上的趋势，否则数据序列没有趋势的原假设也必然成立。

1.1.2 M-K突变趋势检验方法

Mann-Kendall(M-K)突变趋势检验法是一种无分布检验的方法，此方法优点是样本不需要遵从规定的分布规律，少数异常值对其干扰影响也较小，检测区间宽、人为干扰少、量化度高等特点。

M-K趋势检验法应用于对n个样本总量的径流数据要素序列x检验数据序列是否突变时，构造序列Sk：

表示＞ 时的样本累积数。

在假定在随机独立的时间序列条件下，Sk的均值计算公式和方差计算公式如下：

式中，UFk为标准正态分布，取UF1=0。当显著水平 时，临界值查标准正态分布表后为1.96。若，表明数据序列明显存在向下或向上的趋势。

将时间序列反向排列，再次进行如上计算，同时使k′=n+1-k、UBk=-UFk′、UB1=0。由UFk绘出曲线C1、UBk绘出曲线C2。当曲线C1超过临界值线，则判定为变化趋势明显，当曲线C1与曲线C2相交于临界值之间，交点时间为开始突变时间。

1.2 检验结果

从安图县时间序列为1956—2010年的降水量数据趋势检验结果来看，Z＝-0.86，小于临界值1.96，说明有不显著的下降趋势。

图1为安图县时间序列为1956—2010年降水量的M-K突变检验和趋势变化图。由图1可见，UFk和UBk曲线相交在1986年处，而且交点位于临界值以内，可确定1986年为突变开始时间。而曲线UFk位于临界值以内，变化趋势可确定为不显著。

从UFk曲线还可以确定，降水量多年的趋势变化情况：1956—1958年趋势向下，1959—1967年趋势向上，1968—1984年趋势向下，1985—2010年趋势向上。

从安图县时间序列为1956—2010年的径流量数据趋势检验结果来看，临界值为1.96，Z＝-1.28，说明Z值小于临界值，年径流有不显著的下降趋势。

图2安图县年天然径流量的M-K突变检验和趋势变化图。由图2可以，UFk和UBk曲线在1967年、1986年、1989年有3个交点，表明其突变时间不明显，应用滑动t检验法对其结果进行验证时，同样没有突变点，可确定没有突变年。又因曲线UFk位于临界值区域以内，表明它的变化趋势不显著。

图1 安图县年降水量的M-K突变检验和变化图

图2 安图县年天然径流量的M-K突变检验和趋势变化图

1.3 计算成果分析

1.3.1 降雨径流关系分析

用工业、农业、生活等用水量对地表水水量进行还原，可以得到安图县时间序列为1956—2010年和天然年径流数据系列值。

确定以1986年突变时间为界，统计1956—1986、1987—2010年的2段安图县的多年平均天然径流量、多年平均降水量以及径流系数和径流深，计算结果详见表1。

表1 安图县前后2阶段水文要素统计表

地表径流源自天然降水，降水经汇聚形成地表径流，当降水量有较大变化时，地表径流也会发生相应的改变。从表1中可以总结出，降水两段差为20.6mm，比前一段增加了2.78%，径流深也增加了3.5mm，增幅为1.10%，径流总量增加0.25亿m3，从趋势来看，随着降水量的略有增加，径流量也有增加的变化趋势。

单位降水量形成的径流深即为径流系数，它能够反映出自然地理要素对流域内径流关系和降水的影响。根据表1，两阶段径流系数变化较小，可以确定安图自然地理要素没有发生较大改变，表明流域的下垫面受人类活动影响较小，也没有发生较大变化。

1.3.2 降雨趋势变化

根据安图县的M-K突变检验结果，可以确定1986年为降水序列突变起始时年，虽然从总体趋势上来讲是增加趋势，但显著性水平还不够。

2 水资源演变情势分析

2.1 地表水资源量演变情势分析

第1次水资源评价的时间序列为1956—1979年的多年平均地表水资源量为23.21亿m³；近期1980—2000年的年平均地表水资源量为23.7818亿m³。序列为1956—2000年的多年平均地表水资源量24.2598亿m³。近期21a的多年平均地表水资源量比第1次评价结果增加了0.573亿m³，增加2.47%，比长系列值减少0.478亿m³，减少1.97%。

2001—2010年多年平均径流量为20.2551亿m³，与1956—2000年多年平均径流量比较，减少16.5%，其中，布尔哈通河区减少6.97%，二道松花江区减少17.9%。

2.2 地下水资源量演变情势分析

第1次水资源评价地下水资源量5.39亿m³/a，第2次水资源评价地下水资源量为5.4122亿m³/a，相比增加0.41%。可开采量基本持平，本次评价可开采量2.7924亿m³/a。本次评价对山丘区按《评价细则》要求进行了地下水可开采量计算，因此，安图县地下水可开采量减少很小。

3 结论

安图县降雨径流关系从变化趋势来看，虽然降水有少量增加，但径流量也表现出增加的趋势。从径流系数来看，自然地理要素没有发生较大改变，表明流域的下垫面受人类活动影响较小，没有发生较大变化。地表水资源量与长系列相比有减少情势，而地下水资源总量略有增加，然而可开采量则基本没有变化，与往年持平。

[1]安图县河湖健康评估报告[R].松辽水利水电开发有限责任公司,2016.

[2]安图县水资源保护规划[R].安图县水利局,2017.

[3]梁艳芹,张瑞云.石家庄市水资源演变情势分析[J].水科学与工程技术,2012.