辽河干流主要控制站近75年最大洪峰及洪量变化特征分析研究

秦晓磊

(辽宁省沈阳水文局，辽宁 沈阳 110043)

流域年最大洪峰和最大洪量的分析是区域防洪排涝规划设计具有重要的参考依据。当前对于区域年最大洪峰变化特征的研究较多[1- 5]，但是对区域年最大洪量变化特征的研究还不多见。而区域年最大洪量变化特征的分析是水库工程设计的重要依据，是水库工程设计的基础数据，近些年来，对于辽河洪水特征变化的成果较多[6- 9]，为此本文基于辽河干流4个主要控制站近75年最大洪峰及洪量数据，对辽河干流的年最大洪水特征进行分析，研究成果对于辽河流域防洪排涝规划具有参考价值。

1 小波方差周期分析方法

结合小波方差分析方法对辽河干流4站的年最大洪峰和洪量进行小波方差的周期分析，小波函数可定义为：设φ(t)为一平方可积函数，即φ(t)∈L2(R)，若其傅立叶变换ψ(ω)满足容许条件：

(1)

则φ(t)称为一个基本小波或小波母函数，将小波函数φ(t)进行伸缩和平移，得到连续小波：

(2)

对于任意函数f(t)∈L2(R)的连续小波变换为：

(3)

式中，a—尺度因子；τ—平移因子；Wf(a，τ)—小波系数。

2 研究区域概况及资料情况

辽河为辽宁省第一大河，发源于内蒙古自治区克什克腾旗芝瑞镇马架子村，流经内蒙古、吉林、辽宁3省(区)，在康平县山东屯张三眼井村北进入辽宁省境内，并在辽宁省昌图县福德店附近与发源于吉林省辽源市的东辽河相汇合，其汇合处至入海口河段称辽河干流，在辽宁省大洼县赵圈河乡河口自然保护区汇入渤海。辽河水系图如图1所示。结合辽河干流福德店、铁岭、石佛寺以及清河水库站近75年实测年最大洪峰和最大洪量统计数据，对辽河干流主要控制站的年最大洪峰和洪量进行分析。

3 分析成果

3.1 洪峰、洪量变化特征分析

结合四个主要控制站年最大洪峰数据，分析了各站点年最大洪峰变化特征，分析结果如图2、3所示，并结合M-K趋势检验方法对年最大洪峰、最大洪量的变化趋势进行了检验，趋势检验结果见表1。

图1 辽河水系图

图2 辽河主要控制站洪峰变化过程

图3 辽河主要控制站3日洪量变化过程

站点洪峰趋势检验统计值洪量趋势检验统计值福德店-0.4235-0.5237铁岭-0.2372-0.6251石佛寺-0.2272-0.4132清河水库-0.3431-0.2893

从洪峰过程可以看出，辽河干流4个主要控制站的洪峰呈现略下降趋势，且从上游到下游，洪峰逐步递增。从洪峰趋势检验结果可以看出，各主要控制站的洪峰变化趋势检验值在-0.2272～-0.4235，均低于90%的显著检验值。各站洪量和洪峰变化特点较为一致，也呈现略下降趋势，且从上游向下游，洪量呈现递增的变化趋势。从洪量检验值可以看出，洪量变化趋势检验值均大于洪峰变化检验值，洪量变化的显著性高于洪峰变化。

3.2 年最大洪峰、洪量相关特征分析

为分析辽河干流四个控制站点洪峰和洪量的相关特征，结合各站点的年最大洪峰和洪量值，分析其相关性，分析结果如图4所示。

图4 辽河主要控制站洪峰和洪量相关分析结果

从图4中可看出，辽河干流各控制站点的年最大洪峰和洪量之间的相关性均较高，相关系数均高于0.9，是高度正相关，这主要是因为辽河干流各水库对年最大洪峰和洪量影响较小，在大洪水期间，水库调洪控制对区域洪水特征影响程度较低，使得辽河干流各主要控制站的年最大洪峰和洪量相关性较高，从图中还可看出，从辽河的上游到下游，年最大洪峰和洪量之间的相关性逐步提高。

3.3 年最大洪峰、洪量小波方差周期分析

结合干流4站年最大洪峰、洪量值，用小波方差方法，对辽河干流主要控制站的年最大洪峰、洪量的震荡周期进行分析，分析结果如图5、6所示。

图5 辽河主要控制站洪峰小波方差分析结果

图6 辽河主要控制站3日洪量小波方差分析结果

从图5可看出，辽河干流各控制站点洪峰主震荡周期变化不同，从上游到下游，年最大洪峰的主震荡周期有所增加，总体来看，辽河干流4个主要控制站点年最大洪峰的主震荡周期为10～15年，主震荡周期较短。从辽河干流各控制站点的洪量小波方差分析结果可看出，其各站点的洪量主震荡周期均要长于洪峰的主震荡周期，且各站点洪量的主震荡周期和洪峰主震荡周期变化较为相似，从上游到下游，各控制站点的年最大洪量主震荡周期逐步较大，总体而言，辽河干流4个主要控制站点的年最大洪量主震荡周期为20～25年。

4 分析结论

(1)辽河干流年最大洪峰和洪量受人类活动影响较小，两者高度正相关，可通过建立年最大洪峰和洪量的回归方程，结合洪峰值来推求洪量值。

(2)辽河年最大洪峰和年最大洪量分析成果可为辽河防洪规划及区域涉水工程防洪评价提供参考依据。

(3)辽河干流4站的年最大洪峰和洪量变化周期较短，受气候变化影响程度较低。