滏阳河流域洪水特征变化分析

吴丽英

（河北省邢台水文水资源勘测局，河北 邢台 054000）

1 流域概况

滏阳河为子牙河系两大支流之一，发源于河北省峰峰矿区和村镇，到献县枢纽与滹沱河相汇，地处子牙河水系南部，东与黑龙港流域相邻，西起太行山，南临漳卫河，北界滹沱河，地理位置东经113°45′～116°15′，流经河北省19个县（市、区）。

滏阳河全长413km，流域面积21737km2，流域西南高、东北低，上游为太行山余脉丘陵区，地面纵坡1/1000～1/400，京广铁路以下为冲积平原和冲积扇平原区，平坦开阔，地面纵坡1/4000～1/2500。由于河流泛滥和改道，形成许多缓岗、微斜平地和低洼地［1］。

滏阳河河形蜿蜒，支流繁多而集中于左岸，为典型的不对称扇形河道。艾辛庄以上各支流发源于太行山东麓，艾辛庄以下各支流发源于平原。滏阳河有大小支流20余条，多为季节性河道，流域面积大于1000km2的依次为洺河、南澧河（沙河）、马河、午河、北澧河、洨河、汪洋沟、天平沟、留楚排干和邵村沟等10条；流域面积在500～1000km2之间的支流依次为生产团结渠、七里河（顺水河）、留垒河、泜河、槐河（北沙河）和龙治河等6条。

2 分析方法

2.1 Mann-Kendall非参数秩次相关检验法

Mann-Kendall非参数统计方法，能有效区分某一自然过程是处于自然波动还是存在确定的变化趋势。对于非正态分布的水文气象数据，Mann-Kendall秩次相关检验具有更加突出的适用性。Mann-Kendall也经常用于气候变化影响下的降水、干旱频次趋势检测［2］。

2.2 有序聚类法

有序聚类分法，即为在连续样本内，根据样本间离差的大小进行分类的一种方法，是用来提取水文序列突变点的一种有效方法，被广泛应用于降雨、径流和气温等水文时间序列的变异特征分析，采用此方法研究洪水序列的突变点，即最优分割点［3］。

2.3 谱分析法

谱分析法把时间系列看成是多种不同频率的规则波正弦波或余弦波迭加而成，比较不同频率波的方差大小，从而找出波动的主要周期。水文时间系列谱分析的主要方法有功率谱法、最大嫡谱分析法等。

对于典型流域暴雨洪水的时域特征将采用功率谱分析，来识别暴雨和洪水的周期性。

3 洪水特征

3.1 趋势分析

采用木鼻和西台峪以上流域的实测暴雨洪水资料系列［4］，和Mann-Kendall非参数秩次相关检验法计算其不同时段最大洪量、场次洪水总量、最大洪峰流量及洪峰滞时等特征值系列。典型流域洪水趋势分析成果如表1。

由表1可知，木鼻和西台峪以上流域不同时段最大洪量及次洪水总量均呈下降趋势，西台峪以上流域最大1，3d和次洪量及木鼻以上流域次洪量下降趋势不显著，但木鼻以上流域最大1，3d洪量下降趋势显著。

木鼻和西台峪以上流域洪峰流量均呈下降趋势，西台峪以上流域的洪峰流量下降趋势不明显，木鼻以上流域洪峰流量下降趋势显著。木鼻以上流域洪峰滞时的上升趋势显著，西台峪以上流域洪峰滞时下降趋势不显著。

3.2 突变点分析

采用木鼻和西台峪以上流域的实测暴雨洪水资料系列，利用有序聚类法，计算洪水总量和最大洪峰流量序列，采用有序聚类分析次洪水总量和最大洪峰流量的变异特征进行。次洪水总量时间序列的有序聚类跳跃点如图1。

图1 次洪水总量序列有序聚类跳跃点

图1中可看出，木鼻以上流域洪水总量的跳跃点除1956年特大值形成外，另一个跳跃点在1982年，因此可认为1982年为洪水总量转折点。西台峪以上流域次洪水总量序列有一个明显跳跃点，即1994年，可认为西台峪以上流域次洪水总量的转折点为1994年。

木鼻、西台峪以上流域的洪峰流量时间序列的有序聚类跳跃点检验成果如图2。

图2 洪峰流量序列有序聚类跳跃点

由图2看出，木鼻以上流域洪峰流量的跳跃点除1956年特大值形成外，另一个跳跃点在1982年，因此可认为1982年为洪峰流量的转折点。西台峪以上流域洪峰流量序列有一个明显跳跃点，即1994年，西台峪以上流域洪峰流量的转折点为1994年。

3.3 周期分析

由木鼻、西台峪以上流域的次降雨量时间序列，用周期图法对这些时间序列分别进行周期分析，得到各时间序列的周期成果。观察功率谱周期分析图，若时间序列的滑动功率谱值超过红噪声标准谱值，此滑动功率谱值对应的波数k，用公式换算成周期，此周期即为所求周期。

木鼻、西台峪以上流域的洪量时间序列的功率谱周期分析如图3。

图3 典型流域洪量功率谱图

图3可知，木鼻以上流域洪量的滑动功率谱值超过红噪声标准谱值的波数k=2，4，显著性周期分别为2018，2019年，流域洪量存在9年和18年长周期的周期震荡；西台峪以上流域洪量的滑动功率谱值接近红噪声标准谱值的波数k=2，显著性周期为16年，得出西台峪以上流域洪量存在16年长周期的周期震荡。

木鼻、西台峪以上流域的洪峰流量时间序列的功率谱周期分析如图4。

图4 典型流域洪峰流量功率谱图

图4可看出，木鼻以上流域洪峰流量的滑动功率谱值超过红噪声标准谱值的波数k=4，显著性周期9年，流域洪峰流量存在9年的周期震荡。西台峪以上流域洪峰流量的滑动功率谱值超过红噪声标准谱值的波数k=2，显著性周期为16年，得出西台峪以上流域洪峰流量存在16年长周期的周期震荡。

4 结语

（1）Mann-Kendall非参数秩次相关检验法和线性趋势回归分析法对木鼻和西台峪以上流域的各时段最大洪量、洪峰和洪峰滞时等参数进行了趋势检验，洪峰和各时段洪量呈显著下降趋势。

（2）采用有序聚类分析法分析了典型流域洪量和洪峰的突变点，分别确定了典型流域的突变点。木鼻以上流域次洪水总量和洪峰流量转折点为1982年；西台峪以上次洪水总量和洪峰流量转折点为1994年。

（3）采用功率谱方法分析了典型流域暴雨洪水特征的周期性。次洪量具有16～18年的周期，而洪峰序列周期在各流域相差较大。