渠水通道水文站年径流变化特性和趋势分析

莫远筠

（怀化水文水资源勘测局，湖南 怀化 418000）

1 流域概况

渠水是沅江水系上游的一级支流，发源于贵州黎平县境内，自西南向北流经贵州黎平、湖南通道、靖州、会同、洪江，于洪江托口镇汇入沅江，全长285 km，流域面积6 774 km2，河流坡降0.919‰。

通道水文站位于湖南省通道县县溪镇，东经109°38′，北纬26°19′，集雨面积3 784 km2，干流长度125 km，干流平均坡降1.25‰，距河口152.4 km。该站系国家基本水文站，主要为渠水流域的河道治理、水资源开发利用、社会公众生活饮用水资源和当地经济发展中生态环境建设等提供科学依据。

2 分析理论方法

本文采用渠水流域通道水文站1960～2018 年实测径流、降水系列资料，应用线性回归、Kendal 趋势检验法、R/S 分析法的相关理论，对渠水通道水文站1960～2018 年丰、平、枯水变化规律、年径流时序变化特性进行研究分析，并对未来时期的年径流时序变化趋势进行预测。

3 径流变化分析

3.1 历年变化特性

根据通道水文站1960～2018 年实测流量资料得出，多年平均流量为76.4 m3/s。该站历年最大流量发生时间为2004 年7 月20 日，洪峰流量为5 020 m3/s，1996年洪峰流量为4 540 m3/s，1973 年洪峰流量为3 630 m3/s。根据实测资料系列得出，渠水流域径流量时间分配不均衡，通道水文站多年年平均流量最大值为135 m3/s，出现在1994 年，较多年平均年径流量偏大76.7%；年平均流量最小值为36.4 m3/s，出现在1963 年，较多年平均年径流量偏小52.4%。最大月平均流量544 m3/s，为1996年7 月；最小月平均流量9.41 m3/s，为1992 年11 月。

3.1.1 年内分配

根据实测资料系列，5 月份、6 月份和7 月份出现最大月径流量年数占系列总年数分别为23.7%、42.4%和20.3%。以连续4 个月为时间区间，对径流总量进行分析，连续最大4 个月径流主要出现在4～7 月，占系列总年数的49.2%。最枯月径流量主要出现在1 月份和12 月份，1 月份出现最枯月径流量年数约占系列总年数的33.9%，12 月份出现最枯月径流量年数约占系列总年数的35.6%。以连续3 个月为时间区间，对径流总量进行分析，主要集中在1～3 月和10～12 月，分别占系列总年数的35.6%、50.8%。

通过计算各年代月平均径流并点绘年内分配过程线可知，通道水文站径流年内分配不均衡，4～8 月径流量所占权重较大，1～2 月径流量相对较小，且变化较为平缓。自3 月份开始径流量逐渐呈增加趋势，至6月份径流量达到最大，7～10 月份则逐渐呈减小趋势，11 月比10 月稍有增加，12 月落平。结果表明：各年代平均较多年平均年内变化存在不一致性，各年代月径流量年内分配曲线有单峰和双峰形现象。如图1。

根据对通道水文站1960～2018 年时期的各年最大洪峰流量出现月份进行统计，得出年最大洪峰流量发生的月份：5 月份有16 年，6 月份有26 年，7 月份有14 年，占系列总年数的94.9%；8 月出现的年份有2年，9 月有1 年，占系列总年数的5.1%。

3.1.2 年际、年代变化

统计系列资料，对各年代进行丰、平、枯水计算分析（见表1）。根据表1 可以看出，各年代平均流量不均衡，存在差距也各不相同，其中20 世纪70 年代平均流量与多年平均流量较为接近，60、80 年代及21世纪10 年代则偏小，20 世纪90 年代和21世纪00 年代则偏大。其中大于多年平均径流量的有27年，小于多年平均径流量的有32 年。即20 世纪60 年代为枯水期、70 年代为平水期、80 年代为枯水期、90 年代及21 世纪00 年代为丰水期，21 世纪10 年代为枯水期，其中20 世纪90 年代为最丰，21 世纪10 年代为最枯。

通过对年平均流量进行频率计算，设频率P＜25%为丰水年，频率P＞75%为枯水年，频率P 在25%～75%区间为平水年，通过计算分析得出：年平均流量＞87.5 m3/s 为丰水年，年平均流量＜62.5 m3/s 为枯水年，62.5 m3/s＜年平均流量＜87.5 m3/s 为平水年。各年年径流系列丰、平、枯变化过程。见图2。

由图2 可知，1960～1967 年为平水年和枯水年。1984 ～1987 年、1995 年 及2010 ～2013 年 为 枯 水 年。1990～2009 年，丰水年和平水年较多。其它年份段丰、平、枯水年基本持平。

图1 通道水文站各年代月平均径流年内分配过程线

表1 渠水流域通道水文站各年代平均流量对比表

图2 通道水文站年径流系列丰、平、枯分类图

3.2 线性回归分析

为了分析渠水流域径流一致性，点绘通道水文站1960～2018 年降水与径流过程对照图（图3），可以看出，通道水文站降水和径流过程基本相应，近60 年来，渠水降水和径流均呈缓慢上升的趋势。

多年降水量的线性回归关系为：y=1.6815x-2105.6；

多年径流量的线性回归关系为：y=0.0308x-37.069。

降水增加幅度为16.9 mm/10 年，径流量增加幅度为0.31 亿m3/10 年。

由图3 可以分析得出，降水与径流关系式为：y=0.9704x+620.15。

3.3 径流时序变化趋势性的Kendal 检验

图3 通道水文站年降水量和径流量过程对照图

通过计算点绘通道水文站1960～2018 年年径流量距多年平均差值时序曲线（见图4），可以看出，自20 世纪60 年代初期至21 世纪10 年代，年径流量呈现不等时距的丰、枯循环过程。径流量变化情况：自1960 年至1967 年，呈减少变化趋势；自1968 年至1973 年，呈增长变化趋势；自1974 年至1978 年，呈减少变化趋势；自1979 年至1983 年，呈增长变化趋势；自1984 年至1990 年，呈减少变化趋势；1991 年至2009 年，呈增长变化趋势；自2010年至2014 年，呈减少变化趋势；自2015 年至2018 年，呈增长变化趋势。

采用Kendal 法进行年径流序列秩次相关检验：

图4 通道水文站年径流量距多年平均差值时序曲线

n=59，置信度水平取α=0.05 时，Uα/2=1.96

通过检验计算：U=1.45＞0，表明序列呈上升趋势；且|U|＜Uα/2，表明序列变化趋势不显著。由此可以判断，年径流量呈微弱增长变化趋势。

3.4 径流时序变化持续性的R/S 分析

应用R/S 分析法对年径流量时间序列:{Xi}={1，2，3，……59}进行研究分析，绘制ln（R/S）～lni 关系图（见图5），并进行直线拟合，得出直线回归方程：ln（R/S）=0.6959Ini-0.3256

通过计算得出H=0.6959＞0.5，则时间序列存在正的持续性，说明年径流量时序变化具有分形特性，即未来某段时期，年径流量随时间变化而呈逐渐增长趋势，且径流过程存在正持续性。可以预测，年径流时间序列在未来某段时期的趋势无显著变化，年径流量可能呈现持续增加趋势。

图5 通道水文站年径流量

4 结 语

1）通过点绘降水、径流过程对照图可知，渠水近60 年来，降水、径流趋势大体一致且呈微弱增加的趋势，径流变化基本保持相对稳定态势。

2）渠水历年径流主要集中在4～8 月份，年径流最大、最小极值比为3.7，径流年内分配不均衡，各年代平均径流较多年平均径流年内分配不一致，年最大洪峰流量出现月份也不尽然相同，且各年代月径流量年内分配曲线具有单峰、双峰形现象。

3）通过长期演化过程，通道水文站径流量平水状态的出现概率较大，丰水和枯水的出现概率基本一致。

4）通过应用上述三种分析法进行分析计算，验证分析结果一致，即通道水文站年径流量呈不显著增长趋势。

5）通道水文站年径流时间序列未来的总体趋势与过去基本相同，径流具有正持续性，据此预测未来时期，该站的年径流变化趋势将继续呈不显著增加态势，且年径流量有持续增加的可能。