河南省新乡市卫河流域洪水变化规律研究

杨展飞

（河南省新乡水文水资源勘测局，河南 新乡 453000）

0 引言

卫河是海河水系南运河的支流， 发源于山西太行山脉，流经河南新乡、鹤壁、安阳，沿途接纳淇河、安阳河等， 至河北馆陶与漳河汇合称漳卫河、 卫运河，最后再流经山东临清入南运河，至天津入海河，又在沧县南被开挖成捷地减河，引洪水直接入海［1］。新乡市卫河流域位于海河流域上游， 近年来水旱灾害频发，洪水变化规律较为复杂，给防汛抗旱工作带来一定影响。 笔者试采用统计学方法对新乡市卫河流域内54 年的洪水数据进行分析，探讨其洪水变化规律，以期对新乡市的防汛抗旱工作提供参考。

1 区域概况

新乡市地处河南省北部、黄河中下游地区，地理坐标为北纬34°53′～35°15′、东经113°23′～114°19′之间。 该区属暖温带南部大陆性季风气候，四季分明，春季干燥，夏季炎热，秋季昼夜温差大，冬季寒冷、降水少，常年平均气温约为14 ℃，年平均日照时数约为2 400 h，全年无霜期约为210 d，年平均降水量约为611 mm，降水量年际变化较大，年内分配不均，7～9 月的降水量占全年降水量的70%以上。

卫河是海河流域的一大支流，全长344.50 km，流域面积为14 970 km2（其中河南省境内河长286.50 km，流域面积为14 580 km2）。 本文研究的卫河流域地形从西北向东南呈台阶式下降， 主要地貌类型有：山地、山前丘陵岗地、山前倾斜平原、山前交接洼地等。该流域山区面积约占总流域面积的60%，左岸支流均发源于太行山东麓，呈梳齿状汇入干流，较大支流有大沙河、石门河、百泉河、沧河、淇河等，右岸较大支流有大狮涝河，东、西孟姜女河，人民胜利渠等。

2 研究方法

收集研究区域卫河及共产主义渠干流7 个水文站点 （包括安阳市的2 个测站）1963～2016 年共计54 年的逐日流量数据， 分别计算逐年最大1 日、3日、7 日、15 日、30 日洪水数据， 然后对数据系列进行统计学分析。

2.1 线性分析

通过对逐年数据系列进行线性拟合和5 年滑动平均过程线分析，判断数据整体的变化趋势。线性方程的斜率为正，说明整体趋势为上升；斜率为负，说明整体趋势下降。

2.2 变差系数分析

计算数据系列的均值以及变差系数CV，判断数据偏离均值的程度， 用以说明洪水的年际变化。 当CV值大于0.8，说明系列年际变化大［2］。 对于一个有n 个数据的水文序列，CV计算公式为式（1）。

2.3 Mann-Kendall 趋势检验和Mann-Kendall 非参数检验

3 洪水变化规律

3.1 最大1 日洪水量变化情况

根据资料绘制1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大1 日洪水（W1）过程线以及5 a 滑动平均过程线，结果如图1 所示。

图1 1956～2016 年新乡市卫河流域逐年最大1 日洪水变化情况Fig.1 The biggest flood change condition of one day of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

从图1 可知，W1数据系列的线性拟合方程斜率为-0.017。 这说明，在研究时段内，新乡市卫河流域逐年最大1 日洪水总量整体变化趋势为下降， 年均下降约为0.017 亿m3。 由5 a 滑动平均过程线可以看出， 新乡市卫河流域逐年最大1 日洪水总量变化趋势为先上升后下降， 但过程中存在较为明显的波动。 整体变化的分界点为1977 年，之前上升趋势较为明显，之后则下降的趋势比较明显。

W1数据系列的多年平均值为0.599 2 亿m3，变差系数CV较大约为1.137。 这说明，研究时段内，新乡市卫河流域逐年最大1 日洪水总量变化较大，数据偏离均值较远。 其中，1963 年的最大1 日洪水总量最大， 为3.192 亿m3，2015 年最大1 日洪水总量最小，仅为0.088 2 亿m3，两者相差超过35 倍。

图2 1956-2016 年新乡市卫河流域逐年最大1 日洪水MK 检验Fig.2 The biggest flood M-K test of one day of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

3.2 最大3 日洪水总量变化情况

根据资料绘制1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大3 日洪水总量（W3）的过程线和5a 滑动平均过程线，结果如图3 所示。

图3 1956～2016 年新乡市卫河流域逐年最大3 日洪水总量变化情况Fig.3 The biggest overall flood change condition of three days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

从图3 可以看出，W3数据系列线性拟合方程的斜率为-0.044。 这说明，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大3 日洪水总量的整体变化趋势为下降， 年均下降约0.044 亿m3。 由5a 滑动平均过程线也可以看出，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大3 日洪水总量的整体变化趋势为先上升后下降， 但过程中存在较为明显的波动。 整体变化的分界点为1977 年，之前上升趋势较为明显，之后则下降的趋势比较明显。

W3数据系列的多年平均值为1.539 亿m3，变差系数CV约为1.147， 变差系数较大。 这说明，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大3 日洪水总量变化较大，数据偏离均值较远。其中，1963 年最大3 日洪水总量最大，为8.425 亿m3，2015 年最大3 日洪水总量最小，仅为0.221 亿m3，两者相差近40 倍。

图4 1956～2016 年新乡市卫河流域逐年最大3 日洪水MK 检验Fig.4 The biggest flood M-K test of three days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

3.3 最大7 日洪水总量

根据资料绘制1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大7 日洪水总量（W7）的过程线以及5a 滑动平均过程线，结果如图5 所示。

图5 1956～2016 年新乡市卫河流域逐年最大7 日洪水总量变化情况Fig.5 The biggest overall flood change condition of seven days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

从图5 可以看出，W7数据系列的线性拟合方程斜率为-0.076。这说明，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大7 日洪水总量的整体趋势为下降，年均下降约为0.076 亿m3。 由5a 滑动平均过程线可以看出，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大7 日洪水总量的整体变化趋势为先上升后下降，但过程中存在较为明显的波动。整体变化的分界点为1977 年，之前上升趋势较为明显，之后则下降的趋势比较明显。

W7数据系列的多年平均值为2.703 亿m3，变差系数CV约为1.177， 变差系数较大。 这说明，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大7 日洪水总量变化较大，数据偏离均值较远。 其中，1963 年最大7 日洪水总量最大， 为16.19 亿m3，2015 年最大7 日洪水总量最小，仅为0.409 亿m3，两者相差超过40 倍。

图6 1956～2016 年新乡市卫河流域逐年最大7 日洪水总量M－K 检验Fig.6 The biggest flood M-K test of seven days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

3.4 最大15 日洪水总量

根据资料绘制1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大15 日洪水总量（W15）的过程线以及5a 滑动平均过程线，结果如图7 所示。

从图7 可以看出，W15数据系列的线性拟合方程斜率为-0.111。 这说明，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大15 日洪水总量的整体变化趋势为下降，年均下降约0.111 亿m3。 由5a 滑动平均过程线也可以看出，W15整体变化趋势为先上升后下降，但过程中存在较为明显的波动。 整体变化的分界点为1976 年，之前上升趋势较为明显，之后则下降的趋势比较明显。

图7 1956～2016 年新乡市卫河流域逐年最大15 日洪水总量变化情况Fig.7 The biggest overall flood change condition of fifteen days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

W15数据系列的多年平均值为4.005 亿m3，变差系数CV约为1.116，变差系数较大。 这说明，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大15 日洪水总量变化较大，数据偏离均值较远。 其中，1963 年最大15 日洪水总量最大， 为24.87 亿m3，2015 年最大15 日洪水总量最小，仅为0.743 亿m3，两者相差超过35 倍。

图8 1956～2016 年新乡市卫河流域逐年最大15 日洪水总量M－K 检验Fig.8 The biggest flood M-K test of fifteen days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

3.5 最大30 日洪水总量

根据资料绘制1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大30 日洪水总量（W30）的过程线以及5a 滑动平均过程线，结果如图9 所示。

图9 1956～2016 年新乡市卫河流域逐年最大30 日洪水总量变化情况Fig.9 The biggest overall flood change condition of thirty days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

从图9 可以看出，W30数据系列的线性拟合方程斜率为-0.146。 这说明，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大30 日洪水总量的整体变化趋势为下降，年均下降约0.146 亿m3。 由5a 滑动平均过程线也可以看出，W30整体变化趋势为先上升后下降，但过程中存在较为明显的波动。 整体变化的分界点为1975 年，之前上升趋势较为明显，之后则下降的趋势比较明显。

W30数据系列的多年平均值为5.727 亿m3，变差系数CV约为0.994 9， 变差系数较大。 这说明，1963～2016 年新乡市卫河流域逐年最大30 日洪水总量变化较大，数据偏离均值较远。 其中，1963 年最大30 日洪水总量最大，为32.77 亿m3，2015 年最大30 日洪水总量最小，仅为1.298 亿m3，两者相差超过25 倍。

图10 1956～2016 年新乡市卫河流域逐年最大30 日洪水总量M－K 检验Fig.10 The biggest flood M-K test of thirty days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

4 结语

通过对新乡市卫河流域1956～2016 年逐年最大1 日、3 日、7 日、15 日、30 日洪水总量分析， 得出以下结论：新乡市卫河流域最大1 日、3 日、7 日、15日、30 日洪水总量的整体趋势均为下降， 且下降趋势显著； 洪水总量年际波动较大， 变差系数均在0.99 以上；洪水总量变化过程在1983 年发生突变。