采用非参数统计方法及年代际变化分析塔西河来水变化状况

田家巾

(新疆石河子水文勘测局，新疆 石河子 832000)

1 概述

塔西河位于新疆维吾尔自治区玛纳斯县境内，历史上为玛纳斯河支流，现河川径流量主要消耗于玛纳斯县塔西河灌区。塔西河流域石门子水文站5290 m，河流全长132 km，本流域中高山区降水分沛，冰川发育，冰川总条数达107条，冰川面积达48 km2。

2 塔西河50年径流量分析

2.1 径流量年内变化分析

塔西河河川径流量的补给源主要以冰雪融水和降水补给、另有少量的地下水补给。径流量受夏季气温升高致使冰川急剧消融并与降水共同影响河流的河势；河川径流量集中在夏季的6月～8月，其月径流量占年径流量的66.3%，连续最大四个月出现在6月～9月，占年径流量的74.5%，最大月径流量一般出现在7月份，占年径流量的27.6%，最小月径流量多出现在2月份，只占年径流量的2.1%，最大月径流量为最小月径流量的13.1倍。四季中春季径流量占11.7%，夏季占66.3%，秋季占15.1%，冬季占6.8%，秋水多于春水。统计结果说明河流在春季的径流量偏少，径流量显著集中在夏季，说明冰川消融的补给作用较大，造成径流量年内分配十分不均匀。

2.2 径流量年际变化分析

塔西河径流的年际变化比较小，由变差系数C为0.23说明，河川径流量的变化主要与河源区的冰川稳定消融有直接的联系，由降水补给量的状况对塔西河径流的影响来看，降水量对河川径流量的贡献是比较小的。

塔西河历年最大水年与最小水年径流的倍比在2.3倍；多年最大模比系数Kmax=1.54，最小模比系数Kmin=0.66。塔西河的主要来水量来源于依连哈比尔尕山北坡冰川区域，该区域降水丰沛，冰川发育，河川径流量主要以融冰为主、降雨补给为辅，塔西河上游两大支流均源于巨大的山谷冰川，对河流径流量具有显著的调节作用。

2.3 径流量年代际变化分析

塔西河径流量年代际变化在1957年～ 1998年期间，年径流量为负距平，与多年平均比较减少了0.8461×108m3，之后呈现为正距平且偏离均值幅度较大，与多年平均径流量比较增多了1.577×108m3，增幅达到20.0%。从不同年代的比较中看出，20世纪60年代～90年代中期是塔西河的枯水年期，90年代中后期以来河道来水量发生比较显著的转折，水量呈明显增多态势，河道来水进入丰水年景。

塔西河90年代中期以来河川径流量呈显著增加的趋势，这是由于随着全球气温的升高造成冰川融水增加，且区域暖湿气候致使降水增多综合作用的结果；冰雪融水和雨水对河川径流量的补给变化通过采用模比系数差积曲线也能描述，从所绘制的塔西河石门子站年径流量模比系数差积曲线图上反映，从2000年开始年径流量进入丰水期。

图1 年降水量模比系数差积曲线与年径流量模比系数差积曲线

3 径流量分析

3.1 径流量变化趋势检验

计算原理是：首先是判断塔西河石门子水文站实测的月年径流量数据时间序列变化，当分析时间序列n≥10，则使用Zc值判断，用双尾检测来确定时间序列的变化趋势。给定显著性水平α，如果|Zc|≥Z1-α/2，则表明时间序列有显著的上升(Zc>0)或者下降(Zc<0)趋势，S或者Zc变量确定后，再用坡度估计法计算时间序列变化趋势，函数f(t)=Qt+B。对石门子站历年月、年平均径流量(共13组)系列数据进行变化趋势检验计算，成果见表1，有8组数据序列通过特定显著性水平度1%，其他6组通过了信度1%。

表1 年径流量数据时间序列变化趋势检验统计表

3.2 月年径流量变化分析

其中UF1=0，E(sk)、var(sk)是累计数sk的均值和方差，按时间序列x的逆序xn，xn-1,…,x1，再计算UBk，使UBk=-UFk(k=n,n-1,…,1)，UB1=0。以临界值取a=0.05，则临界值u0.05=±1.96。若UFk或UBk的值大于0，则表明序列呈上升趋势，反之为下降。对塔西河石门子站历年月、年平均径流量(共13组)系列数据进行计算。表明突变点是存在的，且之后呈显著上升趋势，年径流量及4月～10月月经流量系列突变的开始时间及其交叉点分别出现在1993年、1999年、由此说明在石门子水文站控制断面处，实测的径流量系列在某个时间点存在突然持续变大的情况。本次分析仅附年径流量和8月月径流量系列变化趋势过程线图，见图2。

图2 塔西河石门子站8月月径流量

图3中两条曲线，其中实线为8月月径流量按时间序列x进行计算得到的一组统计量；虚线为8月月径流量按时间序列x的逆序再重复计算得到的另外一组统计量。将两组统计量系列绘制到一幅图中得到上图。该方法就是为了能够准确的找到突变的时间点，即两条曲线的交叉点。

4 结语

(1)通过2.3章节中径流量年代际变化分析，从石门子站年径流量模比系数差积曲线图和年径流量十年滑动平均曲线图上反映，从2000年开始年径流量进入丰水期；与采用非参数统计检验方法得到的年径流量呈显著上升趋势的突变时间点一致。

(2)在3.1章节中通过采用非参数统计检验方法来验证分析径流量变化趋势检验结果表明，有8组数据序列通过特定显著性水平α的检验，其中6组信度为1%、2组为1%说明塔西河月年径流量数据时间序列的变化存在明显的趋势。

(3)在3.2 章节中月年径流量突变的开始时间及其交叉点分析，石门子站历年月、年平均径流量(共13组)系列数据进行检验，通过变化呈显著上升趋势，但各月的突变点情况存在时间差异，较明显的4月份月经流量系列出现时间为2017年为突变时间点，经过分析其成因为下游石门子水库在2001年10月蓄水，次年进行春季农田灌溉面积为31333 hm2，平均的2.2倍。

塔西河河川径流量在近20年期间受气候变化呈显著增大态势，年径流量系列突变时间点为2000年；河川水文要素的天然过程受到人类活动影响呈逐渐增大状态。