吉林省西部水资源变化特征分析

王传平，王鑫鹏

（松辽委水文局嫩江水文水资源中心，黑龙江齐齐哈尔161000）

1 研究区概况

吉林省位于中国东北区的中部，绝大部分地区属温带湿润、亚湿润大陆性季风气候。东部山地森林茂密，西部平原草原辽阔，耕地连片，自然景观具有明显的地带性。

吉林省是我国纬度偏高，经度偏东的省区，具有明显的温带大陆性季风气候特征。冬季太阳高度角较小，昼短夜长，地面获得的光热较少，寒冷而干燥。夏季太阳高度角明显增大，昼长夜短，地面获得的光热较多，温暖而湿润。吉林省雨热同季，降水量自东向西递减，东部地区年降水量为600～800 mm，局部山区高达1 000 mm以上，西部地区在400 mm左右。蒸发量西部大于东部。中西部平原少雨易旱且多大风，大部分地区属中温带亚湿润气候，大兴安岭山前地带则为中温带亚干旱气候。东部山区温度偏低，湿度较大，属中温带湿润气候。

吉林省有松花江、辽河、鸭绿江、图们江和绥芬河五大水系，流域面积在20 km2以上的河流有1 600余条。其中松花江水系的流域面积最大，辽河水系次之。这些水系的河流大多集中在东部山区，并蕴藏着丰富的水资源和水能资源，为发展灌溉、发电、航运和水产养殖事业提供了有利条件。山谷平原中常有大片沼泽，西部平原地区湖泊泡沼密布，河网密度较小，许多河流由省外流入，局部地方出现内流流域。全省多数河流每年有两个汛期和两个枯水期，冬季河面结冰，封冻时间较长。由于气候和地形等因素的区域差异，吉林省东、中、西部的河流水情有很大不同。全省地下水的分布自东向西递增，平原西部具有多层地下含水层，地下水丰富[1]。

2 水资源变化特征分析

2.1 特征分析的目的及意义

吉林省是我国水资源短缺的省份之一，通过分析吉林省自然概况和水资源分布特点，可以看出吉林省水资源的时空分布不均匀，东部山区水资源丰富，而中西部平原地区水资源相对缺乏，水资源的可利用量不多，供需矛盾十分突出。通过对吉林省西部的雨季、旱季降水量的分析计算，对地表水和地下水的利用研究，水体污染问题、水资源变化特征的分析计算和研究，将有效地缓解吉林省西部地区用水问题，进而可以推广到全国。

2.2 国内外研究现状

自然水文要素变化过程表现为复杂的线性、非线性特征，隐含着突变、趋势性和周期性特征，其变化过程与大气降雨、温度和蒸发等影响水文循环的气象因素密切相关，而且降雨和径流是水文循环重要的两个方面。这些水文要素的变化会引起区域水资源的时空再分布，因此，探索降雨和径流的变化规律是认识水文过程演变的关键。而就目前来看，国内外对于降雨和径流的变化规律的研究已经比较纯熟。

在国内有许多学者都对该方面进行了研究，如金晶悦[2]从吉林省水资源的自然条件入手，针对吉林省水资源所面临的问题，提出了相关的解决方案。如曾丽红[3]从吉林省及其附近区域38个气象站点的年降水资料,通过离差系数、气候倾向率等方法分析了吉林省省降水量的时空演变特征。

国外在降雨变化规律分析方面也做了很多研究，国外学者如Hulme等[4]人对全球及北半球的平均降水进行研究发现：1950—1980年间，北半球比全球平均降水减少的幅度大，其中在0°～30°N间平均降水幅度最大，中纬度的降水增加并不明显。总的来说，这些研究方法都是适合于特殊流域特殊条件下，所以表现出明显的多样性。

3 计算方法

自相关系数是描述水文序列自身内部线性相依程度的指标。以平稳随机过程（序列）为例进行说明，自相关系数rk：

式中：x——流量或降雨量；-X——平均数；n——项数，当n＜50时，m=n/4或m=n-10，t=1。原则上参加计算的项数（n-k）至少10项以上。另外，自相关系数rk的方差随k的增大而增加，自相关系数rm的估计精度随着m的增加而降低。因此m应取较小的值。

用样本自相关图与一些随机模型的总体自相关图比较，根据其相似程度，找出样本的最佳估计模型。用自相关系数判断时间序列前后相依程度，判断时间序列是否独立。rk的绝对值越大，说明研究序列内部线性相依程度越强，反之越弱。从理论上讲，rk=0时，时间序列是独立的，计算得rk在0值上下波动。采用假设检验的方法进行推断。检验时间序列是否相依的一般步骤：

1）计算样本的相关系数rk，并绘制样本自相关图。

2）计算rk的容许限（选择显著性水平α=5%），即

式中：取“+”时为容许上限，取“-”时为容许下限。

3）推断若rk处在上、下容许限之间，则统计推断该序列独立；反之相依。

当自相关系数随时间快速衰减到0，可能表明研究序列具有比较短的持续性，或称短记忆；当自相关系数随时间衰减较慢，很久都不会趋于0，可能表明研究序列具有比较长的持续性，或称长记忆。

4 自相关分析

4.1 径流量的自相关分析

径流量的自相关分析分别选用了嫩江大赉（二）站、洮儿河镇西（三）站、洮儿河洮南（四）站、洮儿河黑帝庙（三）站、蛟流河务本（六）站共5个站10年的资料。以嫩江大赉（二）站为例进行计算，首先提取嫩江大赉（二）站的流量资料，求其平均值和其他相关资料，见表1。

表1 嫩江大赉（二）站流量资料表m3/s

因为n=10＜50，且n只有10项，m=n/4=2.5，所以m=3。带入公式（1）求其自相关系数rk，计算显著性水平α=5%时，带入公式（3）求其rk的容许上下限，见图1。

图1 容许上下限图

由图1可看出，计算显著性水平α=5%时，rk的值都在容许上下限之间，所以该流量序列不相依。

4.2 降雨量的自相关分析

降雨量的自相关分析与径流量自相关分析所选用的资料相同。下面以嫩江大赉（二）站为例进行计算。首先提取嫩江大赉（二）站的降雨量资料，求其平均值和其他相关资料，见表2。

表2 嫩江大赉（二）站降雨量资料表mm

因为n=10＜50，且n只有10项，m=n/4=2.5,所以m=3，带入公式（1）求其自相关系数rk，计算显著性水平α=5%时，带入公式（3）求其rk的容许上下限，见图2。

由图2可看出，计算显著性水平α=5%时，rk的值都在容许上下限之间，所以该降雨量序列不相依。其他站资料也用上述方法进行计算，求出相关结果。

图2 容许上下限图

5 结语

通过系统地收集吉林省西部的水文要素数据资料，并对数据资料进行整理分析计算，得出：

1）自2006—2015年间，嫩江大赉（二）站、洮儿河黑帝庙（三）站、洮儿河洮南（四）站径流量，在显著性水平α=5%时，rk的值不都在容许上下限之间，所以该流量序列相依；洮儿河镇西(三)站，蛟流河务本(六)站径流量在显著性水平α=5%时，rk的值都在容许上下限之间，所以该流量序列不相依。

2）自2006—2015年间，嫩江大赉站、洮儿河黑帝庙站、洮儿河洮南站、洮儿河镇西站、蛟流河务本站降雨量，在显著性水平α=5%时，rk的值都在容许上下限之间，所以该降雨量序列不相依。

吉林省西部水文特征的分析研究在吉林省水文研究中具有非常重要的意义，不仅可以为水资源的合理开发利用和管理提供科学依据和理论基础，还可以为水文特征分析工作奠定一定的基础。