基于极点对称模态分解的石羊河流域出山径流特征分析

摘 要：随着全球气候变化加剧，石羊河流域水资源紧缺日益严重，利用合理方法研究径流的变化规律对水资源规划管理尤为重要。基于石羊河流域１９５６—２０１８ 年出山径流量时间序列，利用极点对称模态分解（ＥＳＭＤ） 方法，分析石羊河出山径流序列的周期变化、突变特征和变化趋势，并利用Ｍｏｒｌｅｔ 小波分析、Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ 检验法及Ｒ／ Ｓ 分析法进行对比验证分析。结果表明：ＥＳＭＤ 方法能够高效地分析处理径流数据；石羊河出山径流序列存在３．０、７．３、１２．６ ａ 的周期变化，不同时间尺度发生突变的时间不同；预测短期内石羊河出山径流量仍将持续增加，但是长期必然呈现减少趋势。

关键词：出山径流；极点对称模态分解；Ｍｏｒｌｅｔ 小波分析法；周期分析；突变；石羊河流域

中图分类号：Ｐ３３３ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０８．００７

引用格式：赵国栋，谢飞，王英．基于极点对称模态分解的石羊河流域出山径流特征分析［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（８）：３８－４２．

０ 引言

石羊河流域的水资源相对较少，但是开发利用率较高。２１ 世纪以来，随着全球气温日益升高以及区域社会经济发展用水需求的增加，石羊河流域来水整体呈现减少趋势，加剧了石羊河流域的用水矛盾。研究石羊河流域径流的变化特征及未来演变趋势，对于后续流域水资源开发和利用具有重要意义。

一些学者探讨了石羊河流域径流的流向和水资源等：李瑶等［１］ 采用ＳＷＡＴ 模型和基于Ｂｕｄｙｋｏ 假设的弹性系数法进行径流变化归因对比分析，结果表明近６０ ａ蔡旗站年径流量呈现先减小后增大的趋势，并在１９７２ 年和２００２ 年发生突变，人类活动是引起石羊河流域径流变化的主要因素；王汉卿等［２］ 对石羊河流域１９５６—２０１６ 年降水、蒸发及天然径流量序列进行统计分析，并利用谐波与小波相结合的方法，预测未来石羊河流域地表水资源将出现先增加后减小的变化趋势；李育鸿等［３］ 采用加法模型对石羊河流域水文站年径流量的非平稳时间序列进行模拟和预报，发现石羊河径流序列呈现整体减少趋势，预测２０１７—２０２０ 年为丰水年；王贵忠［４］ 根据石羊河流域８ 个出山口水文站５５ ａ较长序列水文资料，采用Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ 检验等方法分析流域径流的变化规律，结果表明，石羊河流域多数时间处在平水、枯水状态，在未来较长一段时间内流域出山径流将不断减少。上述研究从不同角度分析了石羊河流域径流的变化规律，能够为流域水资源开发等工作提供参考。