降水与人类活动对小清河上游径流量的影响.docVIP

PAGE  PAGE 10 降水与人类活动对小清河上游径流量的影响 　　摘要：根据小清河流域黄台桥水文站1965～2013年径流序列资料以及黄台桥雨量站的降水量数据，采用5a滑动平均法和Mann-Kendall非参数检验法，分析了小清河上游径流量和降水量的变化特征；在此基础上，利用径流量与降水量的双累积曲线对降水-径流序列进行了突变点分析，并对突变点前后径流量与降水量的Pearson相关系数进行了分析与检验。结果表明：小清河上游径流量与降水量均呈现增加趋势，但径流量较降水量的增加趋势显著。将小清河上游径流演变过程分为1965～1974年，1975～2003年和2004～2013年3个阶段，1965～1974年为天然径流阶段，1975-2013年为受人类活动影响显著阶段。在径流变化过程中，径流量与降水量的Peason相关系数逐渐减小，而人类通过排污、引水等活动加大了对径流量的影响程度，成为影响径流变化的决定性因素。科学地区分降水与人类活动对径流变化的影响，可以为研究流域水文循环过程提供借鉴，对实现水资源可持续利用也具有现实意义。 　　关键词：径流变化；降水；人类活动；小清河 　　中图分类号：TV121.1文献标识码：A文章编号2016 　　1引言 　　随着全球气候变化和人类活动的加剧，河川径流发生了显著变化。径流不仅对气候波动响应敏感，而且受人类活动强度影响显著。实测径流不仅包括天然径流，还包括人类活动影响下的径流。众多学者已经对黄河、长江等大江大河及其支流径流量的变化规律以及影响因素做了大量的研究＼[2～7＼]。目前，评估气候变化对径流影响的方法主要有流域对比法、时间序列对比法以及流域水文模型3种[8]。流域对比方法是选择气候相似的研究流域，对比分析气候变化或人类活动的干扰。张永勇[9]等对比分析了气候变化对三江源地区径流变化的影响。时间序列对比法应用统计方法分析水文气象数据，即建立降水径流相关曲线，分析其相关关系。孙卫国等＼[10～12＼]采用交叉小波变换方法，讨论了黄河源区径流与区域气候变化之间的多时间尺度相关。曹建廷＼[13，14＼]等采用Mann-Kendall趋势检验法演示了长江、黄河源区的径流变化过程。流域水文模型既对流域内发生的水文过程进行模拟计算建立起的数学模型。刘洁等＼[15～18＼]通过建立流域降雨-径流模型分析了降雨和人类活动对流域径流的影响。随着济南市的发展，小清河流域社会经济活动越发频繁。在人类活动干扰下，小清河径流量整体上呈现出增加趋势。本文利用小清河流域1965～2013年的长时间序列资料（图1）进行了对比分析，以评估降水对径流量的影响，从而区分出人类活动对小清河上游的影响程度。 　　2研究区域 　　小清河源于济南西郊睦里闸，干流流经济南市槐荫区、天桥区、历城区，于章丘出市境，流向滨州市的邹平，又经高青、桓台、博兴、广饶，由寿光市的羊角沟注入渤海。小清河济南市河段长70.5 km，流域面积2792 km2，是济南及沿岸地区的唯一排洪河道，担负着济南市承泻洪水的重要任务[19]。黄台桥水文站位于小清河上游，控制流域面积351 km2，流域内的主要支流有南太平河、北太平河、兴济河、工商河、西泺河、东泺河、柳行河、全福河。支流主要分布于主河道南岸，多属雨源型山溪河流。小清河流域属温带季风气候，降水变率大，约70%的降水集中在6～9月[20]。均在黄台桥水文站以上流入小清河主河道。本文主要研究黄台桥以上流域。 　　3研究方法和数据来源 　　3.1研究方法 　　3.1.1滑动平均法 　　滑动平均法是趋势拟合技术最基础的方法，相当于低波过滤器[21]。用确定时间序列的平滑值来表示变化趋势。样本量为n的时间序列x的滑动平均序列可表示为： 　　j=1k∑ki=1xi+j-1j=1，2，…，n-k+1 （1） 　　式中k为滑动长度，选择合适的k可以较好地反应时间序列的变化趋势。 　　3.1.2Mann-Kendall非参数趋势检验 　　用Mann-Kendall[16]非参数趋势检验法检测径流序列变化趋势，该统计检验方法的优点是不需样本服从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，被广泛应用于气象、水文要素等时间序列的趋势和突变分析。 对于具有n个样本量的时间序列x1，x2，…，xn构造一秩序列： 　　sk=∑ki=1rik=2，3，…，n（2） 　　其中 　　ri=+1，当xixj 　　0，当xixjj=1，2，…，i 　　sk是时间序列中第i时刻的数值大于j时刻数值个数的累计数。 　　在时间序列随机独立的假定下，定义统计量 　　UFk=＼[sk-E（sk）＼]var（sk）k=1，2，…，n（3） 　　其中，E（sk）