水資源是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，地表徑流是水資源的主要組成部分，因此河川徑流量一直是水文水資源科學(xué)研究的重點和熱點。隨著全球變暖和人類活動影響的加劇，河川徑流發(fā)生了顯著的時空變化，直接影響了流域水資源的合理配置、開發(fā)與利用，以及河流生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物過程。

　　摘要：根據(jù)灤河主要代表站溝臺子、三道河子、灤縣的1950年-2009年天然徑流資料，運用滑動平均法、Mann-Kendall法及小波分析方法，分析了灤河天然徑流演變規(guī)律。結(jié)果表明：灤河流域1950年-2009年3個代表站的徑流量均呈下降趨勢；溝臺子站在1960年發(fā)生一次徑流減少突變，三道河子站在1967年發(fā)生一次徑流減少突變，而1988年后灤縣站呈現(xiàn)出較顯著的突變，徑流突變特性與變化環(huán)境下的極端氣候事件有直接關(guān)系；灤河上游徑流主要存在28年顯著變化周期，中、下游徑流分別存在27年和30年顯著變化周期。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)國家核心期刊論文發(fā)表,徑流,趨勢分析,Mann-Kendall檢驗方法,小波,灤河

　　50年來，灤河流域徑流過程發(fā)生了較大變化，加劇了水資源的短缺和時空變異性，相繼帶來了突出的水資源與生態(tài)環(huán)境問題，旱澇災(zāi)害發(fā)生的頻次明顯加大，已嚴重威脅到流域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全。因此，開展灤河干流徑流變化特征、趨勢和周期等規(guī)律的研究，為流域水利工程建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護和水資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

　　1流域概況

　　灤河發(fā)源于河北省張家口地區(qū)的巴彥古爾圖山北麓，上游閃電河經(jīng)內(nèi)蒙古自治區(qū)多倫縣折向東南，接納小灤河后始稱灤河，中游穿行于燕山山地，下游經(jīng)過50km寬的三角洲注入渤海灣。灤河全長888km，流域面積544×104km2，多年平均徑流深109mm，多年平均徑流量為46×108m3，主要支流有伊遜河、武烈河、瀑河、灑河、青龍河等。流域位于華北平原東北部，地理坐標115°34′-119°50′E，39°02′-42°43′N。該區(qū)域地處溫帶大陸性季風(fēng)區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。流域多年平均氣溫76℃，多年平均降水量520mm。受地形影響，降水量自海岸向北遞增，過長城后出現(xiàn)遞減趨勢。雨量集中和暴雨頻發(fā)是本地區(qū)氣候的一個顯著特點。流域上游為壩上、圍場高原區(qū)，地表呈波狀起伏，多風(fēng)蝕洼地；中游為冀北、燕山丘陵區(qū)，河谷深切；下游為燕山山前平原和灤河三角洲平原，受人類活動影響劇烈。為緩解京津地區(qū)水資源供需矛盾，滿足唐山、秦皇島等經(jīng)濟增長中心的用水需求，20世紀70年代末在灤河干流修建潘家口、大黑汀等大型控制性骨干水利工程，90年代在灤河一級支流青龍河上修建桃林口水庫，并逐漸建成引灤入津、引灤入唐、引青濟秦等配套工程，水資源開發(fā)利用強度不斷加大。

　　2數(shù)據(jù)及分析方法

　　2.1資料選取

　　綜合考慮水文站點在流域內(nèi)的代表性以及資料的可靠性與完整性，選取灤河干流上溝臺子（選取此站的主要原因是資料序列長，資料完整可靠）、三道河子和灤縣站分別作為灤河流域上、中、下游代表水文站，進行徑流變化趨勢分析。序列長度分別為1950年-2009年。選取的徑流系列資料未進行天然徑流的還原計算，是實測資料。

　　2.2分析方法

　　本文采用滑動平均法和Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗法（以下簡稱M-K方法）對徑流時間序列進行趨勢分析，利用Mann-Kendall突變檢驗方法對徑流時間序列進行突變分析，利用Morlet連續(xù)復(fù)小波變換對徑流時間序列的多時間尺度特征進行周期分析。

　　2.2.1趨勢性分析方法：滑動平均法

　　所謂滑動平均值，就是在一個系列中，先確定若干年為計算平均值的滑動計算時段，求得一個均值，將其作為中間年份的修勻值，然后向后滑動一年，形成新的計算時段，計算均值。重復(fù)以上步驟直至計算時段的最后一個數(shù)據(jù)為系列的最后一個數(shù)據(jù)為止。

　　2.2.2突變性分析方法：Mann-Kendall法

　　從圖1中可以直觀地看出灤河流域各代表站年均流量的變化情況，各代表站年均流量都處在豐枯交替的不斷變化中，但總的趨勢是都是遞減的。從表1可以看出，灤河流域溝臺子、三道河子、灤縣站均有顯著的遞減趨勢，這與滑動平均法的檢驗結(jié)果是保持一致的。

　　3.2突變性分析

　　由圖2可以看出，UFk曲線多在0以下，表明全流域徑流整體上呈減少趨勢；溝臺子站年平均流量呈波浪式緩慢下降趨勢，1960年UF曲線超過了005信度線，表明1960年后年均流量呈顯著下降趨勢。UF和UB曲線在1960出現(xiàn)交點，可以認為1960年溝臺子站發(fā)生了顯著的突變。三道河子站的年均流量除了1959年之外UF曲線均小于0，表明

　　3.3周期性分析

　　采用Matlab的Morlet小波分析程序?qū)?950年-2005年間溝臺子站、三道河子站及灤縣站年徑流量的周期特性進行分析，得到小波變換等值線圖及小波方差圖。在小波變換實部等值線圖中，橫坐標為時間（年份），縱坐標為時間尺度，圖中的等值曲線為小波系數(shù)實部值。當小波系數(shù)實部值為正時，代表徑流豐水期，在圖中用實線繪出；為負時，表示徑流枯水期，用虛線繪出。三個站點徑流量的小波分析實部圖和小波系數(shù)方差圖見圖3、圖4。

　　從圖3（a）可以看出，溝臺子站徑流演化過程中存在的多時間尺度特征。溝臺子站在流域徑流演變過程中存在著22～32年、13～21年以及3～12年的3類尺度的周期變化規(guī)律。其中，在22～32年尺度上出現(xiàn)了枯-豐交替的準三次震蕩，周期變化最為清晰；在13～21年時間尺度上存在準4次震蕩，且這兩個時間尺度在整個分析時段表現(xiàn)較為穩(wěn)定，具有全域性；在3～12年時間尺度1970年-2003年較為明顯，豐枯交替。圖3（b）中顯示，三道河子站在流域徑流演變過程中存在著20～32年、3～19年以及3～10年的3類尺度的周期變化規(guī)律。其中，在20～32年尺度上出現(xiàn)了枯-豐交替的準三次震蕩，周期變化最為清晰，這兩個時間尺度在整個分析時段表現(xiàn)較為穩(wěn)定，具有全域性；在3～19年時間尺度上1954年-1970年較為明顯，存在2次震蕩；在3～10年時間尺度1970年-1985年較為明顯，豐枯交替。

　　圖3（c）顯示，灤縣站徑流演化過程中存在著20～32年、11～19年以及3～10年的3類尺度的周期變化規(guī)律。其中，在20～32年尺度上出現(xiàn)了枯-豐交替的準三次震蕩；在11～19年時間尺度上存在6次震蕩，且這兩個時間尺度在整個分析時段表現(xiàn)較為穩(wěn)定，具有全域性；在3～10年時間尺度1950年-1978年較為明顯，豐枯交替。

　　從圖4（a）中可以看出，溝臺子站小波方差圖中存在3個較為明顯的峰值，它們依次對應(yīng)著27年、18年、8年的時間尺度。其中，最大峰值對應(yīng)著27年的時間尺度，說明27年左右的周期震蕩最強，為流域流量變化的第一主周期；18年時間尺度對應(yīng)著第二峰值，為流量變化的第二主周期；8年時間尺度對應(yīng)著第三峰值，為流量變化的第三主周期。

　　[JP+1]從圖4（b）可以看出，三道河子站小波方差圖中存在4個較為明顯的峰值，它們依次對應(yīng)著28年、11年、7年、4年的時間尺度。其中，最大峰值對應(yīng)著28年的時間尺度，說明28年左右的周期震蕩最強，為流域流量變化的第一主周期；11年時間尺度對應(yīng)著第二峰值，為流量變化的第二主周期；7年時間尺度對應(yīng)著第三峰值，為流量變化的第三主周期；4年時間尺度對應(yīng)著第四峰值，為流量變化的第四主周期。上述4個周期的波動控制著流量在整個時間域內(nèi)的變化特征。[JP]

　　從圖4（c）可以看出，灤縣站小波方差圖中存在4個較為明顯的峰值，它們依次對應(yīng)著30年、14年、7年、4年的時間尺度。其中，最大峰值對應(yīng)著30年的時間尺度，說明30年左右的周期震蕩最強，為流域流量變化的第一主周期；14年時間尺度對應(yīng)著第二峰值，為流量變化的第二主周期；7年時間尺度對應(yīng)著第三峰值，為流量變化的第三主周期；4年時間尺度對應(yīng)著第四峰值，為流量變化的第四主周期。上述4個周期的波動控制著流量在整個時間域內(nèi)的變化特征。

　　4結(jié)論

　　通過對灤河流域1950年-2009年間年降水量和三個代表站的年徑流量進行5年滑動平均分析、Mann-Kendall趨勢及突變分析和Morlet小波周期分析，得到以下結(jié)論。

　　（1）灤流域1950年-2009年三個代表站的年徑流量均呈下降趨勢。

　　（2）灤河流域溝臺子站1960年發(fā)生一次徑流減少突變，1967年三道河子站發(fā)生一次徑流減少突變，1988年后灤縣站呈現(xiàn)出較顯著的突變。

　　（3）灤河上游徑流主要存在28年顯著變化周期，中、下游徑流分別存在27年和30年顯著變化周期。整個流域徑流演變的周期性差不多具有同步性。

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