黄委会延安水文水资源勘测局 陕西延安 716000
摘 要：采用 Mann-Kendall非参数秩次相关检验法, 对无定河干流白家川、赵家窑水文站的年降水量、年径流量和年输沙量变化趋势进行了分析, 利用降水量—径流量、降水量—输沙量和径流量—输沙量双累计曲线对径流量和输沙量的突变点进行了分析。调查结果表明:白家川水文站的输沙量分别在 1966年、1972年和 1979年发生了突变， 赵石窑站的输沙量分别在 1966年、1979年发生了突变，其变异点基本相同。无定河径流量和输沙量皆具有显著的减少趋势，但年降水量没有表现出明显的减少趋势，而导致这一变化的主要原因就是人类活动了。
关键词：无定河；输沙量；变化趋势；变异点；分析
引言
无定河，黄河一级支流，位于中国陕西省北部，是陕西榆林地区最大的河流，发源于定边县白于山北麓，上游叫红柳河，流经靖边新桥后称为无定河。全长491公里，流经定边、靖边、米脂、绥德和清涧县，由西北向东南注入黄河。上游红柳河源于定边东南长春梁东麓，东南流向，沿途纳榆溪河、芦河、大理河、淮宁河等支流，在清涧县河口注入黄河。无定河粗沙输沙量多，是陕西输出粗沙最多的河流。泥沙会造成河流和水道淤积，给水利工程和人民生活等带来了很大的影响。故无定河输沙量的变化分析必不可少。无定河输沙量的变化具有复杂的随机性和波动性,其变化受自然因素和人为因素的影响。赫斯特(Hurst)提出的重标度极差分析法无疑是分析此类问题的一个有力工具, 其最大优势在于不管曲线是正态分布还是非正态分布, 分析结果的稳定性均不受影响。笔者就是用此方法对上述无定河的问题进行分析。
一、数据的选取与分析方法
1.1 数据的来源及选取
白家川水文站是无定河下游干流上的控制水文站，而赵石窑水文站是无定河上游干流上的重要水文站。故现选取无定河白家川、赵石窑水文站1956年到2005年的实际年降水量、年径流量以及年输沙量数据。
1.2数据的分析方法
1.2.1 Mann-Kendall
Mann-Kendall非参数秩次检验在数据趋势检测中极为有用，其特点表现为：（1）无需对数据系列进行特定的分布检验，对于极端值也可参与趋势检验；（2）允许系列有缺失值；（3）主要分析相对数量级而不是数字本身，这使得微量值或低于检测范围的值也可以参与分析；（4）在时间序列分析中，无需指定是否是线性趋势。现已被世界气象组织广泛应用，其能有效区分某一自然过程是处于自然波动还是存在确定的变化趋势。Mann-Kendall也经常用于气候变化影响下的降水、干旱频次趋势检测。故笔者在检验数据时特采用了此种方法检测所取得的数据的趋势，并在此基础上分析无定河输沙量变化趋势。
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1.2.2 跳跃分析
跳跃分析主要研究某一分割点前后的统计量是否发生变化以及变化的位置、幅度等。检验跳跃成分的方法有序聚类法、逐时段滑动分割比较序列法、R/S分析法、滑动F检验法、滑动T检验法、贝叶斯法等。笔者采用有序聚类法检验跳跃成分,以此进行变异点分析。
1.2.3 重标度极差分析
20世纪初，水文学家赫斯特就研究了公元622到1469年埃及人保留的尼罗河泛滥的847年的记录，并提出重标极差法R/S。这一方法定量分析时间序列的特征，用一个后人称之为赫斯特指数H的概念刻画给定时间序列。它是一个非常有力的工具，有着广泛的应用，能够将一个随机序列与一个非随机序列区分开来，即使非随机序列并非正态分布。赫斯特发现大多数不论什么形态的自然系统都不遵循随机走动。运用此种方法可以得知某一时间序列的长短，以此估计出非周期循环的长度。通过这种方法分析根据上述数据所画的曲线，可较好地分析无定河输沙量变化趋势及变异点。
二、结果分析
2.1 输沙量、径流量和降水量之间的关系
降水量越多,径流量越大，因为降水越大,地面的水越多,地面的水越多,可以聚集到一起的水量就越大,聚集到一起的水量越大,径流量就越大。径流量越大,水的势能和力量就越大,可以带动的土壤颗粒（沙子）就越大,当土壤颗粒被水的力量分解,就成了沙子，故输沙量越大。为了更好地分析输沙量突变的临界年份前后径流量与降水量的变化情况, 这里应用双累计曲线进行分析，即降水量-输沙量曲线、降水量-径流量曲线与径流量-输沙量曲线。从选取数据所画的双累计曲线图可以看出降水量—径流量与降水量—输沙量两条曲线都出现了转折点,转折点即临界年份之后的曲线的斜率小于临界年份前的曲线斜率。 但从径流量—输沙量曲线上可以发现临界年份之后的曲线的斜率也小于临界年份前的曲线斜率，但其转折点的位置与前面的两条曲线得到的转折点不同，降水量—径流量与降水量—输沙量两条曲线的临界年份为1971，而径流量—输沙量曲线的临界年份为1978。降水量—输沙量和径流量—输沙量曲线所反映的输沙量的变化趋势一致, 但转折点即变异点的位置有差异。引起这两条曲线变异点不同的主要原因是变化环境下径流量与输沙量减少的速率不一致, 即累计径流量的减少量小于累计输沙量的减少量。
2.2 原因分析
由无定河上游赵石窑站和下游白家川站的年输沙量、年径流量、年降水量三者的联合分析结果可知，从整体来看，人类活动对输沙量减少的贡献率明显大于降水对其的贡献率，这说明人类活动在无定河输沙量变化中起到了主要作用。
2.2.1 小流域综合治理
人类活动特别是小流域综合治理是影响无定河输沙量变化的主要因素。无定河流域治理始于新中国成立以后，1950年首先建成了织女、定惠两条灌溉渠道，选择辛店沟、韭园沟进行水土保持措施和小流域综合治理试验，在全流域形成了以水土保持为中心的治理高潮。1982年，无定河被列为全国8个水土保持重点治理区之一。通过20年的综合治理，无定河流域在控制水土流失、改善生态环境、发展区域经济、实现可持续发展等方面取得了显著成效，多年来的水域治理使得径流量增大，输沙量减少。
2.2.2 植被覆盖状况
植被覆盖状况的改善特别是沙地植被覆盖状况的改善，减小了沙尘暴发生的几率，使得进入河道的扬沙数量减少，从而沙粒直径变小，故输沙量大幅减少。
2.2.3 农业用水
随着区域经济的快速发展，流域内工农业的用水需求也在迅速增加。自20世纪70年代以来，无定河流域灌溉面积与引水量大幅增大，其对流域水沙比例变化也产生了很大影响，引水时带走了一部分泥沙进入灌溉区，由此减少了无定河干流的输沙量。
三、结论
（1）由降水量—径流量、降水量—输沙量和径流量—输沙量双累计曲线分析表明, 白家川和赵石窑水文站输沙量呈显著下降趋势，且径流量与输沙量存在明显的突变点即变异点。由于白家川和赵石窑水文站变异点基本相同，又有其地理位置的特殊性，故此可以判断无定河输沙量也呈下降趋势，且其径流量和输沙量有明显的变异点。
（2）由原因分析可知其变化主要因为人类活动，而其变异点即临界年份也与人类活动有紧密关联。
参考文献
[1]张鑫，蔡焕杰，尹晓楠.应用重标度极差分析法(R/S)分析无定河流域水沙变化[J].农业工程学报,2010-12-31.
[2]师长兴.风力侵蚀对无定河流域产沙作用定量分析[J].地理研究,2006-03-30.
[3]陈江南,姚文艺,李勉.无定河流域水土保持措施配置及减沙效益分析[J].中国水土保持,2006-08-05.
[4]刁文博.变化环境对无定河流域水沙的影响[J].西北农林科技大学,2012-05-01.
[5]张胜利.“94．8”暴雨对无定河流域产流产沙影响的调查研究[J].人民黄河,1995-05-20.
论文作者:刘燕,刘家瑞
论文发表刊物:《防护工程》2017年第1期
论文发表时间:2017/5/12
标签：径流论文; 降水量论文; 曲线论文; 水文站论文; 河流论文; 越大论文; 赫斯论文; 《防护工程》2017年第1期论文;