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长江入海径流量突变性和趋势性分析.pdf

  • 上传人:TanyaWei
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    关 键  词:
    长江 径流 突变 趋势 分析
    资源描述:
    第44卷第7期
    人民长江
    Vol44 No. 7
    2013年4月
    Y angtze River
    pr
    2013
    文章编号:1001-4179(2013)07-0006-0
    长江入海径流量突变性和趋势性分析
    刻嘉琦,政2,张长宽
    (1.河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京210098;2.河海大学水文水资源与水利工程科学国家
    重点实验室,江苏南京210098)
    摘要:为研究气候变化和人为因素影响下长江入海口径流的变化趋勢,采用长江大通水文站1950~2009年逐
    平均流量资料,运用 Pettitt突变点检验法,对年、枯季、洪季、汛后及逐月平均流置序列进行突变点分析。利
    用突变点对时段平均流量序列进行分段,并采用M-K趋势性检验法分析各段及整体序列的变化趋势。结果
    表明,长江年平均入海径流量序列在20世纪50年代中期、70年代末期、80年代末期和21世纪初,均发生了
    定的突变,但突变趋势并不显著
    关键词:入海径流;突变性;趋势性; Pettitt检验;M-K趋势检验;长江;大通站
    中图法分类号:TVl21
    文献标志码:A
    研究背景
    亿m3。大通站流量年际波动大,年最大流量为43100
    m3/s,最小为21400m3/s,后者约为前者的1/2;年洪
    长江入海水沙通量巨大,对河口地貌、沉积体系、季最大流量为64630m3/s,最小为27800m'/s,后者
    海岸带和大陆架的自然和生态环境有重要影响。长江约为前者的2/5;年枯季最大流量为24430m/s,最小
    流域位于亚热带地区,气候湿润,多年平均降水量约为12150m3/s,后者约为前者的1/2。受东亚季风的
    1100mm,其中约50%转换为径流入海。据不完全统影响,长江人海径流量受气候变化影响,年内变化也十
    计,长江流域兴建了46000多座水坝,7000多座涵分明显?。大通站月均流量6800-84200m/s,枯
    闸,这些水利工程的修建在一定程度上改变了长江的季径流只占全年总径流的29.11%。20世纪40年代
    径流特性山。以往对于长江年径流量变化趋势的研中后期到50年代中期大通站流量较大,随后减小;到
    究大致认为,上游宜昌站从20世纪70年代开始出现70年代中期出现极小值,而后又逐渐升高:到90年代
    径流减少趋势;中游汉口站径流在1956~1998年间呈末期出现极大值后又逐渐下降;至2009年流量仍较
    负增长趋势,从1999年开始出现正增长趋势;下游大小?。
    通站径流在1956~1995年间呈负增长趋勢,1998
    以往关于长江径流变化的研究,主要基于长系列
    2000年间出现了持续的正增长趋势。大通水文站流量资料,采用周期图法、最大熵谱法、Mann
    距离河口段(徐六泾)近600km,但大通-徐六泾河段 Kendall il趋势分析法?等,对年、汛期、非汛期和月径
    内无大的支流汇入,大通出口断面控制着长江流域流量变化过程、三峡工程建成运用后河口盐水入
    94%的汇水面积。因此,国内外都将大通水文站作为侵、感潮河段极值水位,以及全球变暖后长江水灾
    长江入海水沙通量的考察站。长江入海径流量巨形势、径流年内分配等问题进行分析。本文基于大
    大,大通站多年平均(1923~2004年)径流量为9156通站1950~2009年逐日平均流量资料,运用Peit突
    收稿日期:2012-12-20
    基金项目:国家重点基础研究发展计划“973”项目(2010CB429001);国家科技支撑计划课题(2012BABO3BO2);新世纪优秀人
    才支持计划资助
    作者简介:刘嘉琦,男,硕士研究生,主要从事河ロ海岸水动力学研究。E-mail; flying@hu.edu,cn
    通讯作者:政,男,副教授,博士,主要从事河口海岸动力学、水环境及泥沙运动的研究。E-mail:gongzheng@hhu.edu.cn
    第7期
    刘嘉琦,等:长江入海径流量突变性和趋势性分析
    变点检验法和Mannー Kendall趋势检验法(简称M-K月平均流量序列突变点发生在1977年;7月平均流量
    法),对长江人海径流量的年际、年内变化进行突变性序列第一、第二突变点分别发生在2003年和1988年;
    和趋势性分析,探讨气候变化与人类活动影响对径流10,11月及汛后(10~11月)平均流量序列第一突变
    变化的驱动性,为预测人海径流变化趋势提供依据。
    点发生在1989-1990年,第二突变点发生在1998~
    1999年;其余月份、年平均及洪季平均(6~8月)流量
    2突变点分析
    系列无显著突变点。为了证明突变点检验的合理性,
    2.1Pett突变点检验法[-1
    本文将典型时段平均流量序列 Pettitt值(U、r)曲线
    Peti突变点检验法是基于非参数检查水文时间与时段平均流量序列二次拟合曲线进行了比较分析。
    序列突变点的一种检测方法。该方法计算较简便,能
    表1各时段平均流量序列(1950~2009年)突変点
    够较好地识别水文时间序列的突变点,在突变点检验时段平均流放序列第一突变点第三突变点第三突变点
    中应用较多,且物理意义清晰。该检验基于Mann
    Whitney的统计函数Ur,认为两个样本x1,…,x,和
    1979
    1961
    x1,…,x均来自于同一序列分布,对于连续的序列,
    5
    1977
    U、r和Vr由下列公式计算:

    2003
    1988
    其中
    9月
    1990
    1999
    1954
    3)
    年平均
    枯季(1~3月
    1987
    sgn(x)=0
    洪季(6~8月)
    1x<0
    汛后(10-11月)
    1989
    1998
    1955
    因此,1Ur」最大时,对应的x,为可能的突变点
    :“-”表示序列无有效突变点。
    ( change- point)。当突变点的U,r>0时,该序列具有
    ?1为大通站年平均流量序列 Pettitt值曲线,以
    向下突変趋势,反之则具有向上突变趋势(リ。可能突及年平均流量序列二次拟合曲线。从 Pettitt曲线可以
    看出,在20世纪50年代中期和21世纪初,分别出现
    变点的显著性水平由下式计算:
    Po()=2exp[-6U7.r/(2+7)](5)
    了U,r极大值,表示该两个时段内呈现出一定的向下
    当Poa()<0.5时,该点为有效突変点。当判断突变趋势”。在20世纪70年代末期和80年代末期,分
    出第一有效突変点后,对该突变点两侧的序列分别重别出现了U。极小值,表示该两个时段内呈现出一定
    复上述检验过程,相继判断第二有效突変点、第三有效的向上突变趋势。上述变化趋势与图1中年平均流量
    突变点等1。
    序列的直观变化趋势是一致的。但是,显著性水平检
    验发现,上述突变并不显著,即近60a来,大通站年平
    2.2各时段突变点分析
    均流量序列没有显著的突变点。大通站年平均流量序
    运用Pei突变点检验法,对大通站年、枯季、洪列(1950-2009年)二次拟合曲线表现出总体缓慢减
    季、汛后及各月平均流量序列(1950~2009年)分别进
    小趋势。
    行了突变点分析。长江洪水主要由暴雨形成,洪水发
    生时间、地区分布与暴雨相应。长江流域地域辽阔、地
    200
    Pettitt值
    形复杂,季风气候
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