水資源是經濟社會發展的重要戰略資源，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、開發與利用，以及河流生態系統的物理、化學和生物過程。

　　摘要：根據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律。結果表明：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年發生一次徑流減少突變，三道河子站在1967年發生一次徑流減少突變，而1988年后灤縣站呈現出較顯著的突變，徑流突變特性與變化環境下的極端氣候事件有直接關系；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。

　　關鍵詞：農業國家核心期刊論文發表,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環境問題，旱澇災害發生的頻次明顯加大，已嚴重威脅到流域經濟社會可持續發展和生態安全。因此，開展灤河干流徑流變化特征、趨勢和周期等規律的研究，為流域水利工程建設、生態環境保護和水資源合理利用提供科學依據，具有重要的理論意義和現實意義。

　　1流域概況

　　灤河發源于河北省張家口地區的巴彥古爾圖山北麓，上游閃電河經內蒙古自治區多倫縣折向東南，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。該區域地處溫帶大陸性季風區，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，過長城后出現遞減趨勢。雨量集中和暴雨頻發是本地區氣候的一個顯著特點。流域上游為壩上、圍場高原區，地表呈波狀起伏，多風蝕洼地；中游為冀北、燕山丘陵區，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。為緩解京津地區水資源供需矛盾，滿足唐山、秦皇島等經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，水資源開發利用強度不斷加大。

　　2數據及分析方法

　　2.1資料選取

　　綜合考慮水文站點在流域內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連續復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。重復以上步驟直至計算時段的最后一個數據為系列的最后一個數據為止。

　　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出現交點，可以認為1960年溝臺子站發生了顯著的突變。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小波分析程序對1950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實部值。當小波系數實部值為正時，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律。其中，在22～32年尺度上出現了枯-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較為穩定，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律。其中，在20～32年尺度上出現了枯-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較為穩定，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律。其中，在20～32年尺度上出現了枯-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較為穩定，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，它們依次對應著27年、18年、8年的時間尺度。其中，最大峰值對應著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年時間尺度對應著第二峰值，為流量變化的第二主周期；8年時間尺度對應著第三峰值，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，它們依次對應著28年、11年、7年、4年的時間尺度。其中，最大峰值對應著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年時間尺度對應著第二峰值，為流量變化的第二主周期；7年時間尺度對應著第三峰值，為流量變化的第三主周期；4年時間尺度對應著第四峰值，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，它們依次對應著30年、14年、7年、4年的時間尺度。其中，最大峰值對應著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年時間尺度對應著第二峰值，為流量變化的第二主周期；7年時間尺度對應著第三峰值，為流量變化的第三主周期；4年時間尺度對應著第四峰值，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的變化特征。

　　4結論

　　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年發生一次徑流減少突變，1967年三道河子站發生一次徑流減少突變，1988年后灤縣站呈現出較顯著的突變。

　　（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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