运用多种方法分析水文资料样本系列的一致性

运用多种方法分析水文资料样本系列的一致性

崔松云

（云南省水文水资源局昆明分局）

摘要：资料系列的一致性，是进行水文分析中频率计算的前提。随着经济社会的发展，人类活动影响日趋加剧，流域下垫面条件发生较大变化，从而影响了水文要素的一致性，但其影响是否足以改变样本系列的一致性，尚需从多方面进行分析。本文采用多种方法，对螳螂川干流海口（大烟囱）—蔡家村站区间1953～2006年径流系列进行定性、定量分析，研究受人类活动影响区域的水文资料和样本系列的一致性，以供从事类似工作的技术人士参考。

关键词：多种方法　水文资料　样本系列　一致性分析

一、引　言

水文资料是合理确定涉水工程规模的重要依据，由于它具有独立性，因此，按现行《水利水电工程水文计算规范》要求，采用概率模型即可预估所需值。但随着经济社会发展，人类活动影响日趋加剧，流域下垫面条件改变，一些天然河道水文要素一致性受到影响，改变了系列的天然状况，由于影响因素众多，又无法对其进行还原计算，致使实测资料系列不具有独立性而不能直接进行经验频率计算，但并非所有受影响的资料系列都不具有一致性，在运用中需具体分析。那该如何判断受影响的资料系列是否具有一致性呢？本文结合受滇池调蓄及人类活动影响显著的海口（大烟囱）、蔡家村站实测年径流系列，采用不同的方法分析人类活动对水文要素一致性的影响程度，以供实际应用参考。

二、站点及资料情况

螳螂川（下段称为普渡河）为滇池的出口河，在禄劝县小河坪子东北约1km处汇入金沙江，主要支流有马料河、鸣矣河、前山莨河、禄裱河等。海口（大烟囱）、蔡家村站分布于螳螂川上、中游，海口（大烟囱）为滇池出口站，径流面积2 920km²，有自1953年以来的实测年、月径流量系列；蔡家村站位于螳螂川中游，径流面积5 163km²，有自1953年以来的实测年、月径流量系列，其径流量由海口出流和海口—蔡家村区间径流两部分组成。两站径流系列均受滇池调蓄和人类活动影响，其单站年径流量系列不具有“天然”特征。

三、系列一致性分析

虽然海口、蔡家村站径流系列受人类活动影响显著，单站年径流量系列肯定不具有一致性，但两站区间径流系列在该区域的水文分析中具有重要价值，其区间径流系列是否具有一致性就值得探讨。

在海口—蔡家村区间流域内，自20世纪50年代末至60代中期，曾先后新建了一批中小型水库工程，80年代中期至90年代末期又相继新建了部分中型水库，区内工矿企业用水量也逐年增大，显然，该区间径流系列也受到人类活动影响，现就该区间径流系列的一致性采用不同方法进行分析。

（一）定性分析

1.降雨径流过程对照

基于本地区径流由大气降雨补给的特点，采用降雨径流过程对照，由于该区间地形变化不大，且上下游降雨量差异也不大，故海口、蔡家村两站平均雨量作为区间面平均雨量，点绘区间年降雨径流过程对照图，见图1。

图1　海口—蔡家村区间年降雨径流过程对照图

从图1可看出，两者过程变化趋势基本对应，且随时间变化，径流量并未出现明显上升或下降的趋势，说明在1953～2006年期间径流量前后段并未出现较大差异，但从围绕均值上下波动的振幅变化看，却以径流量最大，表明人类活动对径流量年际变化有一定影响。

2.差积曲线法

由于人类活动对降雨影响较小，一般不会改变其一致性，而通过降雨径流差积曲线对照来看径流是否随降雨呈周期性变化，亦可检验径流系列的一致性，故点绘区间年降雨径流差积曲线对照图，见图2。

从图2可看出，差积曲线变化过程彼此相似，表明径流系列前后段差异也不大，但仍可反映出径流量的年际变化较降雨量大的特点。

3.不同时期长短系列均值比较

统计海口—蔡家村区间不同时期径流、降雨均值与长系列均值比较，结果见表1。

从表1可看出，两者丰、枯变化趋势基本一致，即20世纪50、80年代处于偏枯段，60、70年代处于平水年，90年代处于丰水段。另除50年代和90年代两者比值相差较大外，其余时期比值接近，其差异在10%左右，至于个别时期（如1991～2006年）差异超过20%，其原因：一是海口、蔡家村站点雨量不能完全反映区间流域面雨量；二是50年代为枯水年段，相对人类耗水所占比重较大，其耗水量又无法还原，而90年代属丰水段，耗水在其中所占比重较小，加之各塘坝基本处于蓄满时期，故径流量与降雨量相比显得更丰。总体而言，人类活动对径流不均一的影响是存在的。

图2　海口—蔡家村区间年降雨径流差积曲线对照图

表1　区间不同时期降雨、径流系列均值与长系列均值对照表

（二）定量分析

上述分析表明，人类活动对海口—蔡家村区间径流系列一致性存在影响，但此种影响是否就改变了径流系列的一致性呢？下面采用水文统计中的F检验和t检验方法，分别对其系列的均值和方差进行显著性检验。

为了进行显著性检验，将区间年径流系列根据人类活动影响程度，以1987年为界划分为容量x₁（影响前）、x₂（影响后），并采用矩法公式分别计算均值（分别为m₁、m₂）和标准差（分别为S₁、S₂），计算结果如下：

x₁＝34（1953～1986年），均值（m₁）＝11.8m³/s，标准差（S₁）＝5.7m³/s

x₂＝20（1987～2006年），均值（m₂）＝16.1m³/s，标准差（S₂）＝8.2m³/s

先对方差（S²）进行F检验，选择检验统计量：

经计算，F值为2.069，并与F分布表中置信水平a/2、自由度为（x₁－1）、（x₂－1）的F值比较，在大部分实用中，a值采用2%比较适当，取a＝0.02。从F分布表中查得F_0.01（33，19）＝2.753，有F＜F_0.01，表明在置信水平0.02下样本系列的方差可认为相等。上述F检验表明已接受零假设，为此，再选择t检验统计量，即方差的一个合并估计量：

对合并估计量零假设进行第二次显著性t检验，它适用于两个系列的均值检验，计算检验统计量如下式：

经计算，t值为2.257，若取置信水平a＝0.02，自由度x₁＋x₂－2＝52，a/2＝0.01，查t_0.01（52）＝2.401。经比较可知，t＜t_0.01，表明已接受零假设。据此可以认为，径流系列前后段是来自同一总体分布，也即海口—蔡家村区间年径流系列前后段具有较高的一致性。

（三）年径流量统计参数分析

分析表明，海口—蔡家村区间年径流系列虽受到人类活动影响，但仍具有一致性，基本满足独立选样的条件，将其进行频率计算，得到统计参数，结果见表2。将同属螳螂川干流的海口—三岔河、海口—三江口区间年径流量统计参数汇列于表2中以资比较。

表2　各区间年径流量统计参数成果表

由表2可见，年径流量随面积增大而递增，变差系数随面积增大而递减，符合一般地区规律；产水模数则随面积增大而递增，其原因主要是蔡家村站以上流域降雨量相对小，而下游降雨量逐渐增大，森林植被较好的缘故。故认为海口—蔡家村区间年径流量统计参数基本合理，由此也证明该区间径流系列具有一致性。

四、结　论

通过多种方法分析了受人类活动影响的海口—蔡家村区间径流系列的一致性，可得出如下结论：

（1）水文资料系列在受到人类活动等因素影响时，并不表明该系列就不具备一致性，需从多方面对其一致性进行分析，如本文所采用的定性、定量分析方法。

（2）若经分析后证明系列确实不具备一致性，则需进行一致性订正。订正方法视资料条件而定，如分项调查还原法、降雨径流模式法、参证站长短系列均值比订正法等。

参考文献：

［1］黄振平.水文统计学.南京：河海大学出版社，2002.

［2］水利部长江水利委员会水文局.水利水电工程水文计算规范.北京：中国水利水电出版社，2002.

［3］长江流域规划办公室水文处.水利工程实用水文水利计算.北京：水利电力出版社，1983.

［4］蔡文祥，许大明.水文计算.南京：河海大学出版社，1994.