1956-2016年渭河支流葫芦河流域径流及降水的年际变化特征

0 引言

径流量是构成地区工农业供水的重要条件，是制约地区社会经济发展的重要因素。随着人类活动影响的加剧，河川径流发生了显著的时空变化，直接影响了流域水资源的合理开发与利用，以及河流生态系统的物理、 化学和生物过程[1-2]。径流变化对整个水文系统的演化起着主导作用，并通过影响水资源的开发利用进而影响到区域经济和社会发展。近几十年来，随着气候变化和人类活动的加剧，各流域河川径流变化表现出显著的时空差异性[3-5]。因此，研究近几十年来河川径流演化的过程和机制，不仅有助于认识流域水循环对气候变化和人类活动的响应，同时对流域内水资源的合理开发和配置具有重要意义[6-7]。

甘肃省葫芦河流域近年来水土流失严重、 水环境恶化、 水资源短缺，社会经济发展与生态环境的矛盾比较突出[8]。本文选用葫芦河干流上下游两个水文站的年径流资料和葫芦河流域10个气象站的年降水量资料，分析葫芦河年干流径流量和其流域年降水量的年际变化及其趋势，为区域水资源规划与开发利用提供参考。

1 研究区概况

葫芦河是渭河的一条较大支流，古称瓦亭水、 陇水。因河床狭窄多曲折，形似“葫芦”得名。葫芦河发源于宁夏西吉县与海原县交界处的月亮山南麓，向南流经西吉、 静宁、 庄浪、 秦安，在天水三阳川与渭河交汇，干流长301 km，流域面积为1.07×104 km2，由于流域内植被破坏严重，土质稀松，洪流发生的次数比较多，河流在经过陇西黄土高原丘陵沟壑区时，水土流失非常严重，年输沙量达7 270×104 t，最大含沙量1 210 kg·m-3[8-9]。

葫芦河在过去水流比较丰沛，最近几年来因为当地人民在上游修整梯田、 兴建水库引水灌溉等发展农业的原因，经常处于干涸状态，只有在夏季到深秋这段时间有较大浊水。近年来又有铅锌矿厂和上游造纸厂等污染企业大量废水、 废渣的随意排放，河水遭受严重污染，不仅人畜无法饮用，而且良田无法浇灌。

第4步，检验限流器的特性，并检查限流器对电力系统的影响是否满足稳定运行条件。通过则转入第5步，否则返回第3步；

2 数据来源与分析方法

2.1 数据来源

本文主要研究葫芦河流域的水文特征，从甘肃省水文水资源局收集到葫芦河流域干流上静宁和秦安水文站年径流数据，以及葫芦河流域的静宁、 党家岘、 仁大、 秦安、 远门镇、 什字、 威戎镇、 隆德、 黄家湾和红寺等10个雨量站的年降水资料，统一插补来延长资料系列短的降水量资料，使资料系列统一为1956-2016年系，葫芦河流域年降水量取上述10个雨量站年降水量的均值。本次研究采用研究区水文测站点的基本信息见表1，其在研究区的分布见图1。

目前，在没有适合替代材料的情况下，放弃使用所有有危害的传统材料并不现实，而应对它们进行无害化管理，尽量避免危害，以符合安全及环保要求。

2.2 分析方法

2.2.1 年际趋势性变化分析方法

2.2.3 Mann-Kendall方法

近年来中国企业入选记分牌的数量逐年增多，由2008年的10个迅速上升到2016年的376个。不过，中国进入前百强的企业尚未超过7个，进入前50强仍然只有华为1家。2016年，中国企业研发投入强度首次提高到2.8%，仍低于全球（4.1%）的平均水平，不到美国的一半（6.2%）。

表1 葫芦河流域水文测站基本信息 Table 1 Basic information of the hydrological and precipitation stations in the Hulu River basin

站名观测场地点站别地理坐标EN数据系列静宁甘肃省静宁县城关镇水文站105°43′35°32′1956-2016年秦安甘肃省秦安县城关镇水文站105°40′34°54′1956-2016年党家岘甘肃省会宁县党家岘乡党家岘雨量站105°18′35°32′1956-2016年仁大甘肃省静宁县仁大乡李家河村水文站105°45′35°10′1956-2016年远门镇甘肃省清水县远门镇雨量站105°54′34°48′1956-2016年什字宁夏回族自治区西吉县什字路雨量站105°57′35°44′1956-1997年威戎镇甘肃省静宁县威戎镇北关雨量站105°46′35°22′1956-1997年隆德宁夏回族自治区隆德县城东门外水文站106°08′35°37′1971-2016年黄家湾甘肃省通渭县华家岭乡黄家湾雨量站105°06′35°22′1979-2016年红寺甘肃省静宁县红寺乡雨量站105°31′35°31′1981-2016年

图1 葫芦河流域水系及其站点分布 Fig. 1 Water system and hydrological and precipitation stations in the Hulu River basin

绘制葫芦河干流静宁、 秦安水文站年径流过程及趋势线、 葫芦河流域降水量过程及趋势线(图2)。由图2可知，秦安站年径流过程线比静宁站年径流过程线变化更加复杂，即影响径流变化的因素随着流域面积增大也更加复杂； 静宁站径流过程趋势线斜率|k1|为0.0165，秦安站径流过程趋势线斜率|k2|为0.0756，|k2|>|k1|，即上游径流量61年来衰减较为缓慢，下游径流量衰减速率较快。葫芦河流域年降水量在300 mm上下波动，整体呈平缓下降趋势。

累积距平曲线又称为差积曲线，是一种比较常用的、 可直接由绘制出的曲线变化情形判断变化趋势的方法，其具体步骤参见文献[12]。

滑动平均法是用序列的滑动均值随时间的变化来反映系列的变化趋势，类似于低通滤波器原理。序列经过滑动平均后，有效地修正了差异较大的个别值带来的误差，其具体步骤参见文献[11]。

(3) 距平累计曲线法

(2) 滑动平均法

2.2.2 严格体检考核录用 所有的森林消防队员入职前经县级以上医院进行消防入职体检，合格后方可上岗。如患有高血压、心脏病、心血管疾病史、视力不好等一律不予录用。

高创造性思维是观念、思维、联想、表达、变通能力的体现。本研究显示，舰艇军人高创造性思维水平人数占15.8%，一般创造性思维水平占84.2%，符合常态分布。流畅力、开放力、变通力、独创力及标题5个维度A、C组差异有统计学意义。 C组不成熟防御方式平均分显著高于A组，成熟防御方式平均分显著低于A组，这提示高创造性思维水平更多的使用成熟的防御方式，在应用不成熟的防御方式人群中其创造性思维水平低于应用成熟防御方式。

小波分析法能够比较清晰地反映序列在时域和频域的局部变化特点，研究具有多个时间尺度变化和非平稳变化特征的序列时，该方法具有较好的适用性。将小波分析方法引入水文特征的研究中，为研究水文序列变化规律提供了一种较为可靠的方法[13-15]。因此，本文选用Morlet 复小波对研究区年径流和年降水序列进行周期性分析，其具体步骤参见文献[16]。

2.2.2 小波分析方法

(1) 线性倾向分析法

突变较为常见，其表现为从一种较稳定的变化趋势迅速转变到另一种相对稳定的变化趋势。气候变化和下垫面变化可引起水文序列产生变异问题[17]。常用Mann-Kendall法检测时间序列的变化趋势以及趋势起始位置，Goossens等[18]将该方法引入反时间序列中，发展成了一种能检验时间序列突变的新方法。该方法检验能力较强，在各种研究领域得到了广泛的应用，具体步骤参见文献[19]。

3 结果与分析

3.1 年际趋势性分析

图2 葫芦河干流径流量及其流域年降水量过程及趋势线 Fig.2 Variations of annual runoff in Jingning Station (a) and in Qin′an Station (b) and of annual precipitation in the Hulu River basin (c)

线性倾向分析法是国内在水文气象趋势分析中比较常用的方法， 该方法具有简单易操作的特点，其具体步骤参见文献[10]。

静宁、 秦安水文站年径流量和葫芦河流域年降水量标准5 a滑动均值年际变化过程如图3所示，葫芦河流域上下游年径流量变化趋势相似，上下游丰、 平、 枯水年基本相对应，葫芦河流域年降水量标准5 a滑动均值变化幅度较小，但其极值点基本与上下游径流的极值点相对应。

图3 标准5 a滑动曲线 Fig.3 Standard 5-a moving curves of runoff at Jingning Station and Qin′an Station and of precipitation in the Hulu River basin

静宁、 秦安水文站年径流量和葫芦河流域年降水量标准距平累计年际变化过程如图4所示。葫芦河流域上下游年径流量变化趋势一致，1960-1970年为丰水年，1956-1959年和1971-1991年为平水年，1992-2010年为枯水年，降水量上下波动较为频繁，但总体变化趋势与径流量基本一致。

图4 标准距平累计曲线 Fig.4 Standard departure cumulative curves of runoff at Jingning Station and Qin′an Station and of precipitation in the Hulu River basin

3.2 周期变化

采用Morlet小波分析法对静宁、 秦安水文站年径流量和葫芦河流域年降水量年际变化进行分析，小波分析如图5所示。图中，横轴表示时间，纵轴表示周期，葫芦河上下游在30 a时间尺度上均经历了5个变化期，1956-1962年为偏少期，1963-1974年为偏多期，1975-1985年为偏少期，1986-2002年为偏多期，2003-2016年为偏少期。在 10 a 尺度上，葫芦河上游经历了10个变化期，1956-1960年、 1965-1972年、 1977-1983年、 1989-1994年、 2001-2005年为偏多期，1961-1964年、 1973-1976年、 1984-1988年、 1995-2000年、 2006-2016年为偏少期； 葫芦河下游经历了11个变化期，1956-1960年、 1965-1970年、 1975-1983年、 1989-1996年、 2000-2006年、 2011-2016年为6个偏多期，1961-1964年、 1971-1974年、 1984-1988年、 1997-1999年、 2007-2010年为5个偏少期。下游小周期的转换要比上游频繁，可能与下游流域面积大、 汇入支流较多、 人类活动影响、 下垫面条件复杂等因素有关。

教学实验证明，辩证动态双主教学对师生双方教学主导与学习主体的新定位有利于提高学生的学习质量和教师的教学质量，契合高职院校人才培养的要求，值得推广和运用。

图5 葫芦河干流年径流量及其流域年降水量小波分析 Fig.5 Wavelet chart for the annual runoff at Jingning Station (a), Qin′an Station (b) and precipitation in the Hulu River basin (c)

葫芦河流域年降水量在30 a尺度上，经历了4个变化期，1956-1969年为偏多期，1970-1982年为偏少期，1983-1998为偏多期，1999-2016为偏少期。在10 a尺度上，经历了10个变化期，1956-1960年、 1969-1973年、 1979-1986年、 1996-2000年、 2007-2012年5个偏少期，1961-1968年、 1974-1978年、 1987-1995年、 2001-2006年、 2013-2016年5个偏多期。葫芦河上下游径流量变化周期与流域降水量的变化周期年份对应关系不好，可能与流域调蓄能力、 径流补给形式和流域下垫面变化情况有关。葫芦河流域这样周期变化特征的形成成因，目前还不太明确需要更进一步的研究。30 a尺度上葫芦河流域径流和降水量丰枯周期对比见表2。

本研究的对象是初中数学教师.个案教师的选择是在前期调研与问卷调查的基础上形成的.在前期调研中，教研室与相关学校的领导在了解了本课题研究的目的与思路后，推荐了多位教师.在观摩了这些教师的数学课堂教学并进行了访谈之后，选择了J中学的一名教师——在此我们称其为张老师.而后对初中数学教师PCK现状的问卷调查发现，这位教师一定程度上具有代表性.因此，最终确定了J中学的这位张老师作为研究个案.

表2 葫芦河径流量和降水量(30 a尺度)丰枯变化周期统计表 Table 2 The varying cycle at the scale of 30 years of runoff and precipitation in the Hulu River

丰枯情况静宁秦安流域降水量枯水期1956-1962年1956-1962年-丰水期1963-1974年1963-1974年1956-1969年枯水期1975-1985年1975-1985年1970-1982年丰水期1986-2002年1986-2002年1983-1998年枯水期2003-2016年2003-2016年1999-2016年

采用小波方差分别绘制了静宁、 秦安水文站年径流量和葫芦河流域年降水量小波方差图(图6)。横轴表示周期，纵轴表示小波方差。葫芦河干流上下游年径流量主周期主峰基本一致。上游年径流量变化的主周期为27 a，下游年径流量主周期为 26 a，葫芦河流域年降水量主周期为30 a。葫芦河上下游年径流量次周期次峰一致，均为12 a，葫芦河流域年降水量次周期为14 a。葫芦河流域年降水量的变化周期要比葫芦河干流上下游年径流量的变化周期稍长。

图6 小波方差图 Fig.6 Wavelet variance diagrams of runoff at Qin′an Hydrology Station and Jingning Hydrology Station and of precipitation in the Hulu River basin

3.3 突变性分析

运用Mann-Kendall检验法对葫芦河干流年径流量和年降水量进行突变检验，假定年径流和年降水变化稳定、 时间序列相互独立且保持相同连续分布，给定显著水平α=0.05，通过正态分布表得临界值u0.05=±1.96。静宁、 秦安水文站年径流量和葫芦河流域年降水量的统计量曲线UF、 UB和信度线见图7。

静宁水文站1958-1983年UF>0，年径流量上升，其中1966-1975年显著上升。1956-1957年和1984-2016年UF<0，年径流量下降，其中1991-2016年呈显著下降。年径流统计量曲线UF、 UB交点在置信区间的外面，无显著突变点。

2）提倡施用酵素菌沤制的堆肥或腐熟有机肥，增施磷钾肥，搞好氮磷钾合理搭配，增强小麦抗病力。速效氮不宜过多、过迟，防止小麦贪青晚熟，加重受害。

秦安水文站1958-1981年UF>0，年径流量上升，其中1966-1971年呈显著上升趋势。1956-1957年和1982-2016年UF<0，径流量下降，其中1991-2016年呈显著下降趋势。年径流统计量曲线UF、 UB在1988年相交在置信区间内，说明秦安站径流量在1988年发生了突变。

葫芦河流域年降水量在1958-1970年UF>0，降水量逐年上升，但上升趋势不显著。1956-1957年和1971-2016年UF<0，降水量逐年减少，其中1991-2016年呈显著下降趋势。UF、 UB交点在置信区间外，没有明显突变点。葫芦河流域径流和降水量突变分析见表3。

4 结论

本次分析研究采用葫芦河干流上游静宁水文站和下游秦安水文站年径流数据及其流域年降水量数据，对葫芦河年径流量和降水量的年际变化特征进行了系统分析，结果表明：

图7 葫芦河干流径流量和流域降水量M-K突变曲线 Fig.7 M-K mutation curve of the annual runoff and precipitation in the Hulu River basin: UF and UB of runoff in Jingning Hydrology Station (a), runoff in Qin′an Hydrology Station (b) and precipitation in the Hulu River basin (c)

表3 葫芦河干流径流和流域降水量突变分析表 Table 3 The mutation year, runoff significant increase phase and decrease phase in the Hulu River

水文站突变年份径流变化显著时段上升时段年限/a下降时段年限/a静宁站-1966-1975年91991-2016年26秦安站1988年1966-1971年51991-2016年26流域降水量---1991-2016年26

(1) 葫芦河上下游年径流量与流域年降水量变化趋势大体相对应，总体都呈下降趋势，但径流下降趋势比降水更明显，下游径流量的减少速率比上游更快。

(2) 在30 a时间尺度上，葫芦河上下游径流量均经历了“枯-丰-枯-丰-枯”5个循环交替，其流域年降水量经历了“丰-枯-丰-枯”4个循环交替。下游径流小周期的转换要比上游径流和流域降水更频繁，上下游径流量与其流域降水量变化周期的年份对应关系不好，径流的变化的主周期和次周期均小于降水的变化周期，说明径流较为多变，其影响因素较为复杂。

(3) 葫芦河下游年径流量在1988年发生了突变，而上游径流量和流域降水量均无明显的突变点； 上下游在1966年同时感知径流显著上升变化，但上游1975年结束，历时9 a，下游1971年结束，历时5 a，下游径流量明显上升持续的时间短于上游，而葫芦河流域降水量并没有明显上升变化； 上、 下游径流量和流域降水量都是从1991年开始明显下降，直到2016年，历时26 a。

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