大凌河流域上游水资源变化趋势及成因研究

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1、第31卷第4期水文Vol．31No．42011年8月JOURNALOFCHINAHYDROLOGYAug．,2011大凌河流域上游水资源变化趋势及成因研究1,21张丹，周惠成（1．大连理工大学建设工程学部，辽宁大连116024；2．辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003）摘要：R/S和Mann-Kendall都是用来研究径流和降雨变化的常用方法，R/S方法可以揭示序列的水文特征和变异点，但不能说明研究对象未来的变化趋势；Mann-Kendall可以检验水文序列趋势和变化的程度，但不能预测水文时间序列未来的趋势特征。针对R/S和Mann-Kendall法在

2、水文变化趋势分析中的优点和不足，提出了二者相结合的水文变化趋势特征分析，并将其应用于大凌河流域上游的水资源变化趋势分析中。研究表明，R/S和Mann-Kendall综合分析法较好地揭示了降水和径流的变异点，也揭示出降水变化趋势不明显，径流呈现较为显著的下降趋势。本文对径流和降水不对称的相应关系及其成因进行了分析，得出流域内大量的水利工程截留和人类活动取用水成为径流显著下降的主要驱动因素。关键词：R/S；Mann-Kendall；大凌河流域；人类活动中图分类号：P333文献标识码：A文章编号：1000-0852(2011)04-0081-07但不能说明趋势是上升还

3、是下降；Mann-Kendall不仅引言可以检验时间序列的趋势上升还是下降，而且还可以随着我国人口的增长和社会经济的发展，人类的说明趋势变化的程度，但不能揭示水文时间序列未来频繁活动改变了下垫面的特征，也改变了流域的水文的趋势特征。本文根据R/S和Mann-Kendall各自的不形态，导致流域的水旱灾害频繁发生。尤其是2009年足和特征，综合二者来研究大凌河上游的降水和径流以来，中国15个省市发生的大面积干旱，更致使人们变化趋势，并对径流的影响因素进行了分析。对水文要素产生的突变点显得手足无措。因而，深入水1研究方法文要素变化趋势分析，探求其变化原因不但有利于流

4、域生态环境建设，而且对于解决区域干旱、实现水资源1.1R/S法可持续开发利用都具有重要意义。变标度极差分析法（RescaledRangeAnalysis）即众多学者的研究表明，降雨量的时空分布、径流的R/S分析法，最早是由英国科学家H.E.Hurst在研究[1]变化都具有分形和趋势特征。Zhou用R/S法分析了径尼罗河多年水文观测资料时提出的一种新的统计方[2][7]流的分形特点，王孝礼等将R/S法用于水文时间序列法。它的原意是不规则的、支离破碎的物体，局部和[3][8]分析，Kimpel等用Mann-Kendall法分析尼泊尔全国整体有某种方式相似的形。R/S

5、分形理论在地貌形态、[4]降雨量，徐宗学等用Mann-Kendall法分析黄河流域地震活动和细胞繁殖、径流等方面都获得了可喜的应[9-11][12]年降雨。R/S方法可以揭示序列的水文特征和变异点，用。吴鸿亮对黑河径流系列研究表明许多自然现收稿日期：2010-07-13基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重点项目（2007BAB28B01）作者简介：张丹（1981-），女，辽宁铁岭人，博士生，主要从事水文水资源研究。E-mail：zhangdan_0915@126.com通讯作者：周惠成（1958-），男，吉林农安人，教授，博士生导师，主要从事水文水资源研究。8

6、2水文第31卷象看似杂乱无章、毫无瓜葛，利用R/S分析法可以得双边趋势检验，给定显著水平α，若Z燮Z，接受原α/2出其中的部分规律。假设，序列变化趋势不显著；Z＞Z，拒绝原假设，则α/2基本思想是改变样本序列的时间尺度，研究其在原序列具有显著的变化趋势。当Z为正值表示增加趋不同尺度范围内的统计规律，从而进行大小时间尺度势，负值则表示下降趋势。[13][14]间的相互转换。它的基本原理如下：在趋势检验中，原假设H表示数据集x的数据样设在时间序列x（t）（其中t=1，2，…）的均值序列为：1燮t燮τ本独立同分布，没有趋势存在。可选假设H1表示数据τ1集中存在一个单调

7、的趋势。Mann-Kendall统计检验如y（τ）=Σx（t）τ=1，2，…（1）τt=1下：τn-1n离差为：F（t，τ）=Σx（t）-y（τ）1燮t燮τ（2）S=ΣΣsgn（xk-xi）（1燮i＜k燮n）（6）i=1k=i+1t=1△极差为：R（τ）=maxF（t，τ）-minF（t，τ）（3）△1ifxk-xi＞0△△1燮t燮τ1燮t燮τ△△sgn（x-x）=△0ifxk-xi=0（7）ki△1/2△τ△△△-1ifx-x＜02△ki标准差为：S（τ）=燮1Σ（x（t）-y（τ））燮τ=1，2，…（4）△τt=1△S-1△ifS＞0△△姨var（S）研究发

8、现，极差和标准差即R（τ