南河子枯季径流分析

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  【摘  要】南河子沟位于宁夏中宁县黄河右岸东侧,系中宁县主要排水沟,沟脑发源于中宁县泉眼山东山麓,沟长40余公里,沟道平均比降为0.66‰。本区域属卫宁半干旱带向灵盐干旱带的过度区。年均排水量为2.673亿立方米。枯季为当年的12月份到来年的4月中旬。多年枯季径流占多年平均径流量的百分比为 5.9% 。枯季径流主要是前期农业灌溉退水(地表水和地下水)。
  本站为三类精度水文站,从1963年开始观测至今以有近四十年水文资料,枯季流量变化不大。枯季流量是否长期观测下去,需对枯季径流在时序上和平稳性上进行相关分析后确定。
  【关键词】南河子;枯季径流
  1.枯季径流系列在时序上趋势判断
  系列趋势的判断在统计学中有多种方法,今据斯波曼秩次相关检验。主要是分析序列Xt与时序t的相关关系。计算时,Xt用其秩次Rt(即把序列Xt从大到小排列时所对应的序号)代替。秩次相关系数为:
  
  式中n为序列长度,dt=Rt-t。秩次相关系数r值大,表明趋势显著。显著性判断采用t检验法。统计量公式由(2)式确定,其服从自由度为(n-2)的t分布。据水文规范规定显著性水平a取值为5%,则在t分布表中据自由度和显著性水平查得临界值Ta/2。秩次相关系数    计算结果见下表。
  由表中可知,统计量T≧Ta/2时,表明枯季各月径流在时序上有显著的对应关系。但趋势的显著程度怎样,系列是否存在间断点,若存在,证明间断点前后系列虽然有趋势的显著性,但不具备平稳性。
  2.系列间断点判定
  
  间断点判定主要是在序列中进行样本分割。利用有序聚类分析法推求最可能的干扰点τ,也就是最优间断点,使同类系列之间的离差平方和较小,而类与类之间的离差平方和较大。今对序列Xt(t=1,2,3,…..,n),分别推求干扰点τ前后两系列离差总和V与Vn-τ值。即公式(3)和公式(4)。总离差平方和为Sn(τ)=V+Vn-τ,计算Snж=min{ Sn(τ)}。满足上述条件的τ值就是最优间断点 。计算时,分别计算各月内系列的最优间断点,然后以各月径流占枯季径流的百分比为权重计算枯季径流量,再与最优间断点前后枯季径流相比较,取其量值接近年份为最优间断点年份。从计算结果得知,三月份间断点出现在八三年、十二月份出现在八一年、其它月份都出现在八二年。最后将间断点定为1982年。此年份与大型人类活动和农业灌溉政策变化相适应。
  3.间断点前后径流系列样本检验
  检验间断点前后两样本系列是否取自同一母体的方法有秩和检验法、游程检验法、参数检验法等方法。今用秩和检验法作统计分析。其思路是设两序列的总体分布函数各为F1(x)和F2(x),从总体中抽取容量各为n1=τ和n2=t-τ样本,要求检验F1(x)=  F2(x)是否成立。方法是将两样本数据依大小次序统一排列,规定每个数据在排列中所对应的序数为称为该数的秩,对于相同的数据取两者的均值作为秩,并记容量较小样本数据秩之和W为统计量。当n1、n2大于10时,统计量W近似正态分布,利用U检验法进行检验,其统计量U经下式计算:
  选择显著性水平a=0.05,查标准正态分布表得临界值U1-a/2,经计算│U│〉U1-a/2,F1(x)≠ F2(x)成立,即间断点前后样本不是来自同一母体,平稳性应在子样本系列中分析。
  4.子样本系列平稳性分析
  一般的方法是在系列均值、离差系数、均方差等参数中确认。当显著性水平为5%时、计算的各子样的标准误差,若均在允许范围内,就可认定系列具有平稳性。今以子样本系列的均值和离差系数进行计算。并以八二年后子样本系列为例计算。计算成果见下表。
  从表中数据可知:均值和Cv值的误差标准差都在3.0%之内,变化范围不大,而水文规范规定三类精度水文站,时段量标准差应小于5%,说明系列具有稳定性。
  5.结论
  根据上述分析,南河子枯季径流系列已从1982年起,分成两个子系列。而枯季各月径流量变化误差都在规范规定的允许范圍之内。因此可以停测,其月水量计算可通过子系列的多年均值进行计算。这样,可以节省人力、物力、财力,开展其他各项工作。
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