河南省新鄉市衛河流域洪水變化規律研究

楊展飛

（河南省新鄉水文水資源勘測局，河南 新鄉 453000）

0 引言

衛河是海河水系南運河的支流， 發源于山西太行山脈，流經河南新鄉、鶴壁、安陽，沿途接納淇河、安陽河等， 至河北館陶與漳河匯合稱漳衛河、 衛運河，最后再流經山東臨清入南運河，至天津入海河，又在滄縣南被開挖成捷地減河，引洪水直接入海［1］。新鄉市衛河流域位于海河流域上游， 近年來水旱災害頻發，洪水變化規律較為復雜，給防汛抗旱工作帶來一定影響。 筆者試采用統計學方法對新鄉市衛河流域內54 年的洪水數據進行分析，探討其洪水變化規律，以期對新鄉市的防汛抗旱工作提供參考。

1 區域概況

新鄉市地處河南省北部、黃河中下游地區，地理坐標為北緯34°53′～35°15′、東經113°23′～114°19′之間。 該區屬暖溫帶南部大陸性季風氣候，四季分明，春季干燥，夏季炎熱，秋季晝夜溫差大，冬季寒冷、降水少，常年平均氣溫約為14 ℃，年平均日照時數約為2 400 h，全年無霜期約為210 d，年平均降水量約為611 mm，降水量年際變化較大，年內分配不均，7～9 月的降水量占全年降水量的70%以上。

衛河是海河流域的一大支流，全長344.50 km，流域面積為14 970 km2（其中河南省境內河長286.50 km，流域面積為14 580 km2）。 本文研究的衛河流域地形從西北向東南呈臺階式下降， 主要地貌類型有：山地、山前丘陵崗地、山前傾斜平原、山前交接洼地等。該流域山區面積約占總流域面積的60%，左岸支流均發源于太行山東麓，呈梳齒狀匯入干流，較大支流有大沙河、石門河、百泉河、滄河、淇河等，右岸較大支流有大獅澇河，東、西孟姜女河，人民勝利渠等。

2 研究方法

收集研究區域衛河及共產主義渠干流7 個水文站點 （包括安陽市的2 個測站）1963～2016 年共計54 年的逐日流量數據， 分別計算逐年最大1 日、3日、7 日、15 日、30 日洪水數據， 然后對數據系列進行統計學分析。

2.1 線性分析

通過對逐年數據系列進行線性擬合和5 年滑動平均過程線分析，判斷數據整體的變化趨勢。線性方程的斜率為正，說明整體趨勢為上升；斜率為負，說明整體趨勢下降。

2.2 變差系數分析

計算數據系列的均值以及變差系數CV，判斷數據偏離均值的程度， 用以說明洪水的年際變化。 當CV值大于0.8，說明系列年際變化大［2］。 對于一個有n 個數據的水文序列，CV計算公式為式（1）。

2.3 Mann-Kendall 趨勢檢驗和Mann-Kendall 非參數檢驗

3 洪水變化規律

3.1 最大1 日洪水量變化情況

根據資料繪制1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大1 日洪水（W1）過程線以及5 a 滑動平均過程線，結果如圖1 所示。

圖1 1956～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大1 日洪水變化情況Fig.1 The biggest flood change condition of one day of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

從圖1 可知，W1數據系列的線性擬合方程斜率為-0.017。 這說明，在研究時段內，新鄉市衛河流域逐年最大1 日洪水總量整體變化趨勢為下降， 年均下降約為0.017 億m3。 由5 a 滑動平均過程線可以看出， 新鄉市衛河流域逐年最大1 日洪水總量變化趨勢為先上升后下降， 但過程中存在較為明顯的波動。 整體變化的分界點為1977 年，之前上升趨勢較為明顯，之后則下降的趨勢比較明顯。

W1數據系列的多年平均值為0.599 2 億m3，變差系數CV較大約為1.137。 這說明，研究時段內，新鄉市衛河流域逐年最大1 日洪水總量變化較大，數據偏離均值較遠。 其中，1963 年的最大1 日洪水總量最大， 為3.192 億m3，2015 年最大1 日洪水總量最小，僅為0.088 2 億m3，兩者相差超過35 倍。

圖2 1956-2016 年新鄉市衛河流域逐年最大1 日洪水MK 檢驗Fig.2 The biggest flood M-K test of one day of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

3.2 最大3 日洪水總量變化情況

根據資料繪制1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大3 日洪水總量（W3）的過程線和5a 滑動平均過程線，結果如圖3 所示。

圖3 1956～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大3 日洪水總量變化情況Fig.3 The biggest overall flood change condition of three days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

從圖3 可以看出，W3數據系列線性擬合方程的斜率為-0.044。 這說明，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大3 日洪水總量的整體變化趨勢為下降， 年均下降約0.044 億m3。 由5a 滑動平均過程線也可以看出，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大3 日洪水總量的整體變化趨勢為先上升后下降， 但過程中存在較為明顯的波動。 整體變化的分界點為1977 年，之前上升趨勢較為明顯，之后則下降的趨勢比較明顯。

W3數據系列的多年平均值為1.539 億m3，變差系數CV約為1.147， 變差系數較大。 這說明，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大3 日洪水總量變化較大，數據偏離均值較遠。其中，1963 年最大3 日洪水總量最大，為8.425 億m3，2015 年最大3 日洪水總量最小，僅為0.221 億m3，兩者相差近40 倍。

圖4 1956～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大3 日洪水MK 檢驗Fig.4 The biggest flood M-K test of three days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

3.3 最大7 日洪水總量

根據資料繪制1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大7 日洪水總量（W7）的過程線以及5a 滑動平均過程線，結果如圖5 所示。

圖5 1956～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大7 日洪水總量變化情況Fig.5 The biggest overall flood change condition of seven days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

從圖5 可以看出，W7數據系列的線性擬合方程斜率為-0.076。這說明，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大7 日洪水總量的整體趨勢為下降，年均下降約為0.076 億m3。 由5a 滑動平均過程線可以看出，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大7 日洪水總量的整體變化趨勢為先上升后下降，但過程中存在較為明顯的波動。整體變化的分界點為1977 年，之前上升趨勢較為明顯，之后則下降的趨勢比較明顯。

W7數據系列的多年平均值為2.703 億m3，變差系數CV約為1.177， 變差系數較大。 這說明，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大7 日洪水總量變化較大，數據偏離均值較遠。 其中，1963 年最大7 日洪水總量最大， 為16.19 億m3，2015 年最大7 日洪水總量最小，僅為0.409 億m3，兩者相差超過40 倍。

圖6 1956～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大7 日洪水總量M－K 檢驗Fig.6 The biggest flood M-K test of seven days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

3.4 最大15 日洪水總量

根據資料繪制1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大15 日洪水總量（W15）的過程線以及5a 滑動平均過程線，結果如圖7 所示。

從圖7 可以看出，W15數據系列的線性擬合方程斜率為-0.111。 這說明，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大15 日洪水總量的整體變化趨勢為下降，年均下降約0.111 億m3。 由5a 滑動平均過程線也可以看出，W15整體變化趨勢為先上升后下降，但過程中存在較為明顯的波動。 整體變化的分界點為1976 年，之前上升趨勢較為明顯，之后則下降的趨勢比較明顯。

圖7 1956～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大15 日洪水總量變化情況Fig.7 The biggest overall flood change condition of fifteen days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

W15數據系列的多年平均值為4.005 億m3，變差系數CV約為1.116，變差系數較大。 這說明，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大15 日洪水總量變化較大，數據偏離均值較遠。 其中，1963 年最大15 日洪水總量最大， 為24.87 億m3，2015 年最大15 日洪水總量最小，僅為0.743 億m3，兩者相差超過35 倍。

圖8 1956～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大15 日洪水總量M－K 檢驗Fig.8 The biggest flood M-K test of fifteen days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

3.5 最大30 日洪水總量

根據資料繪制1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大30 日洪水總量（W30）的過程線以及5a 滑動平均過程線，結果如圖9 所示。

圖9 1956～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大30 日洪水總量變化情況Fig.9 The biggest overall flood change condition of thirty days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

從圖9 可以看出，W30數據系列的線性擬合方程斜率為-0.146。 這說明，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大30 日洪水總量的整體變化趨勢為下降，年均下降約0.146 億m3。 由5a 滑動平均過程線也可以看出，W30整體變化趨勢為先上升后下降，但過程中存在較為明顯的波動。 整體變化的分界點為1975 年，之前上升趨勢較為明顯，之后則下降的趨勢比較明顯。

W30數據系列的多年平均值為5.727 億m3，變差系數CV約為0.994 9， 變差系數較大。 這說明，1963～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大30 日洪水總量變化較大，數據偏離均值較遠。 其中，1963 年最大30 日洪水總量最大，為32.77 億m3，2015 年最大30 日洪水總量最小，僅為1.298 億m3，兩者相差超過25 倍。

圖10 1956～2016 年新鄉市衛河流域逐年最大30 日洪水總量M－K 檢驗Fig.10 The biggest flood M-K test of thirty days of each year of Weihe basin of Xinxiang city from 1956-2016

4 結語

通過對新鄉市衛河流域1956～2016 年逐年最大1 日、3 日、7 日、15 日、30 日洪水總量分析， 得出以下結論：新鄉市衛河流域最大1 日、3 日、7 日、15日、30 日洪水總量的整體趨勢均為下降， 且下降趨勢顯著； 洪水總量年際波動較大， 變差系數均在0.99 以上；洪水總量變化過程在1983 年發生突變。