第２７卷第５期水文
水文ＨＹＤＲＯＬＯＧＹＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡ
Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．５
第２７卷Ｏｃｔ．，２００７
２００７年１０月
近４０年黄河中游径流情势变化分析
王
蕊１，夏
军２
（１．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉４３００７２；
２．中国科学院地理科学与资源研究所，北京１００１０１）
摘
要：２０世纪６０年代以来，黄河中游地区一系列大规模人类生产活动如引水灌溉、水土保持等，使得黄河中下游的径流
生态恶化和经济损失严重。本文以黄河中游的岔巴沟流域情势在过去的几十年里经历了较大的变化，造成流域水土流失、
为例，研究了１９５９～２０００年黄河中游地区人类活动对径流情势的影响。结果表明：流域径流在１９７８年受到水土保持活动的显著干扰，年径流量减少了３０％以上，且径流年际、年内变化均有所减小。此外，流域径流情势随淤地坝有起有落的发展过程出现了一系列相应的变化。
关键词：径流情势；黄河中游；流量历时曲线；变化分析中图分类号：Ｐ３３３．１
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－０８５２（２００７）０５－００７４－０４
１引言
黄河是中国第二大河，流经９省，长５４６４ｋｍ，流域面积
均每年约有２．２亿ｔ泥沙随着滚滚洪流输入黄河，占黄河年输沙量１６亿ｔ的１４％，是多年来黄河中游水土保持工作的重点地区。本文所研究的岔巴沟位于无定河流域西部的黄土丘陵沟壑区，见图１，集水面积１８７ｋｍ２，每逢暴雨干、支流均会出现较大的洪水和高含沙水流。
内蒙古高原、黄土高原和７５．２万ｋｍ２，从西到东横跨青藏高原、
黄淮海平原四个地貌单元。流域地势西高东低，西部河源地区由一系列高山组成，常年积雪，冰川地貌发育；东部主要由黄河冲积平原组成；中部地区流经世界上最大的黄土高原，由于黄土土质疏松、垂直节理发育，水土流失严重，导致了严重的生态恶化和经济损失。２０世纪６０年代以来黄河中游内进行了诸如修建水库、引水灌溉等大量的水事活动和土地开发、水土保持等一系列大规模生产活动，不同程度地改变了流域下垫面条件，使得它的径流情势在过去的几十年里经历了较大的变化，包括年径流量的减少，及更严重的断流和季节性断流［１－３］。
一个流域径流情势的变化是气候条件与下垫面共同作用的结果，充分了解径流情势、气候因素和人类作用间的关系对制定本文以黄河中游可持续的流域管理规划起到十分重要的作用［２］。
无定河水系水土保持重点治理区———岔巴沟为例，分析流域径流的年内变化和年际变化，推估水土保持措施对水文序列的显著影响干扰点，进而根据突变点前后两阶段水文序列特性的变化，来分析人类活动对该黄河中游径流情势的影响。
图１岔巴沟流域图
黄河中游大规模水土保持措施是人类活动导致黄河中游径流情势变化的一个主要因素。本文选取了无定河水土保持重点治理区岔巴沟为研究区域，根据岔巴沟流域１９５９～２０００年内年径流、年降雨序列及各项水保措施的占地面积随时间的变化情况来进行研究。岔巴沟流域水土保持治理工作始于１９５６年，主要措施主要为梯田、造林、种草和淤地坝。淤地坝是工程措施中的主要部分，对径流的影响相对比较迅速、明显。它的发展过
２
２．１
研究对象和方法
研究对象和资料
无定河是黄河中游河口镇—龙门区间右岸的最大支流，平
收稿日期：２００６－１１－１５
基金项目：国家自然科学基金项目（４０６７１０３５）
作者简介：王蕊（１９８２－），女，吉林通化人，武汉大学硕士研究生，主要从事水文及水资源研究。
第５期王蕊等：近４０年黄河中游径流情势变化分析７５
而判断该序列中是否有突变发生。当两个子序列样本单元数目
ｎ１≠ｎ２时，统计量为［４］：
ｔ＝
且
ｘ
１２
#
（４）
Ｓ＝
#
ｎ１ｓ１＋ｎ２ｓ２１２（５）
式中：ｘｓ２分别代表两个子序列样本的平均值和均方
由于突变点和它的位置是未知的，滑动ｔ检验不是将整个
程有起有落［４］，图２显示了岔巴沟流域１９５６～２０００年淤地坝占地面积随时间的变化。从图２可以看出，７０年代坝地面积显著增加，１９７７年到达最大，１９７８年左右大量淤堤坝被水毁，面积显著减少。
序列分为两个子序列进行ｔ检验，而是在原序列上滑动突变点，根据各个假设突变点的前和后长度为ｎ的两个子序列计算出多个统计量ｔ，取其中的最大绝对值进行统计量显著性检验。对给定的信度水平α，若计算所得的ｔ值大于ｔ分布表中查出的临界值，则该点可被认为是序列的突变点。
２．２趋势检验
目前，在时间序列数理统计分析方法中，坎德尔秩次相关检
２．４流量历时曲线
流量历时曲线（ＦＤＣ）定义为在某个时段内某个流量与大于
验法［５］是分析时间序列平稳性、检验趋势性的有效手段。
对序列ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ，先确定所有对偶值（ｘｉ，ｘｊ，ｊ＞ｉ）中ｘｉ＜ｘｊ的出现个数（设为Ｐ）。如果按顺序前进的值全部大于前一个值，则是一种上升趋势，Ｐ＝（ｎ－１）＋（ｎ－２）＋…１，系为等差级数，其总和如果序列全部倒过来，则Ｐ＝０，即为下降趋势。为Ｐ＝（ｎ－１）ｎ／２。检验是否存在趋势的统计量为：
等于该流量所对应的时间之间的相关关系，流量历时曲线的形状由降雨类型、流域大小和流域的地形特征来决定。ＦＤＣ在研究径流情势中应用很广，它综合地描述了某流域的径流从枯水到洪水整个阶段的全部特征，可以较好地反映流域的降雨径流特性。它也可以研究某频率下径流的变化，进而来评估由于人类活动和气候变化导致的径流情势的改变［８］。
!Ｕ＝［Ｖａｒ（!）］
式中，
（１）
３
（２）
计算结果
径流的年际变化
径流量的变化是流域径流情势变化的一个重要方面。采用
!＝４Ｐ－１ｎ（ｎ－１）
对于随机序列有Ｅ（!）＝０，则：
３．１
坎德尔秩次相关法对年径流序列和年降雨量进行趋势检验，统
（３）
计量计算结果见表１。当取显著性水平α＝０．０５时，临界值为
Ｖａｒ（!）＝２（２ｎ＋５）
９ｎ（ｎ－１）
１．６４５，则年径流序列有显著的下降趋势，年降雨量序列无显著
趋势。然后用滑动ｔ检验法检验年径流序列的突变点，计算可得：当取信度水平α＝０．１时，年径流序列在１９７８发生突变。若
当ｎ增加时，Ｕ很快收敛于标准正态分布。当原假设为该序列无趋势时，一般采用双侧检验，在给定信度水平α下，若Ｕ＞Ｕα／２，则拒绝原假设，即认为趋势是存在的，否则接受原假设，认为趋势不显著。
１９７８是年径流序列的突变点，则其前后的水文序列应无明显趋
势性。为进一步验证突变点的可靠性，对突变点前后两个时段的水文序列进行趋势性检验，表１中的检验结果进一步说明以
２．３突变检验方法
检验序列突变的方法很多，本文使用了滑动ｔ检验法［６］来推
１９７８年为年径流序列的突变点是合理的。
由表２中计算结果可知：１９７８～２０００年的年平均径流量比
估年径流序列的突变点。
ｔ检验［７］可用来检验两个序列样本平均值之差是否显著，从
表１
序列名称时段
坎德尔法
统计量值显著性
１９５９～１９７８年减少了３０％以上，年径流变差系数也由０．４８减少
１９５９￣２０００年年径流趋势检验结果表年径流量
年降雨量
１９５９￣２０００－２．４６＊＊
１９５９￣１９７７－０．７８ｎｓ
１９７８￣２０００－０．２ｎｓ
１９５９￣２０００－１．５７ｎｓ
１９５９￣１９７７０．４１ｎｓ
１９７８￣２００００．２３ｎｓ
注：
７６
水文第２７卷
表３指标
岔巴沟流域１９７８年前后月径流序列特性表
岔巴沟
到了０．３６。可见，１９７８年以后，年径流量和径流年际变化都比以前有所减小。
表２
年径流序列特性表
１９５６－１９７７１．４３３１０．６９１３．９３
１９７８－２０００１．３７１７４．５７２１６．１１３
５０ＣｖＱ５（万ｍ３）Ｑ９５（万ｍ３）
３．２径流的年内变化
径流的年内变化主要是受到降雨季节性变化、温度、流域管
但对于１０％～小来水，各年代径流量与６０年代比变化９０％的中、很小。
冬季理等的影响。由图３可以看出，流域径流量表现为夏季大、小，月径流量多集中在６～９月。３月份有一个小汛期，这可能与冰雪融水补给有关。１９７８年后，平均月径流量除了６月份比１９７８年前稍有增加，其他月份普遍减少，而且湿季（７～１０月）径流量的减少比较显著。
图３岔巴沟流域１９７８年前后两阶段月径流过程图
３．４流量历时曲线的变化
图４是岔巴沟流域１９７８年前后两阶段的月流量历时曲
线。从图中可以看出，同样频率下径流大多在减少，频率在
１５％～９５％之间的来水减少比较稳定。在极大或极小来水时，径
流的变化幅度较大。表３对两个阶段月径流序列的一些特性进行了比较。１９７８年以后，变差系数Ｃｖ比以前减少了４．１９％，
Ｑ５０减少２１．０６％，Ｑ５减少４３．８１％，Ｑ９５增加了１５．６７％。
表４列出了各年代的一些径流特性，数据表明：与其他年代相比，９０年代月径流序列的变差系数Ｃｖ最大。月平均径流量先逐渐减少到９０年代有所增加，且９０年代的Ｑ５和Ｑ９５恢复到与６０年代很接近。
表４６０￣９０年代年径流量特性表１９６０ｓ
１９７０ｓ
１９８０ｓ
１９９０ｓ
年代
图４１９７８年前后流量历时曲线对比图
月平均径流量（万ｍ３）９０．５４８．８６１．３４３１０．６９１３．９３
７３．２４９．２５１．４１２２８．１１１．２５
５７．９４４．０６０．８７１７６．７７１６．８７
６２．８３３．５７１．７４３５３．５５１３．３９
为了进一步探明径流变化规律，画出了６０￣９０年代的４条流量历时曲线，并用曲线表示出各频率下７０～９０年代相对于６０图６。图形表明：相对于６０年年代的所减少的径流量，见图５、
代，９０年代的曲线变化最大，７０年代和８０年代的曲线较接近，
Ｑ５０（万ｍ３）
ＣｖＱ５（
万ｍ３）Ｑ９５（万ｍ３）
第５期王蕊等：近４０年黄河中游径流情势变化分析
参考文献：
７７
４结论
［１］王渺林，郭生练．基于月水量平衡模型的黄河中游径流变化分析［Ｊ］．
西北水资源与水工程，１９９９，１０（７）：１－６．
（１）流域年径流序列减少趋势显著，并在１９７８年发生突变。
１９７８年以后，年径流量减少了３０％以上，年径流变差系数也由０．４８
减少到了０．３６，丰水年和枯水年的年径流相对来说变化比以前小。
（２）淤地坝是水保工程措施中的一个主要部分，工程措施对径流的影响相对比较迅速、明显。７０年代淤地坝坝地面积显著增加，１９７７年到达最大。可见，水保措施的加强，特别是大量淤地坝的修建可能是径流序列突变点在１９７８年的主要原因。
（３）１９７８年前后两阶段以及６０～９０各年代的流量历时曲线在中、小频率部分变化比较稳定，在极大或极小来水时，径流的小来水起到的调变化幅度较大，这可能是因为淤地坝一般对中、节作用较大。
（４）对比分析各年代的流量历时曲线可知：由于自６０年代以来人类生产活动加强，修建了大批淤地坝，造成６０年代以后径流逐渐减少；１９７７、１９７８年，８０％以上坝库遭水毁，随后淤地坝建设陷入低谷，且大部分淤地坝随时间渐渐被淤积，淤地坝对径流影响明显减小，因此７０年代和８０年代径流特征比较接近，到９０年代径流量有所增加，且９０年代频率９５％，５％的来水量向
［２］Ｌｉｕ，ＣＭ，Ｚｈｅｎｇ，ＨＸ．２００２．ＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｙｃｌｅｃｈａｎｇｅｓｉｎＣｈｉｎａ’ｓｌａｒｇｅｒ
ｒｉｖｅｒｂａｓｉｎ：ｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｄｒａｉｎｅｄｄｒｙ．ＩｎＣｌｉｍａｔｉｃＣｈａｎｇｅ：ＩｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌＣｙｃｌｅａｎｄｆｏｒＷａｔｅｒＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＢｅｎｉｓｔｉｏｎＭ．ＫｌｕｗｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ：２０９－２２４．
［３］ＨｅＸｉｕｂｉｎ，ＬｉＺｈａｎｂｉｎ，ＨａｏＭｉｎｇｄｅ，ｅｃｔ．Ｄｏｗｎ－ｓｃａｌｅａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｗａｔｅｒ
ｓｃａｒｃｉｔｙｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｓｏｉｌ–ｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｎＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕｏｆＣｈｉｎａ．［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙ．２００３，９４（３），３５５－３６１．
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６０年代同频率下的来水量接近。
ＣｈａｎｇｅｓｏｆＲｕｎｏｆｆＲｅｇｉｍｅｉｎｔｈｅＭｉｄｄｌｅＲｅａｃｈｅｓｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｉｎＲｅｃｅｎｔ４０Ｙｅａｒｓ
ＷＡＮＧＲｕｉ１，ＸＩＡＪｕｎ２
（１．ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｓｅａｒｃｈ，ＣＡＳ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｈａｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｈａｎｇｅｓｉｎｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｇｉｍｅｉｎｒｅｃｅｎｔ４０ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｓｅｃｈａｎｇｅｓｈａｖｅｓｅｒｉｏｕｓｉｍｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎｓｆｏｒｗａｔｅｒａｎｄｓｏｉｌｌｏｓｓｅｓ，ｅｃｏｌｏｇｉｃｃｒｉｓｉｓ，ａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｌｏｓｓｅｓ．ＴｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｏｆｒｕｎｏｆｆｒｅｇｉｍｅｉｎｔｈｅＣｈａｂａｇｏｕＢａｓｉｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄｆｒｏｍ１９５６ｔｏ１９９９ｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｈａｎｇｅｐｏｉｎｔｏｆｒｕｎｏｆｆａｐｐｅａｒｅｄｉｎ１９７８，ａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｍａｉｎｌｙｄｕｅｔｏｓｏｉｌ－ｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｒｕｎｏｆｆｒｅｄｕｃｅｄｂｙ３０％ｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｉｎｔｈｅｐｅｒｉｏｄｂｅｆｏｒｅ１９７８．Ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｎｎｕａｌｒｕｎｏｆｆｗａｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｅｒａｎｎｕａｌａｎｄｉｎｔｒａａｎｎｕａｌｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｒｕｎｏｆｆ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｇｉｍｅｏｆｔｈｅｂａｓｉｎｃｈａｎｇｅｄｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｌｙｗｉｔｈｔｈｅｕｐａｎｄｄｏｗｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔ－ｔｒａｐｐｉｎｇｄａｍｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｕｎｏｆｆｒｅｇｉｍｅ；ｍｉｄｄｌｅｒｅａｃｈｅｓｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ；ｆｌｏｗｄｕｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅ；ｃｈａｎｇｅａｎａｌｙｚｉｎｇ
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第４５页）
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｏｄｉｆｉｅｄＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍＡｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎＬｏｎｇ－ＴｅｒｍＯｐｔｉｍａｌＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＣａｓｃａｄｅ
ＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎｓ
ＺＨＵＦｅｎｇ－ｘｉａ，ＸＩＯＮＧＬｉ－ｈｕａ，ＧＡＯＳｈｉ－ｃｈｕｎ，ＡＩＸｕｅ－ｓｈａｎ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＰＳＯ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓａｓｉｍｐｌｅａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈａｔＰＳＯｉｓｅａｓｙｔｏｔｒａｐｉｎｌｏｃａｌｏｐｔｉｍａａｎｄｃａｎ’ｔｆｉｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄａｍｏｄｉｆｉｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＭＰＳＯ）ａｌｇｏ－ｒｉｔｈｍ，ｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｔｏｕｒｎａｍｅｎｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄａｌｓｏａｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅｉｎｅｒｔｉａｗｅｉｇｈｉｎｔｏｔｈｅｂａｓｉｃＰＳＯ．ＴｈｅＭＰＳＯａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｈｅｎｗａｓａｐ－ｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｓｃａｄｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｒｅａｃｈｅｓｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ．ＴｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＭＰＳＯｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｅｏｆｔｈｅｂａｓｉｃＰＳＯａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｌａｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｈａｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓＭＰＳＯ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅＭＰＳＯ，ａｓａｎｅｗａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｔｏｕｒｎａｍｅｎｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；ｉｎｅｒｔｉａｗｅｉｇｈ；ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
第２７卷第５期水文
水文ＨＹＤＲＯＬＯＧＹＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡ
Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．５
第２７卷Ｏｃｔ．，２００７
２００７年１０月
近４０年黄河中游径流情势变化分析
王
蕊１，夏
军２
（１．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉４３００７２；
２．中国科学院地理科学与资源研究所，北京１００１０１）
摘
要：２０世纪６０年代以来，黄河中游地区一系列大规模人类生产活动如引水灌溉、水土保持等，使得黄河中下游的径流
生态恶化和经济损失严重。本文以黄河中游的岔巴沟流域情势在过去的几十年里经历了较大的变化，造成流域水土流失、
为例，研究了１９５９～２０００年黄河中游地区人类活动对径流情势的影响。结果表明：流域径流在１９７８年受到水土保持活动的显著干扰，年径流量减少了３０％以上，且径流年际、年内变化均有所减小。此外，流域径流情势随淤地坝有起有落的发展过程出现了一系列相应的变化。
关键词：径流情势；黄河中游；流量历时曲线；变化分析中图分类号：Ｐ３３３．１
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－０８５２（２００７）０５－００７４－０４
１引言
黄河是中国第二大河，流经９省，长５４６４ｋｍ，流域面积
均每年约有２．２亿ｔ泥沙随着滚滚洪流输入黄河，占黄河年输沙量１６亿ｔ的１４％，是多年来黄河中游水土保持工作的重点地区。本文所研究的岔巴沟位于无定河流域西部的黄土丘陵沟壑区，见图１，集水面积１８７ｋｍ２，每逢暴雨干、支流均会出现较大的洪水和高含沙水流。
内蒙古高原、黄土高原和７５．２万ｋｍ２，从西到东横跨青藏高原、
黄淮海平原四个地貌单元。流域地势西高东低，西部河源地区由一系列高山组成，常年积雪，冰川地貌发育；东部主要由黄河冲积平原组成；中部地区流经世界上最大的黄土高原，由于黄土土质疏松、垂直节理发育，水土流失严重，导致了严重的生态恶化和经济损失。２０世纪６０年代以来黄河中游内进行了诸如修建水库、引水灌溉等大量的水事活动和土地开发、水土保持等一系列大规模生产活动，不同程度地改变了流域下垫面条件，使得它的径流情势在过去的几十年里经历了较大的变化，包括年径流量的减少，及更严重的断流和季节性断流［１－３］。
一个流域径流情势的变化是气候条件与下垫面共同作用的结果，充分了解径流情势、气候因素和人类作用间的关系对制定本文以黄河中游可持续的流域管理规划起到十分重要的作用［２］。
无定河水系水土保持重点治理区———岔巴沟为例，分析流域径流的年内变化和年际变化，推估水土保持措施对水文序列的显著影响干扰点，进而根据突变点前后两阶段水文序列特性的变化，来分析人类活动对该黄河中游径流情势的影响。
图１岔巴沟流域图
黄河中游大规模水土保持措施是人类活动导致黄河中游径流情势变化的一个主要因素。本文选取了无定河水土保持重点治理区岔巴沟为研究区域，根据岔巴沟流域１９５９～２０００年内年径流、年降雨序列及各项水保措施的占地面积随时间的变化情况来进行研究。岔巴沟流域水土保持治理工作始于１９５６年，主要措施主要为梯田、造林、种草和淤地坝。淤地坝是工程措施中的主要部分，对径流的影响相对比较迅速、明显。它的发展过
２
２．１
研究对象和方法
研究对象和资料
无定河是黄河中游河口镇—龙门区间右岸的最大支流，平
收稿日期：２００６－１１－１５
基金项目：国家自然科学基金项目（４０６７１０３５）
作者简介：王蕊（１９８２－），女，吉林通化人，武汉大学硕士研究生，主要从事水文及水资源研究。
第５期王蕊等：近４０年黄河中游径流情势变化分析７５
而判断该序列中是否有突变发生。当两个子序列样本单元数目
ｎ１≠ｎ２时，统计量为［４］：
ｔ＝
且
ｘ
１２
#
（４）
Ｓ＝
#
ｎ１ｓ１＋ｎ２ｓ２１２（５）
式中：ｘｓ２分别代表两个子序列样本的平均值和均方
由于突变点和它的位置是未知的，滑动ｔ检验不是将整个
程有起有落［４］，图２显示了岔巴沟流域１９５６～２０００年淤地坝占地面积随时间的变化。从图２可以看出，７０年代坝地面积显著增加，１９７７年到达最大，１９７８年左右大量淤堤坝被水毁，面积显著减少。
序列分为两个子序列进行ｔ检验，而是在原序列上滑动突变点，根据各个假设突变点的前和后长度为ｎ的两个子序列计算出多个统计量ｔ，取其中的最大绝对值进行统计量显著性检验。对给定的信度水平α，若计算所得的ｔ值大于ｔ分布表中查出的临界值，则该点可被认为是序列的突变点。
２．２趋势检验
目前，在时间序列数理统计分析方法中，坎德尔秩次相关检
２．４流量历时曲线
流量历时曲线（ＦＤＣ）定义为在某个时段内某个流量与大于
验法［５］是分析时间序列平稳性、检验趋势性的有效手段。
对序列ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ，先确定所有对偶值（ｘｉ，ｘｊ，ｊ＞ｉ）中ｘｉ＜ｘｊ的出现个数（设为Ｐ）。如果按顺序前进的值全部大于前一个值，则是一种上升趋势，Ｐ＝（ｎ－１）＋（ｎ－２）＋…１，系为等差级数，其总和如果序列全部倒过来，则Ｐ＝０，即为下降趋势。为Ｐ＝（ｎ－１）ｎ／２。检验是否存在趋势的统计量为：
等于该流量所对应的时间之间的相关关系，流量历时曲线的形状由降雨类型、流域大小和流域的地形特征来决定。ＦＤＣ在研究径流情势中应用很广，它综合地描述了某流域的径流从枯水到洪水整个阶段的全部特征，可以较好地反映流域的降雨径流特性。它也可以研究某频率下径流的变化，进而来评估由于人类活动和气候变化导致的径流情势的改变［８］。
!Ｕ＝［Ｖａｒ（!）］
式中，
（１）
３
（２）
计算结果
径流的年际变化
径流量的变化是流域径流情势变化的一个重要方面。采用
!＝４Ｐ－１ｎ（ｎ－１）
对于随机序列有Ｅ（!）＝０，则：
３．１
坎德尔秩次相关法对年径流序列和年降雨量进行趋势检验，统
（３）
计量计算结果见表１。当取显著性水平α＝０．０５时，临界值为
Ｖａｒ（!）＝２（２ｎ＋５）
９ｎ（ｎ－１）
１．６４５，则年径流序列有显著的下降趋势，年降雨量序列无显著
趋势。然后用滑动ｔ检验法检验年径流序列的突变点，计算可得：当取信度水平α＝０．１时，年径流序列在１９７８发生突变。若
当ｎ增加时，Ｕ很快收敛于标准正态分布。当原假设为该序列无趋势时，一般采用双侧检验，在给定信度水平α下，若Ｕ＞Ｕα／２，则拒绝原假设，即认为趋势是存在的，否则接受原假设，认为趋势不显著。
１９７８是年径流序列的突变点，则其前后的水文序列应无明显趋
势性。为进一步验证突变点的可靠性，对突变点前后两个时段的水文序列进行趋势性检验，表１中的检验结果进一步说明以
２．３突变检验方法
检验序列突变的方法很多，本文使用了滑动ｔ检验法［６］来推
１９７８年为年径流序列的突变点是合理的。
由表２中计算结果可知：１９７８～２０００年的年平均径流量比
估年径流序列的突变点。
ｔ检验［７］可用来检验两个序列样本平均值之差是否显著，从
表１
序列名称时段
坎德尔法
统计量值显著性
１９５９～１９７８年减少了３０％以上，年径流变差系数也由０．４８减少
１９５９￣２０００年年径流趋势检验结果表年径流量
年降雨量
１９５９￣２０００－２．４６＊＊
１９５９￣１９７７－０．７８ｎｓ
１９７８￣２０００－０．２ｎｓ
１９５９￣２０００－１．５７ｎｓ
１９５９￣１９７７０．４１ｎｓ
１９７８￣２００００．２３ｎｓ
注：
７６
水文第２７卷
表３指标
岔巴沟流域１９７８年前后月径流序列特性表
岔巴沟
到了０．３６。可见，１９７８年以后，年径流量和径流年际变化都比以前有所减小。
表２
年径流序列特性表
１９５６－１９７７１．４３３１０．６９１３．９３
１９７８－２０００１．３７１７４．５７２１６．１１３
５０ＣｖＱ５（万ｍ３）Ｑ９５（万ｍ３）
３．２径流的年内变化
径流的年内变化主要是受到降雨季节性变化、温度、流域管
但对于１０％～小来水，各年代径流量与６０年代比变化９０％的中、很小。
冬季理等的影响。由图３可以看出，流域径流量表现为夏季大、小，月径流量多集中在６～９月。３月份有一个小汛期，这可能与冰雪融水补给有关。１９７８年后，平均月径流量除了６月份比１９７８年前稍有增加，其他月份普遍减少，而且湿季（７～１０月）径流量的减少比较显著。
图３岔巴沟流域１９７８年前后两阶段月径流过程图
３．４流量历时曲线的变化
图４是岔巴沟流域１９７８年前后两阶段的月流量历时曲
线。从图中可以看出，同样频率下径流大多在减少，频率在
１５％～９５％之间的来水减少比较稳定。在极大或极小来水时，径
流的变化幅度较大。表３对两个阶段月径流序列的一些特性进行了比较。１９７８年以后，变差系数Ｃｖ比以前减少了４．１９％，
Ｑ５０减少２１．０６％，Ｑ５减少４３．８１％，Ｑ９５增加了１５．６７％。
表４列出了各年代的一些径流特性，数据表明：与其他年代相比，９０年代月径流序列的变差系数Ｃｖ最大。月平均径流量先逐渐减少到９０年代有所增加，且９０年代的Ｑ５和Ｑ９５恢复到与６０年代很接近。
表４６０￣９０年代年径流量特性表１９６０ｓ
１９７０ｓ
１９８０ｓ
１９９０ｓ
年代
图４１９７８年前后流量历时曲线对比图
月平均径流量（万ｍ３）９０．５４８．８６１．３４３１０．６９１３．９３
７３．２４９．２５１．４１２２８．１１１．２５
５７．９４４．０６０．８７１７６．７７１６．８７
６２．８３３．５７１．７４３５３．５５１３．３９
为了进一步探明径流变化规律，画出了６０￣９０年代的４条流量历时曲线，并用曲线表示出各频率下７０～９０年代相对于６０图６。图形表明：相对于６０年年代的所减少的径流量，见图５、
代，９０年代的曲线变化最大，７０年代和８０年代的曲线较接近，
Ｑ５０（万ｍ３）
ＣｖＱ５（
万ｍ３）Ｑ９５（万ｍ３）
第５期王蕊等：近４０年黄河中游径流情势变化分析
参考文献：
７７
４结论
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（１）流域年径流序列减少趋势显著，并在１９７８年发生突变。
１９７８年以后，年径流量减少了３０％以上，年径流变差系数也由０．４８
减少到了０．３６，丰水年和枯水年的年径流相对来说变化比以前小。
（２）淤地坝是水保工程措施中的一个主要部分，工程措施对径流的影响相对比较迅速、明显。７０年代淤地坝坝地面积显著增加，１９７７年到达最大。可见，水保措施的加强，特别是大量淤地坝的修建可能是径流序列突变点在１９７８年的主要原因。
（３）１９７８年前后两阶段以及６０～９０各年代的流量历时曲线在中、小频率部分变化比较稳定，在极大或极小来水时，径流的小来水起到的调变化幅度较大，这可能是因为淤地坝一般对中、节作用较大。
（４）对比分析各年代的流量历时曲线可知：由于自６０年代以来人类生产活动加强，修建了大批淤地坝，造成６０年代以后径流逐渐减少；１９７７、１９７８年，８０％以上坝库遭水毁，随后淤地坝建设陷入低谷，且大部分淤地坝随时间渐渐被淤积，淤地坝对径流影响明显减小，因此７０年代和８０年代径流特征比较接近，到９０年代径流量有所增加，且９０年代频率９５％，５％的来水量向
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ＷＡＮＧＲｕｉ１，ＸＩＡＪｕｎ２
（１．ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｓｅａｒｃｈ，ＣＡＳ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｈａｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｈａｎｇｅｓｉｎｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｇｉｍｅｉｎｒｅｃｅｎｔ４０ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｓｅｃｈａｎｇｅｓｈａｖｅｓｅｒｉｏｕｓｉｍｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎｓｆｏｒｗａｔｅｒａｎｄｓｏｉｌｌｏｓｓｅｓ，ｅｃｏｌｏｇｉｃｃｒｉｓｉｓ，ａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｌｏｓｓｅｓ．ＴｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｏｆｒｕｎｏｆｆｒｅｇｉｍｅｉｎｔｈｅＣｈａｂａｇｏｕＢａｓｉｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄｆｒｏｍ１９５６ｔｏ１９９９ｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｈａｎｇｅｐｏｉｎｔｏｆｒｕｎｏｆｆａｐｐｅａｒｅｄｉｎ１９７８，ａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｍａｉｎｌｙｄｕｅｔｏｓｏｉｌ－ｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅａｎｎｕａｌｒｕｎｏｆｆｒｅｄｕｃｅｄｂｙ３０％ｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｉｎｔｈｅｐｅｒｉｏｄｂｅｆｏｒｅ１９７８．Ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｎｎｕａｌｒｕｎｏｆｆｗａｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｅｒａｎｎｕａｌａｎｄｉｎｔｒａａｎｎｕａｌｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｉｎｒｕｎｏｆｆ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｇｉｍｅｏｆｔｈｅｂａｓｉｎｃｈａｎｇｅｄｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｌｙｗｉｔｈｔｈｅｕｐａｎｄｄｏｗｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔ－ｔｒａｐｐｉｎｇｄａｍｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｕｎｏｆｆｒｅｇｉｍｅ；ｍｉｄｄｌｅｒｅａｃｈｅｓｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ；ｆｌｏｗｄｕｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅ；ｃｈａｎｇｅａｎａｌｙｚｉｎｇ
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第４５页）
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｏｄｉｆｉｅｄＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍＡｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎＬｏｎｇ－ＴｅｒｍＯｐｔｉｍａｌＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＣａｓｃａｄｅ
ＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎｓ
ＺＨＵＦｅｎｇ－ｘｉａ，ＸＩＯＮＧＬｉ－ｈｕａ，ＧＡＯＳｈｉ－ｃｈｕｎ，ＡＩＸｕｅ－ｓｈａｎ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＰＳＯ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓａｓｉｍｐｌｅａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈａｔＰＳＯｉｓｅａｓｙｔｏｔｒａｐｉｎｌｏｃａｌｏｐｔｉｍａａｎｄｃａｎ’ｔｆｉｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄａｍｏｄｉｆｉｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＭＰＳＯ）ａｌｇｏ－ｒｉｔｈｍ，ｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｔｏｕｒｎａｍｅｎｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄａｌｓｏａｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅｉｎｅｒｔｉａｗｅｉｇｈｉｎｔｏｔｈｅｂａｓｉｃＰＳＯ．ＴｈｅＭＰＳＯａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｈｅｎｗａｓａｐ－ｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｓｃａｄｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒｒｅａｃｈｅｓｏｆｔｈｅＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ．ＴｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＭＰＳＯｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｅｏｆｔｈｅｂａｓｉｃＰＳＯａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｌａｎｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｈａｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓＭＰＳＯ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅＭＰＳＯ，ａｓａｎｅｗａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｔｏｕｒｎａｍｅｎｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；ｉｎｅｒｔｉａｗｅｉｇｈ；ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ