日骆希珊
秦年秀1, 2 姜 彤1 原 峰1，2
（1:中国科学院南京地理与湖泊研究所，南京 210008;2:中国科学院研究生院，北京 100039 ）
提 要 利用M-K相关分析方法和大通站1950-2000年逐月径流资料，研究了长江下游干流
径流的趋势变化.研究结果表明：1950s以来长江下游径流量呈增加趋势，1990s平均径流量
(30415.3m/s)比所有其他年代平均径流都大，为近50a以来的最大值；就季节和月份而言，秋
季径流明显减少；夏、冬两季径流量，增加的趋势明显，尤以冬季枯水季节径流增加最为突出.
洪水、枯水季节径流增加明显，但以枯水季节径流增加占优势.冬季枯水径流的增加，可能在
一定程度上能够缓解长江口生态环境的巨大压力.1990s径流量的增加与全球变暖、水循环加
快、长江流域降水量增加密切相关.
关键词 1990s 长江下游干流 径流趋势分析 大通站
分类号 P332.4 3
52 长江下游干流，是指江西湖口县至长江口河段，长约930km，控制流域面积为12×10km.
大通水文站为长江下游干流的控制站，相对而言，下游流域面积较小且无大河汇入，故通过大通站的流量可代表进入河口区的流量.该站位于安徽省贵池县梅埂镇，至东海入口642km，控制流域面积为170.54×10km,该站以下为长江感潮河段，是长江冬季大潮的潮区界，全年水位受东海潮汐影响呈波动状态，东海潮汐对该站中、高水位和流量基本无影响，但在枯季时感潮影响很显著.在特枯季节，长江河口海水入侵非常严重.长江口的生态环境综合治理工程已成为继三峡和南水北调工程之后的第三个亮点工程.国内外专家对
研究指出在影响河口区生态环境和盐度变长江口海水入侵和生态环境破坏有诸多研究，
化的诸多因素中，上游来水量是其中最直接和最主要的因素；长江口的海水入侵和生态环境破坏在天然情况下已比较严重，南水北调尤其是东线工程（引水点在江都，分期设计流
3量约为500、700和1000m/s）实施后若不采取相应措施将更严重；也有专家对长江流域枯
指出长江下游径流量与输沙量具季入海径流以及长江口水沙输移特性进性了分析研究，
有明显的季节变化，枯季时两者具有很好的相关性，且枯季入海径流不断减少，导致海水入侵加剧.但目前对长江下游干流径流趋势的分析还缺乏专门的研究，故加强长江下游干流径流趋势的分析，对长江流域的生态和环境治理无疑具有重要的理论和现实意义.当前在气候变化方面一项重要的研究是依据对仪器观测记录的气候数据进行分析，分析仪器记录时
[9]期的气候变化和未来的气候变化趋势.本文的重点是对大通水文站1950-2000年的月径流
实测资料进行分析, 考虑到1990s以来全球变暖对长江流域的降水可能产生重大影响，本文?中国科学院知识创新工程重要方向项目（长江中下游洪水孕灾环境变化、致灾机理与减灾对策，KZCX3-SW-331）和国家自然科学基金项目（历史时期长江中下游平原旱涝序列时空格局与风险评价,40271112）联合资助.
2003-07-10收稿；2003-12-10收修改稿.秦年秀，女，1976年生，硕士研究生，email :gxqnx@sohu.com.
[5-8][2-4][1]42
增刊 秦年秀等：1990s长江下游干流径流演变趋势 139 的重点是研究1990s以来的径流变化特点及其演变趋势，可为长江下游生态保护和资源开发提供科学决策依据.
1 资料与分析方法
本文采用大通水文站1922-2000年的月径流资料，考虑资料的连贯性，本文只对1950-2000年的逐月径流资料进行了全面分析. 研究采用非参数Mann-Kendall（以下简称M-K法）趋势分析检验法、线性趋势分析法以及累积距平法和10a波动法来分析径流的趋势变化及其特征.M-K 法是用来评估气候要素时间序列趋势的常用检验方法之一，以适用范围广、人为性少、定量化程度高而著称，其检验统计量公式是 [10]
ni?1 s=∑∑sign(xi?xj)
i=2j=1
其中，sign()为符号函数.当xi-xj小于、等于或大于零时sign(xi-xj)分别为-1、0或1；M-K统计量公式分别在s大于、等于、小于零时为z
?(s?1)/n(n?1)(2n+5)/18s＞0?s＝0z=?0??(s+1)/n(n?1)(2n+5)/18sｉ’时，ｉｏ＝１．
３．３改进的Ｔｅ删法由公式（２）得到花园口、高村、利津３个代表站的径流比降分别为１．３３，１．４３，１．６７．
通过在推荐基流百分比的基础上加上季节系数和表３保护水生生态等有关环境资源的河流流量状态径流比降，得到新的推荐基流百分比来改进Ｔｅｎｎａｎｔ
法，使其更适合我国北方多泥沙性和流量季节性变化
的河流．改进的Ｔｅｎｎａｎｔ法【ｌｌ＿１２］计算结果如表３所示，
表中蛾（ｉ＝ｌ，２，…）称之为生态径流改正系数，其中
西ｌ－ｆｏｌ七ｌ，垂２＝沁后２，垂３＝ｉ∞Ｊｊ｝３．由此可得黄河下游３
个代表站的生态径流改正系数，见表４．
综上，可以得到３个代表站的生态径流量的各级
标准，如表５所示．删ＩｖｉＨ删ｆ咖ｔ出ｎ舳ｕｒｏ瞄劬ｄＩ—ｊＩＩｇ翻啡∞ｏＩｏ斟－Ｉ圳ｅ３脚Ｖ盯ｍ妇随臀蛐０ｆｎ枷
４计算结果比较
以花园口站为例，由逐月均频率计算得出１，６，７，
８，９，１０，１２月的数值都在改进的Ｔｅｎｎａｎｔ法的“最佳范
围”之内，２，３，４，５月虽然不在“最佳范围”内，但是数
值与“最佳范围”相差很小，同时也均位于“极好”范围
内，只有１１月份与“最佳范围”有一定的差值，但也在
Ｔｅｎｎａｎｔ法“好”的范围内，也能够保证河流的发展．高
村、利津２站的数值比较也大多如此．
河流的生态径流量是一动态过程，适宜生态径流
量就是对于生态系统的稳定和物种的生存和繁衍最为
适合的径流过程，它不是一个具体固定的值，而是有一个合适的变化范围，只要在这个范围之内，就能够保证河流生命的健康发展．
表５代表站各个时段生态需水量各级标准
．Ｉ埘湘５表４黄河下游代表站各个时期的生态径流改正系数ＴａＵｅ４ｒｅｐ啉眦肌刚啷ｉｌｌｔｌＩｅｌ嗍嘞凼豁０ｆＹ枷删Ｒ腑生态径流改正系数蛾４—６月１２．３月７～１１月站名——Ｏ呷删∞印日ｄ枷晒０ｆ∞ｄ删州啪疗ｍｍ３／ｓＣ曲ｒｉａ０ｆｅｃ０Ｉｏ画ｃｍｗａｔｅｒｄｅｌｍｎｄ砒唧陀娜ｌ切畸ｖｅ嗽临憾
５结论
ａ．在使用逐月均频率计算法计算黄河下游适宜生态径流量时，确定合理的保证率是关键，本文取保证率为５０％，其优点在于提出了河流生态系统需求的最佳水文条件，相较最小生态径流量而言，更有利于河流生命健康的发展．
第２期王霞，等黄河下游生态径流量计算研究１５７
ｂ．在利用Ｔｅｎｎａｎｔ法计算时，引入了生态径流改正系数（包括季节系数和径流比降）对Ｔｅｎｎａｎｔ法进行改进，使其更加适合黄河下游季节变化大和多沙的特点．这里，季节系数实际上是用典型年流量置换了多年平均流量，更能体现河流流量年内季节的丰枯规律．
ｃ．使用逐月均频率计算法和改进的Ｔｅｎｎａｎｔ法计算了黄河下游各代表站的生态径流量，虽然计算角度不同，但是计算结果显示，保证黄河健康发展的生态径流量相差不大，为今后黄河生态系统的健康发展提供了合理的参考．
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黄河下游生态径流量计算研究
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
被引用次数：王霞， 夏自强， 唐志坚， WANG Xia， XIA Zi-Qiang， TANG Zhi-Jian河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏,南京,210098;河海大学水文水资源学院,江苏,南京,210098河海大学学报（自然科学版）JOURNAL OF HOHAI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCES)2009,37(2)3次
参考文献(12条)
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本文读者也读过(10条)
1. 刘猛. 夏自强. 韩帅. 王霞. 唐志坚. LIU Meng. XIA Zi-qiang. HAN Shuai. WANG Xia. TANG Zhi-jian 黄河源区蒸散量变化与生态恶化的关系[期刊论文]-河海大学学报(自然科学版)2009,37(6)
2. 郭利丹. 夏自强. 李捷 河流生态径流量常用计算方法的对比[期刊论文]-人民黄河2008,30(4)
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4. 郭利丹. 夏自强. 林虹. 王勇. GUO Li-Dan. XIA Zi-Qiang. LIN Hong. WANG Yong 生态径流评价中的Tennant法应用
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6. 李琼芳. 邹振华. 郭瑾. 夏自强. 马颖. LI Qiong-fang. ZOU Zhen-hua. GUO Jin. XIA Zi-qiang. MA Ying 人类活动对长江泥沙特性的影响[期刊论文]-河海大学学报（自然科学版）2007,35(4)
7. 唐志坚. 夏自强. 王霞. 郭利丹. TANG Zhi-jian. XIA Zi-qiang. WANG Xia. GUO Li-dan 幼发拉底河生态径流计算
[期刊论文]-河海大学学报（自然科学版）2009,37(4)
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9. 郭利丹. 夏自强. 李捷. 马广慧. GUO Li-dan. XIA Zi-qiang. LI Jie. MA Guang-hui 河流生态径流量计算方法的改进[期刊论文]-河海大学学报（自然科学版）2008,36(4)
征分析[期刊论文]-河海大学学报（自然科学版）2008,36(3)
引证文献(3条)
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3. 田景环. 余玲. 孙晗含. 郑志宏 生态径流Tennant法的改进与应用[期刊论文]-人民黄河 2011(4)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hhdxxb200902006.aspx
渭河下游径流量变化初步分析
渭河下游径流量变化初步分析
2011-08-17 10:26:38 陕西水利 微博评论 浏览次数：0
字号：T|T
摘要 渭河是黄河的最大支流。本文分析了三门峡水库建库以来渭河下游径流量的变化情况。分析认为，渭河下游不仅径流量逐渐减少，而且洪水的场次和量级都呈减小趋势，这给渭河下游的河道冲淤、防洪以及生态环境都带来了极为不利的影响。因此，当前形势下，加快“引汉济渭”建设、推进渭河水量调度常态化、实施科学的防洪调度等举措尤为紧迫。 关键词 径流量；变化；分析；渭河下游
中图分类号：TV121+.4 文献标识码：A
1 渭河下游的基本情况
渭河是黄河最大的一级支流，发源于甘肃省渭源县鸟鼠山，流经甘肃、宁夏、陕西三省（区），在陕西省潼关县港口附近汇入黄河。干流全长818km，流域面积13.48 万km2。从咸阳陇海铁路桥以下至入黄口，河道长为208km，称渭河下游。
三门峡水库自1960 年建成运用以来，渭河下游成了三门峡水库的淹没区和影响区，河道两岸先后修建了防御50 年一遇洪水的防洪大堤和防御5 年一遇洪水的移民围堤，同时为控制河势，在河道上修有多处控导工程和险工。随着潼关高程（潼关[六] 断面1000m3/s 的水位）的逐渐抬升，渭河下游泥沙淤积严重，到2009 年渭河下游共淤积泥沙12.6887 亿m3，目前渭河下游处于泥沙淤积严重的时期。
渭河下游支流较多，左岸主要的支流有泾河和北洛河，而右岸的支流小而短，主要有沣河、灞河、沋河、赤水河、罗夫河等。
2 渭河下游的径流量变化分析
2.1 不同时期年径流量的变化
渭河下游的径流量主要以渭河干流和泾河来水为主。渭河下游以咸阳站为干流的入口基本站，泾河以张家山站为基本站，渭河下游以临潼站为基本站。笔者统计了泾、渭河下游主要水文站各时期的年径流量见表1。渭河下游临潼站1961 年以来的径流量变化过程详见图1。
从表1 和图1 中可以看出，渭河下游的年径流量呈减少趋势，特别是20 世纪90 年代，临潼站其时段平均径流仅占多年平均径流量的61.5%，渭河下游处于枯水时段。21 世纪以来，仍然是枯水时段，2001 年～2009 年的平均年径流量仅占多年平均径流量的74.9%，充分说明了渭河下游年径流量减少趋势是十分明显的。同时从表1 中还可以看出，渭河干流（咸阳站）来水自20 世纪90 年代以来就一直处于枯水时期，90 年代的年平均径流量占多年平均的50.0%，21 世纪以来的平均径流量占多年平均径流量的63.3%。特别是泾河的来水量也呈逐年减少的趋势，到21 世纪年平均径流量仅占多年平均径流量的66.4%。因此，渭河下游径流量明显减少的趋势是渭河下游和泾河流域径流量共同减少的结果。
2.2 径流量在年内的变化
渭河下游以临潼站为代表站,笔者统计了20 世纪70 年代以来不同时期临潼站汛期(6月～10 月)和非汛期(11 月～5 月)径流量的变化情况，见表2。
从表2 中可以看出，临潼站在非汛期的来水总的来讲变化不是很大，其中20 世纪90 年代的非汛期径流量相对较小，占非汛期多年平均的78.7%，径流量最丰的为20 世纪80 年代，非汛期径流量占多年平均的133.3%，其余时期的变化不是很大。但是汛期渭河下游的径流量变化较大，基本上呈逐渐减少的趋势，特别是20 世纪90 年代汛期的径流量占多年平均汛期径流量的65.1%，为汛期的最枯时段。
从上述分析说明，渭河下游径流量呈减少趋势，主要是汛期来水量减小所致。
2.3 年度洪水场次的变化
在渭河下游，一般2000m3/s 的洪水为常见洪水，本次统计了临潼站20 世纪70 年代以来不同时期Q≥2000m3/s 的洪水次数及其不同时期的最大洪峰流量，见表3。
从表3 可以看出，一方面自20 世纪70 年代以来，渭河下游在年内的洪水场次减少很明显，特别是20 世纪90 年代以来共发生Q≥2000m3/s 的洪水次数共14 场，年平均发生Q≥2000m3/s 的次数为0.74 场，说明渭河下游一年当中汛期有时还没有较大的洪水发生。另一方面，渭河下游发生洪水的量级也在减小，上世纪70 年代最大流量为6050m3/s，80 年代最大流量7610m3/s，而90 年代的最大流量仅为4270m3/s，2000 年以来最大流量也只有5270m3/s，从上述分析明显看出，渭河下游径流量减少的变化主要表现在洪水场次减少和洪水量级的减小所造成。
3 径流量变化的影响分析
3.1 对生态环境的影响
根据前面的分析，渭河下游年径流量呈减少的趋势，特别是20 世纪90 年代以来水量减小幅度较大。随着经济社会的快速发展，渭河下游沿岸城市建设规模的扩大，城镇人口剧增，工业废水、生活污水的排放量与日俱增。在径流量减少的情况，渭河下游河道纳污自净能力降低，水质污染呈加剧发展趋势，因而水环境恶化，生态环境失去平衡。根据渭河下游环保部门设置的咸阳铁路桥、耿镇桥、新丰桥、沙王渡、树园、吊桥等观测断面的观测资料显示，渭河下游均为劣Ⅴ类水，属严重污染，主要污染物为CODMn、BOD5、氨氮、石油类等，因此，随着渭河下游径流的减少，河道纳污自净能力的降低，对河道的生态环境带来较大的影响。
河道的污染状况随着流量增加其河道纳污自净能力而增大，径流量的大小决定着河道的生态环境状况。因此，要改善目前渭河下游的生态环境，一方面应严格控制污染物的排放量，另一方面应增大河道的基流，才能增大河道的纳污自净能力，改善渭河下游的生态环境。
3.2 对河道冲淤的影响
渭河下游河道具有冲淤变化大、河势变化剧烈的显著特点。根据实测资料分析，渭河下游的冲淤随着流量的变化而变化。当为小水大沙时，河道一般出现淤积，随着流量的增大，河道产生冲刷。例如在20 世纪80 年代初期，渭河下游径流量较大，河道产生冲刷，1981 年临潼水文站最大洪峰流量7610m3/s，华县站最大洪峰流量5380m3/s，是三门峡水库建库以来的最大值，年径流量为96.6 亿m3，主槽冲刷，汛后主槽过洪能力达到4500m3/s，接近建库前的水平。1995 年，华县站最大洪峰流量仅1500m3/s，年径流量仅为17.51 亿m3，且渭河下游多次出现小水大沙过程，河道产生严重淤积。1995 年渭河下游淤积泥沙0.7551 亿m3，华县站主槽过洪能力仅为800m3/s，是三门峡建库以来最小值。因此，随着渭河下游径流量变小趋势的加剧，必然造成渭河下游河道萎缩的加剧，失去河道的应有功能。
3.3 对河道防洪带来的影响
渭河下游既定的防洪标准为50 年一遇设计洪水，随着径流量减小的趋势，如前所述，加剧了渭河下游的泥沙淤积。截至2009 年，渭河下游共淤积泥沙12.6887 亿m3，目前泥沙淤积是较为严重的。随着泥沙淤积的发展，同流量水位便不断上升，根据渭河下游实测资料分析，当河道发生淤积时，同流量水位就抬升，例如三门峡建库初期的1963 年，华县站洪峰流量为4570m3/s，洪水位为338.45m；1981 年，华县站洪峰流量为5380m3/s，相应洪水位为341.05；随着泥沙淤积的发展，到2003 年华县站洪峰流量为3570m3/s，相应洪水位高达342.76m。不难看出，随着渭河下游径流量不断减少，泥沙淤积不断增加，同流量洪水位在不断的抬升。因此，渭河下游在建库初期兴建的防洪大堤经过了多次加高培厚，但目前为止，其防洪大堤仍然达不到既有的设防标准。根据对渭河下游警戒流量和保证流量的分析成果，华县河段已加高培厚的堤防的保证流量仅为8400m3/s 左右，仅相当于20 年一遇洪水的河道过洪能力。
4 结论与建议
通过对渭河下游近50 年的径流量变化的初步分析，渭河下游径流量呈逐渐减少的趋势，特别是在20 世纪80 年代后期至21 世纪初期，是径流量最枯的时段，且在汛期的水量减少相对较大，一方面是洪水场次的减少，另一方面是洪水量级的减小，而非汛期的径流量的变
化幅度相对较小。径流量的减少对渭河下游生态环境，河道冲淤和河道防洪都带来了极为不利的影响。
为解决渭河下游河道进一步萎缩的问题，建议进一步加快省内南水北调———“引汉济渭”工程建设，进一步推进渭河水量调度常态化，同时实施科学的防洪调度，以尽快改变渭河下游河道淤积严重、防洪形势严峻、生态环境恶化的局面，从而为支持流域经济社会可持续发展提供水资源保障。
基于胡杨年轮重建黑河下游近100年春季径流量
基于胡杨年轮重建黑河下游近100年春季径
流量
第3O卷第5期
2007年9月
干旱区地理
ARIDLANDGE0CRAPHY
Vo1.30No.5
sep.2007
基于胡杨年轮重建黑河下游近100年春季径流量
刘普幸,陈发虎,靳立亚,勾晓华,张永香,彭剑峰
(1兰州大学中德于旱环境联合研究中心西部环境教育部重点实验室,甘肃兰州73000;
2西北师范大学地理与环境科学学院,甘肃兰州730070)) 摘要:在建立近100年来额济纳旗胡杨年轮年表的基础上,将标准年表(STD)的年轮宽度指数
与黑河正义峡水文站径流量进行相关分析,结果表明年轮宽度指数与春季径流量负相关最显着,相
关系数为一0.642.利用多元线性回归方程,重建了黑河下游(正义峡)近100年来的春季径流量.
并用逐一剔除检验法进行了方程稳定性检验.统计检验参数表明估计序列与实测序列较为相近.
残差缩减值RE和平均有效系数CE为0,419,乘积平均值t为4.949,符号检验超过95%的置信
度,重建方程稳定可信.根据转换函数重建的近100年来春季径流量中,最大春季径流量为93.03
rn/s,最小为37.99rn/s.Morlet小波分析和功率谱周期分析表明,春季径流量存在3.3年的显着
周期变化.
关键词:胡杨年表树轮水文学响应分析重建黑河下游 中图分类号:P532文献标识码:A文章编号:1000—6060(2007)05—0696—
05(696700)
自1936年以来,科学家们在美洲,欧洲,亚洲等 许多地区已成功地利用树轮重建了径流,干旱与洪 涝等水文气候事件?.尤其在北美大陆干旱地 区,水文气候重建研究为延长径流记录,认识干旱区 过去水文变化历史,揭示水文变化规律与机制,提供 了高分辨率的资料依据,取得了丰硕成果?J. 在我国.特别是在西北干旱地区,内陆河水文站 点少,径流量器测资料短,最长62年,最短不足20 年.因此,利用树轮重建径流量,认识我国干旱区过 去水文变化的规律就显得尤为重要.在新疆,人们 已开展了有关水文生态及树轮学的研究?卜J,但有 关额济纳旗高分辨率树轮的研究甚少.额济纳旗位 于黑河下游,光热资源丰富,气候干旱,多年平均气 温8.7qC,多年平均降水量35.8mm.境内植被稀 疏,唯一的天然乔木胡杨林,是我国第二大胡杨林分 布区,亦是世界上仅存的三大胡杨林区之一.已有 的研究表明:地下水位决定胡杨的生长?J,黑河 正义峡径流是额济纳旗地下水最主要的补给来源. 本文利用额济纳旗胡杨年轮资料,提取其中所包含 的径流量等水文气候信息,认识黑河中下游径流量 的历史,为下一步更加深入地研究该地区水文变化 规律及下游生态重建提供科学依据.
1采样及胡杨年表的建立
黑河下游胡杨林分布于额济纳东,西河两岸,是 其绿洲植被中功能最强大的植物种群.也是阿拉善
荒漠,半荒漠河岸森林群系的优势群落和关键种. 额济纳胡杨林土壤以林灌草甸土为主,并与固定,半 固定的风沙土,潮土等相间分布.采样点位于额济 纳西河下游胡杨分布最广,最集中的分布区之一赛 罕诺尔(简称Shnr)地点(42.o455N,100.4705
E),海拔高度890rn.采样点下垫面植被比较稀疏. 林间距一般为l4—20rn之间,个别在2—4rn之间, 林木之间的郁闭度0.2—0,3,土壤贫瘠.按照国际 树木年轮库(ITRDB)的要求,采集了20棵健康活 树,每棵树钻取2芯,剔除严重扭曲的树芯,参与骨 架图交叉定年的样芯共计32根.因奇异点过多而 剔除一个,最后进入交叉定年检验的样本数N为31 个.根据国际树轮的程序与步骤对样芯先进行 收稿日期:2006—12—21;修订日期:2007—03—19 基金项目:科技部重点国际合作项目(2002CB714004);国家自然科学基金创新群体
项目(40421101)和国家自然科学基金项目
(40371009)共同资助
作者简介:刘普幸(1964一),女,山西平遥人,教授,博士,主要从事干旱区地理与绿洲,
树轮水文学筹研究
5期刘普幸等:基于胡杨年轮重建黑河下游近100年春季径流量697
预处理和交叉定年.由于胡杨树种为阔叶林,与针 叶林相比树木年轮宽度较宽,加之样本的时间序列 短,因此,在定年过程中仅存在伪轮,尚未见到缺轮. 随后,采用QUICK—CHEK系统的MeasureJ2X软件 在0.001mm的精度下量测,并按照国际通用的 COFECHA程序?对交叉定年的准确性与量测精度 进行了检验,结果见表l.表中各样本序列同主序 列间的平均相关系数r为0.580,表明各样芯间的一
致性较好;平均年轮宽度为2.86(mm),反映了 胡杨阔叶树种的特性;平均标准差.s.D.为2.278;样 本的一阶自相关系数n.c.为0.795,反映胡杨前一 年生长对次年生长的影响程度较大,平均敏感度M. S.较高为0.342,表明胡杨树木生长对水文气候等 环境因子的敏感性较大.为了建立合理的年表,将 主序列中来自不同树木最小样本数在3以下的时段 舍去,使所建年表具有准确性,代表性,比较性和均 一
性等特点.在交叉定年完成之后采用国际通用的 ARSTAN程序,去除树木因遗传因子及树木之间 的竞争与树木生长过程中生态环境非一致性扰动等 非气候"噪声"的影响,突出水文限制因子的作用. 表1赛罕诺尔(Slam")样本序列基本统计特征 Tab.1Basicstatisticsofsimple'SsequenceofShnr
采样点N时段序列年r.iIrsnaM.S.缺轮率
Shnr3ll916—2002盯0.5802.862.2780.7950.3420.000%
经过反复测试,发现选取负指数函数对所有样 本的生长趋势进行拟合效果最好,这也符合我国西 北干旱区树木生长的趋势,最终建立了三种年表. 由于标准化年表(STD)(图1)所包含的气候信息较 多,年表统计特征见表2,本文采用该年表进行春季 径流量的重建.
2.O
1.5
羹1.o
5
l9l0l920l93019401950l960l970l980l99020002010
年份
图1Shnr一胡杨STD年轮年表与样本量
Fig.1Standerdedchronologyandsamplenumbers
ofShnr(PDpufeurphratica) 表2Shnr—STD年表的基本统计量
Tab.2BasicstatisticsofShnrStandardedChronology
肼.S.S.D.a.c'SkewKTRl O.2l30.2340.306一O.18l1.0990.368 t12R3SNREPSPCl(%)
0.3640.5l79.1450.90140.58% 2胡杨年轮与径流量的响应分析
为了更好地认识胡杨树木径向生长对径流量的 响应,对额济纳旗赛罕诺尔采样点的STD年表进行 单相关普查和响应函数分析,选取时段为黑河下游 正义峡水文站(1954—1999)的器测流量资料.结 果表明胡杨年轮生长与前一年lO月至当年9月及 时段径流量均表现为负相关关系(图2),尤其与3 —
5月,3—4月以及年时段径流量有显着负相关关 系,相关系数分别为一0.642,一0.637,一0.525.虽 然正义峡径流量冬季大,占全年径流量32.52%,春 季夏季小,占25.26%,生长季4—9月,径流量仅占 42.40%,与胡杨生长不相吻合,但采样点离河床近, 地下水位比较高,特别是3月地下水位最浅,已满足 胡杨生长的水分需求.采样点附近赛罕诺尔嘎查地 下水位观测井资料表明,该地年平均地下水位埋深 3.60m,4—9月为3.4m.径流的补给会造成地下 水位过高,胡杨根系土壤中的缝隙被水填满,土壤中 氧气减少,CO:增加,不利于根系的呼吸作用,从而 影响到根系对营养的吸收,引起一些嫌弃细菌的活
动,促使一些有毒物质积累,如硫化氢,甲烷,氢化亚 铁等,使树木根系中毒,并导致垂直根系腐烂,不利 于树木生长?引,形成偏窄年轮,因而其相关关系具 有生物学意义.本文采用与轮宽指数最显着相关 (相关系数为一0.642)的春季径流量与Shnr—STD o.7
o.35
巅
1谣o
}K
一
o.3
置?銎_一1I
l木
月份
图2Shnr一轮宽指数与前一年l0月至当年9月 春季径流量的相关关系
Fig.2CorrelatecoefficientbetweenShnr-ringwidth
indexandpriorOctobertoeurrentSeptemberrunoff
698干旱区地理30卷
年表建立回归方程来重建近100年来黑河下游的春 季径流量.
3春季径流量回归方程的建立与检验
由于胡杨年轮的生长具有较强的持续性,当年 径流量不仅影响当年胡杨年轮的生长,还会影响以 后几年的年轮生长状况,因而在建立回归方程时,将 其后一年(X…),后二年(Xm)和后三年(Xm)的 年轮指数值与当年()生长的轮宽指数值同时作
为预报因子,共同建立春季径流量(Q)为预报量的 回归方程.将Shnr的STD年表与黑河正义峡水文 站春季径流量进行回归分析,发现用多元线性回归 分析效果最佳.其复相关系数R为0.719,还原方 差解释量为0.517,达到99%的信度水平;F值为 10.961,P值为0.000,远远超过显着性检验水平. 因此,采用多元线性回归方程建立了正义峡春季径 流量的预测方程如下:
Q=139.275—41.066×X一1.219×X1
一
l4.551×X+2—18.748×X3
由于重建方程所用径流量的实测资料较短,因 此我们采用逐一剔除(1eave—one—out)检验法对黑 河正义峡春季径流量的重建方程进行稳定性检验, 统计检验参数结果如表3.从检验统计值看出,估 计序列与实测序列的相关系数为0.650,一阶差符 号检验值S未达到95%的置信度,而符号检验值 S达到了99%的置信度,说明重建序列同实测序列 在低频变化上比在高频变化上更为吻合引,乘积平 均值t为4.949超过了99%的置信度临界值 (2.705)检验,具有有效诊断能力的残差缩减值RE 与平均有效系数CE值为0.419,远远大于零引,表 明重建结果稳定可靠.图3给出了正义峡流量回归 方程重建值与实测值变化,可见拟合程度春季比 较好.
表3正义峡春季径流量的重建的统计检验参数 Tab.3Statisticaltestparametersoftherecons
truetedspringrunoffofinZhengyixiaStation
统计检验参数,(99%S
,
I
95%)(995%)RE.fCE
Shnr采样点0.65025(29,27)33(31,29)0.4194.9490,419
:/\
4正义峡春季径流量的丰枯变化
依据春季径流量的重建值采用模比系数参考文 献的方法,来划分丰水,平水和枯水期,即:
>1.16特丰水期
1.06<Kp<1.16偏丰水期;
0.95<<1.O6平水期;
0.84<<0.95偏枯水期;
<0.84特枯水期.
正义峡春季流量重建系列的变差系数C=
0.188,多年平均流量为63.88m/s.其中,最大年 流量达93.03m/s,最小为37.99m/s,由此看出, 正义峡流量的春季变幅很大.表3是正义峡站春季 丰水,平水,枯水期各出现的年数及所占总年数中的 百分比.其中,特枯水期发生的频率略高于特丰水 期,偏丰水期发生的频率略高于偏枯水期,而平水期 出现的频率相对最高.
表3正义峡站丰水,枯水期出现频率
Tab.3Appearfrequeneyofhighwaterandlow
waterinZhengyixiaStation 特丰水年数偏丰水年数平水年数/偏枯水年数特枯水年数 /百分比/百分比百分比/百分比/百分比
正义峡站14/16,6718/21.4321/25.0015/17.8616/19,05
5春季径流量变化周期特征分析
为了了解重建的春季径流量的季节变化特征, 我们利用Morlet小波分析方法与功率谱对重建径流
量序列进行了周期分析.由图4,5可见,近100年 来正义峡春季径流量变化主要以3.3年短周期(图 5下:红色虚线为95%的置信水平)变化为主.正
5期刘普幸等:基于胡杨年轮重建黑河下游近100年春季径流量699
义峡春季径流量在2O世纪5O年代初期达到最大 值,随后逐步减小;20世纪8O年代中期后至今,径 流量变率较大(图5上).
n(1
50
40
~(-3o
20
10
?
?
E
\
嘲
懈
稚
图4正义峡重建的春季径流量小波分析 Fig.4Morletanalysisofreconstructedspring
runoffinZhengyixiaStation 6
4
翻
整
2
O
芷
00.050.10.150.20.250.30.350.4O.45O.5
频率(1佯)
图5黑河下游近100a来春季径流量的重建
变化趋势与周期
Fig.5Trendofreconstructedspringrunoffabout
】O0ainlowerreachesoftheHeiheRiver
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reachesofHeiheRiver
LIUPu—xin',CHENFa—hu,JINLi—ya,GOUXiaohua,ZHANGYong—
xiang,PENGJian—feng
(1CenterforAridEnvironmentandPaleodimaleResearch(CAEP),KeyLaboratoryofWeste
rnChina'sEnvironmentSz~tem,Ministryof
Education&Lan~hol/,t/na~,Lanzhou730000,Gansu,China;2CollegeofGeographyandEnvironmentSciences,
NoahwestNorma/,Lanzhou730070,Gansu,China)
Abstract:PopuluseuphraticaisasinglenaturalarborandthedominantplantspeciesofEjinOasisinthelower
reachesofHeiheRiver,InnerMongolia,whichhasamajorfunctionofmaintainingweakecologicalbalance.But
fewhigh—
resolutionresearcheshavebeencarriedoutinthisregionyet.Basedonprinciplesandmethodsofdendro—
chronology,wesampled40treecoresofPopuluseuphraticainthewestEjinRiveranddevelopedring—widthChro—
nology.Tounderstandthehydrologicresponseoftheradialgrowthofpopuluseuphratica,simplecorrelationanalysis
wasconductedbetweentheSTDtree—
ringindexandthemonthlyandperiodrunoffdataofZhengyixiastationinthe lowerreachesofHeiheRiver.Theanalysisresultshowedthattherewastheevidentnegativecorrelation(-0.642)
betweenring—
ringindexandthespringrunoff.Thecorrelationcoefficient0.642above95percentconfidencelevel
wasusedtoreconstructanabout100一
yearrunoffintheregion.Thecorrelationvalue0.719.accountingf0r51.7 percentvarianceintheinstrumentrecords,F—testvalues10.961andP—
value0.000inthelinearregressionmodels
weresignificantwellbeyondthe99percentconfidenceleve1."Leave—one—
out"methodwasusedtoestimatestabili—
t)rofregressionfunctionbasedonstatisticsbetweentheobservedandestimatedseries.ThepositiveREvaluesand
CEvaluessignifiedpredictiveabilityofthemodel,andthesigntestsforbothactualandestimat
edvaluesweresig—
nificantatthe95percentconfidenceleve1.Themaximumandtheminimumsspringrunoffamongthereconstructed
seriesare93.03m/sand37.99m/a.respectively.Waveletanalysissuggestedthattherewerehighfrequency
variationsintherunoffreconstructionandthefrequencypeakwasfoundat3.3yearsabove99%confidentleve1.
whichrevealedtherewasa3.3-year—periodinthespringrunoffseries.
KeyWords:Populareuphraticachronology;dendrohydrology;responsefunction;reconstruction;inthelowerrea—
chesofHeiheRiver
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