汉江流域暴雨洪水特性及演变规律研究

论文总字数：27895字

目 录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究区域概况 2

2 汉江流域暴雨特性及演变规律研究 3

2.1 概述 3

2.2 资料概况 3

2.3 分析方法 4

2.3.1 趋势性检验 4

2.3.2 周期性分析 5

2.4 暴雨日数演变规律分析 6

2.5 汛期降水量演变规律分析 14

3 汉江流域洪水特性及演变规律研究 21

3.1 概述 21

3.2 资料概况 21

3.3 汉江干流径流量长期演变规律分析 21

3.4 汉江流域汛期径流量演变规律分析 24

4 总结 27

参考文献 28

致谢 29

汉江流域暴雨洪水特性及演变规律研究

倪一鸣

, China

Abstract: Hanjiang basin, the water source area of middle route project of South to North Water Transfer, plays a vital role in the water resources allocation. With the increase in population and the level of urbanization, the water demand will continue to increase. In addition, the water supply and demand conditions will undergo a significant change. It is of great significance to understand the characteristics of precipitation and flood in the basin. Then we can reduce the flood pressure and balance the water supply and demand. In this study, we apply Mann-Kendall test、Spearman’s rho test and wavelet analysis to long series of hydrometeorological data, in order to study the evolution of different hydrological elements in Hanjiang basin. The result indicates that the distribution of precipitation in Hanjiang basin is extremely uneven during the year and behaves significant seasonal characteristics. Averagely, the precipitation and the number of storms has a typical bimodal distribution, correspond to the summer and autumn flood season. Analyzing the long-term trend of precipitation factors of the 12 representative stations and water resources zone in Hanjiang basin, it is found that the trend of precipitation is not obvious generally, but with obvious cyclicality. After the analysis of long-term evolution characteristics on the flood elements, it is found that the tendency of flood elements in Hanjing basin is not obvious, but it has obvious multi-scale period wave characteristics.

Keywords: Hanjing basin; Mann-Kendall test; Spearman’s rho test; Wavelet analysis

1 绪论

1.1 研究目的与意义

中国的大多数区域的洪水产生是暴雨所致。从古至今,治理河流、建设防洪工事一直关系着人民群众的安危，更关系着国家的兴衰。中国复杂的地形和多样化的气候条件，为研究中国暴雨洪水创造了有利条件。暴雨洪水研究的快速深入的发展离不开兴建大量水利工程的带动^[1]。

作为长江一级支流的汉江，始于陕西省宁强县潘冢山，自西向东，过陕西的汉中、安康市，从白河县出陕西然后进湖北，过襄樊转向东南，最后由武汉汇入长江，全长 1577km，落差1964m，流域面积159000平方公里^[2]。汉江流域流经陕西、湖北、河南三省，大部分流域区域包含了三省发展良好的农业和产业区，成为中国经济连通东西、联系南北的中部重要枢纽。汉江流域靠着其位置、自然地理要素的特殊地位，为长江流域的经济发展作出了巨大贡献^[3]。同时，汉江特殊的自然地理要素也造成了汉江流域的暴雨洪灾的频繁发生。汉江上游成为了陕西省河段防洪的重点关注区域,汉江中下游地区是江汉平原,是湖北省重要的工农业经济发展地区,防洪研究必不可少。因此，研究汉江暴雨洪水演变规律,商讨探究防洪工事,可以作为重要参考提供给防汛部门，来高效抵御汉江洪水、促进水资源部门有效利用汉江水资源^[4-6]。

本次论文主要目的在于分析汉江流域暴雨洪水要素的时空变化特征及演变规律，有利于了解流域降水基本特征，掌控流域洪水特性，对于洪水资源利用、降低洪涝压力、缓解水资源供需矛盾、改善水环境和促进经济社会可持续发展具有重要的现实意义。

1.2 国内外研究现状

在许多水文研究中，两个非参数基于秩的统计检验即Mann-Kendall检验（简称MK检验）和Spearman秩次相关法（简称SR检验），被用来检测时间序列数据中的单调趋势。Paul pilon、George cavadias等^[7]应用这两项检验评估加拿大安大略省20个原始盆地的年最大日流量数据趋势的显著性。这些检验的功效是跟趋势斜率，样本大小和预先指定的显著性水平有关的递增函数; 而它是时间序列的变化的递减函数。当趋势存在时，这些检验的功效还取决于时间序列具有的分布类型及其形状参数。当比较具有不同统计特性的变量时，这种功效的增加/减少可能无意地影响场意义的解释。因为它们的功效随着某种分布类型，样本大小，样本变化以及样本偏斜度而变化，该信息为从业人员提供了这些检验用于检测趋势的功效的更好的图像。SR检验提供了与MK检验几乎相同的结果。

研究河流流量和洪水的变化，可以提供有关气候变化及其影响的重要信息。在气候变化背景下，小波分析为研究河流排放模式的变化提供了新的可能性。Andrejs Timuhins, Valçrijs Rodinovs,和 Mâris Kïaviòð等^[8]采用小波分析方法研究了波罗的海地区河流流量的长期变化。在波罗的海地区的主要河流中，排放强度的周期性振荡、低潮和高水位的年份比较常见。对河道流量的主要频率估计是14日,28日,37年的河流进行研究，通过小波分析，确定河流流量的相似性，从而研究河流流量的影响因素，确定主要河流的最大和最小排放数，并研究了大规模大气环流过程对河流排放的影响。小波分析结果表明，波罗的海基本的河道流量波动期是30岁,11和4年。小波分析证实了河道流量的周期性变化,这方面应该考虑开发的水文和气候变化模型。小波分析的效率表明，该方法可以应用于气候和气象参数的研究。

王家祁,骆承政等^[9-10]在研究中国暴雨洪水特性中指出，在流域规划、水利水电工程的设计工作上，暴雨洪水特性研究是必需的也是必须被着重关注的。虽然，相对于一些其他国家，中国开始雨量、流量观测已经算晚了,但是，中国目前已积累几十年的观测资料,可以进行暴雨洪水分析研究。因为对暴雨和洪水调查的重视,众多的研究课题在设计洪水计算时被水利水电工程所提出的。由此，中国取得了很多有价值的研究成果，可以说在暴雨洪水特性研究上已颇为深入。中国的暴雨洪水很大,许多数据值是在全球范围内是保持最高的。在研究工作中，要加强与多门学科(比如水利与地理、气象等)的合作，探索研究与新技术的磨合。

辛琛，邓瞻等^[4]分析研究了汉江流域的洪水地区组成、年际和代际变化等，探究得出，汉江流域洪水的年际变化很大，流量变化明显，有明显的年最大洪峰流量变化，同时，年最大洪峰流量的有规律的代际变化波动。

党红梅、周义兵及李定安等^[11]，采用统计学方法，对汉江流域的49次致灾暴雨过程来进行研究。依据其灾害发生诱因以及降水分布特征，将暴雨致灾的过程分为连阴雨中暴雨致灾型、局地突发性暴雨致灾型、上下游暴雨洪水叠加致灾型，这三种基本类型。根据天气学原理分析研究致灾暴雨的个例，对暴雨的致灾类型与天气型的对应关系进行讨论，为预报业务作出有效贡献。

黄宁波^[12]选用石泉、安康两个代表水文站，对其长序列的年径流量、年最大洪峰流量进行暴雨洪水特性和径流特性分析研究。探究得出，洪水的年际趋势紊乱，流量变化明显，年最大洪峰流量有明显的下降趋势；年内径流分配有丰有枯，趋势明显，没有均匀的年际分配，径流量的总体呈下降趋势。这为水库防洪作出了指导性研究帮助，并为汉江流域上游的发电等工程的调度作出贡献。

1.3 研究区域概况

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