辽宁省各分区径流深的时间特性分析

陈丽

（沈阳市水务事务服务与行政执法中心，辽宁沈阳 110036）

辽宁省地处亚洲东部沿海和太平洋西北岸，属温带半湿润和半干旱的季风气候区；西北部与蒙古高原接壤，又受辽东半岛和山东半岛夹持及东部山区阻隔，为明显的大陆性气候，省内水资源的分配和利用对地区的经济和社会发展有着很大的影响。下文依据气象地理区划，将辽宁省划分为辽北地区、辽西地区、中部平原、辽东地区、辽南地区五部分，采用相对变率、趋势系数及小波分析等方法，对各分区径流深的时间特性进行分析。通过计算，结果表明径流深稳定性最差的为辽西地区，其次为辽南地区，稳定性最好的为辽东地区。各区径流深序列均呈下降趋势，辽南地区径流深的趋势系数（-0.29）通过了0.05的信度检验，辽西地区的趋势系数（-0.21）通过了0.1的信度检验，其他地区的下降趋势不显著。通过小波周期分析，各分区的径流深均存在10年左右周期及25年左右较大尺度周期，且10年左右周期的信号强度普遍大于25年左右周期的信号强度。

1 基本资料

分析所用的径流深资料来自于辽宁省第三次水资源评价成果，资料系列为1956—2016年，共计61年。辽北地区包括铁岭市及沈阳市的康平县和法库县，辽西地区包括阜新市、朝阳市、锦州市及葫芦岛市，中部平原包括沈阳市（除去康平县、法库县）、辽阳市、鞍山市（除去岫岩县）及盘锦市，辽东地区包括抚顺市、本溪市、丹东市及鞍山市的岫岩县，辽南地区包括营口市及大连市。各分区的径流深数据及10年滑动平均情况如图1所示，由图1可以看出，各分区的径流深呈现丰枯交替的状态，且从线性趋势线可以看出各个分区的径流深整体上均有减少趋势，只是程度有所不同。

图1 辽宁省各分区径流深及滑动平均成果图

辽宁省第三次水资源评价采用系列为1956—2016年，与第二次水资源评价系列对比情况见表1。由表1可以看出，辽宁省的5个气象地理分区中径流深最大的为辽东地区，然后是辽南地区、中部平原及辽北地区，径流深最小的为辽西地区。对比两系列均值情况，各分区径流深1956—2016年系列均值都小于1956—2000年系列均值。

表1 不同资料系列径流深特性对比表

2 各分区径流深的稳定性分析

各分区径流深的稳定性分析是通过计算相对变率来判断的，相对变率是指径流深的绝对变率与同期多年平均值的百分比[1]，相对变率的计算公式：

表2 辽宁省不同分区相对变率成果表

3 各分区径流深的趋势分析

为了解水文气象要素的长期趋势变化，根据文献［2］的方法，计算径流深与时间之间的相关系数（称为趋势系数），计算公式：

式中：rxt为趋势系数；n为年份序号；N为样本长度；xi是第i年的径流深；为其样本均值；对趋势系数的统计检验使用相关系数的检验方法，在不同的信度下，查表得到相关系数的临界值rα，当 |rxt|＞rα时，趋势系数是有意义的。若rxt＞0，意味着序列呈上升趋势；若rxt＜0，意味着序列呈下降趋势[3]。辽宁省5个气象地理分区的趋势系数计算成果见表3。由表3中计算成果可见，各分区的趋势系数均为负值，说明各分区的径流深序列均呈下降趋势，这与图1中各分区径流深序列的线性趋势线一致。取信度α=0.1时，rα=0.21；α=0.05时，rα=0.25。通过计算，辽南地区径流深的趋势系数为-0.29，通过了信度0.05的检验；辽西地区径流深的趋势系数为-0.21，通过了信度0.1的检验；其他3区的趋势系数均未通过信度检验，说明下降趋势不显著。

表3 辽宁省不同分区趋势系数成果表

4 各分区径流深的周期分析

Morlet小波是常用的复数小波基函数，定义为

式中：i为虚数；t为时域；ω0为常数，当时就能近似满足允许性条件。其Fourier变换为

式中：ω为频域。复数形式的小波，因其实部和虚部的位相差为π/2，用复小波变换系数的模来作为判别气候资料中包含的各尺度周期性的大小及这些周期在时域中分布的判据，能够消除用实型小波变换系数作为判据而产生的虚假振荡，使分析结果更准确。除模外，Morlet小波变换系数的实部是另一个重要的变量，表示不同时间尺度信号在不同时间上的分布和位相两方面的信息，能够很好地对资料序列连续进行时频局部化分析[4]。

通过Morlet小波分析对5个分区的径流深系列进行了周期分析，如图2所示，通过小波周期分析发现,各分区的径流深均有一定的周期性。辽北地区径流深10年左右的周期在1970—2000年表现较为明显，2000年之后10年左右的周期弱了下来；较大时间尺度还存在着25年左右的周期，但是该周期的信号强度弱于10年周期。辽西地区的径流深也存在着较为显著的10年左右周期及20～25年较大时间尺度的周期，与辽北地区类似，10年左右周期的信号强度在2000年后弱了下来。中部平原径流深存在着10～15年周期，2000年之后，该周期缩短为不足10年；大时间尺度存在着25年左右周期，但是该周期的信号强度稍弱。辽东地区径流深的周期分析与中部平原的类似，都存在着10年左右周期及25年左右周期，且10年周期在2000年之后缩短为8年左右。辽南地区径流深10年左右周期与25年左右周期贯穿整个系列，且两个周期的信号变化均较显著。

5 结语

文中采用了多种诊断分析方法对辽宁省内各分区的径流深做了初步分析，但是研究的深度和广度还不够，还有一些地方存在不足之处，仍需做进一步的研究：

1）仅对各分区径流深的时间特性做了分析，未对其变化原因进行分析。可结合降雨、人类活动等要素，对导致径流深呈下降趋势的原因进行深入分析，以期对影响各分区径流深的物理机制有更进一步的了解。

2）可结合气象因子及海温因子等与辽宁省各分区的径流深做相关分析，挑选出主要影响因子，建立中长期预报模型，以期对径流深的变化做出定量分析。