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user: 2. 黄水沟洪水成因及分析 2.1. 洪水特性 黄水沟属山溪性河流，其特点是洪枯比较大，洪水突发性强，洪峰流量大，对沿河居民的生命财产及河道上的水利、交通等设施造成很大破坏。黄水沟虽然径流不是很大，但解放后已发生的洪水流量却高达602 m 3 /s。黄水沟径流量主要是由冰雪融水和降雨补给，还有少量的地下水补给组成。山口以上河长110 km，集水面积4311 km 2 ，多年平均年径流量2.83 × 108 m 3 /s。水量主要集中在6~8月。 黄水沟河流流程短，坡降大，洪水，暴涨暴落，挟带大量泥沙、漂浮物奔腾而下，最大洪峰流量是年平均流量的几倍、几十倍、甚至几百倍，对人民生命财产造成重大威胁。黄水沟洪水主要由融雪洪水、暴雨洪水和混合型洪水组成。黄水沟洪水大致可分为三种基本类型： (1) 融雪型洪水：由高山冰川和积雪融化形成，洪水直接受单一气温因素的影响，有明显的变化，一日一峰，洪峰不高，洪量也不大，变化比较平稳。如1980年5月9日至15日就是典型的融雪型洪水，持续时间6天，最大洪峰流量79.9 m 3 /s，见图1。 (2) 暴雨型洪水：此类洪水多出现在7~8月，受地方性局部天气和地形条件的影响形成，其笼罩面积内降雨强度大，集流时间短，局部流域形成超渗产流，这类洪水水势汹猛，突涨突落，洪峰高但洪量不大。如1976年8月6日，最大洪峰流量109 m 3 /s，持续时间仅3个小时，这类洪水对引水枢纽工程的威胁和破坏性很强，见图2。 (3) 暴雨融雪混合型洪水：形成这类洪水多为受大尺度天气系统的影响，天气过程中，前期气温高，在融雪径流的基础上，叠加暴雨径流形成峰高量大的汹猛洪水，如1996年7月19日发生的602 m 3 /s的洪峰，此次洪峰持续时间为5天，此类洪水对引水枢纽和水库威胁最大，见图3。 2.2. 洪峰流量量级分析 根据黄水沟站1955~2013年59 a实测洪水资料统计分析，超过200 m 3 /s的洪峰流量出现17次(详见表1)。从17次超过200 m 3 /s洪峰流量量级来看，出现介于200~300 m 3 /s之间洪峰流量11次；出现>300 m 3 /s洪峰流量6次；其中，出现介于300~400 m 3 /s之间洪峰流量2次，出现介于>500 m 3 /s之间洪峰流量2次。从洪峰流量出现时段来看，超过200 m 3 /s的洪峰流量出现在7月份的有10次，占59%；出现在6月下旬到8月上旬50 d里的有7次，占41%；而洪峰流量>300 m 3 /s的5次洪水发生在7月中旬，1次洪水出现在6月份。由此可见，以7月份为中心的前后50 d，是黄水沟出现大洪水的主汛期。 2.3. 年最大洪峰流量出现时段频次分析 经统计黄水沟站1955~2013年59 a实测洪峰流量，年最大洪峰流量均出现在6~8月(见表2)。从年最大洪峰 图1. 黄水沟站1980年融雪型洪水过程线 图2. 黄水沟站1976年暴雨型洪水过程线 图3. 黄水沟站洪水1996年暴雨融雪混合型洪水过程线 Table 1 The statistics of more than 200 m3/s peak flow at Huangshuigou station during 1955-201 出现时间 洪峰流量(m 3 /s) 出现时间 洪峰流量(m 3 /s) 出现时间 洪峰流量(m 3 /s) 1958 7 17 218 1994 7 15 437 2005 7 15 397 1969 6 26 371 1996 7 19 602 2006 7 4 255 1970 7 25 262 1998 8 8 257 2007 7 29 291 1972 7 31 244 1999 7 24 277 2010 6 26 213 1974 7 27 254 2000 7 18 517 2012 7 28 422 1979 7 26 260 2002 6 18 235 表1. 黄水沟站1955~2013年超过200 m 3 /s洪峰流量统计表 Table 2 The statistical characteristics of annual maximum peak flow series at Huangshuigou statio 项目 年最大出现时间 月份 6月 7月 8月 合计 主汛期(6.20~8.10) 频次 16 34 9 59 55 百分数(%) 27.1 57.6 15.3 100 93.2 表2. 黄水沟站年最大洪峰流量序列统计特征值 流量出现的月份来看，出现在7月的频次最高，达到了34次，占统计年数的57.6%；其次是6月份，出现年最大洪峰流量的频次达到16次，占统计年数的27.1%；8月份出现年最大洪峰流量的频次相对较少，为9次，占统计年数的15.3%。从年最大洪峰流量出现的时段来看，年最大洪峰流量主要出现在主汛期(6月20日~8月10日)的50 d时间内，出现频次高达55次，占统计年数的93.2%。 2.4. 年最大洪峰流量年际变化 黄水沟站1955~2013年59年最大洪峰流量系列中，最大为1996年洪水，洪峰流量602 m 3 /s，模比系数高达3.57；最小为1985年洪水，洪峰流量仅34 m 3 /s，模比系数为0.2。最大洪峰流量与最小洪峰流量的倍比达17.7倍。年最大洪峰流量系列变差系数Cv值为0.86，可见洪峰年际变化较大。 从黄水沟年最大洪峰流量年际变化分析(见表3)。黄水沟50年代中期~60年代为负距平且偏离均值幅度较大，偏离幅度超过24%，70年代为正距平，80年代为负距平，偏离幅度达37.3%，90年代至今为正距平，偏离幅度达34%左右。分析比较发现，黄水沟最大洪峰流量在90年代前后差异很大，90年代前为负距平，偏少22.1%；90年代后至今为正距平，偏多32.2%。 2.5. 年最大洪峰流量变化趋势分析 从黄水沟站洪峰流量模比系数差积曲线(见图4)和洪峰流量5 a滑动平均曲线(见图5)分析可知，黄水沟1958~1993多为小洪水年群，1994~2013年多为大洪水年群，交替出现个别小洪水。从1994年开始进入大洪水多发期，且洪水频次增加，洪峰集中出现。1994年7月出现437 m 3 /s洪水，1996年7月出现602 m 3 /s洪水，2012年7月出现422 m 3 /s洪水。 2.6. 年最大洪峰流量突变分析 随着水文资料系列的延长，最大洪峰流量特征值序列将会发生趋势性变化，其原因是受自然和人为因素的影响。下面采用Mann-Kendall非参数秩次相关检验法对黄水沟实测最大洪水特征变化趋势进行分析。 Table 3 The inter-decadal change of annual maximum peak flow at Huangshuigou statio 年代 平均洪峰流量 距平百分数 1955~1959 107.6 −36.2 1960~1969 128.0 −24.1 1970~1979 172.3 2.2 1980~1989 105.7 −37.3 1990~1999 225.8 34.0 2000~2013 226.5 34.4 1955~1989 131.4 −22.1 1990~2013 222.8 32.2 多年平均 168.6 表3. 黄水沟站最大洪峰流量年际变化表 图4. 黄水沟站年最大洪峰流量模比系数差积曲线 2.6.1. M-K非参数秩次相关检验法 在时间序列趋势分析中，M-K检验法是世界气象组织推荐并已广泛使用的非参数检验方法[ 5 ] 。其优点是样本不需要遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适用于类型变量和顺序变量，计算较简便。对于具有 n个样本量的时间序列x，构造一秩序列 表示i个样本x i 大于第j个样本x j (1)的累计值。 (1) (2) 在时间序列随机独立的假设下，定义统计变量： (3) 在给定的显著性水平下(通常取95%即a = 0.05)做出对原假设的否定和接受的判定。a = 0.05时，则U = ±1.96。当 表明序列存在明显增长或减小趋势。 图5. 黄水沟站年最大洪峰流量5年滑动平均过程线 图6. 黄水沟年最大洪水M-K统计量曲线图 2.6.2. 年最大洪峰流量变化趋势分析 利用Mann-Kendall方法对黄水沟1955~2013年的年最大洪峰流量序列进行突变检验，其中UF k 表示顺序统计值，UB k 表示逆序统计值，UF与UB在信度线±1.96 (a = 0.05)之间。趋势检验结果表明(如图6所示)，黄水沟最大洪峰流量在1955年至1972年呈增加趋势，1973~1986年为下降趋势，从1987年呈增加趋势，但增加趋势较缓，从1999年开始增加趋势较明显，通过了0.05显著性检验，甚至从2007年开始通过了0.001显著性检验。根据UF k 和UB k 曲线交点位置的黄水沟年最大洪峰流量在1957、1983和1997年均存在突变。由此说明，黄水沟洪水在上世纪 80年代末出现了由少到多的突变，其中1999年以后上升趋势较显著。