21世纪前期黄河流域水位-流量特征及时空演变

21世纪前期黄河流域水位-流量特征及时空演变

毛海睿

重庆交通大学 重庆 400074

摘要：21世纪以后我国黄河的治理取得明显成效，且在全球气候变化的大环境下，黄河流域的径流特征发生较大变化。搜集黄河流域上、中、下游一共8个典型水文站20a的水情资料，对流域水位-流量关系以及演变特征做出分析。研究得到：（1）黄河流域水位-流量相关性良好，不同年份里的相关系数绝大部分都在0.8以上，关系程度上游>下游>中游。流域上游河段水位和流量的相关系数大且拟合方程不受年份影响。

（2）流域中游和下游工程设施较多，河流受人类活动影响较大，水位流量关系曲线的趋势线随着年份的增加，均呈现出左移的趋势。

关键词：21世纪；黄河流域；水位；流量；相关分析

1、研究区概况

黄河流域面积0.75 million km²，河流发源于青藏高原、连接黄土高原、华北平原生态廊道，黄河蜿蜒东流，最终注入渤海，水面落差4480米[1]。流域通常分为上游（头道拐以上）、中游（头道拐至小浪底）和下游（小浪底以下），河道长度分别为3472km、1206km和786km，流域面积分别为0.39, 0.34, and 0.02 million km²[2]。流域地区大部分属于干旱、半干旱地区，其生态环境脆弱，是气候变化的敏感区。选取研究区域即为黄河流域，研究区域经纬度为95°53'38"~119°12'46"E，32°9'36"~41°50'27"N[3]。

2、结果

2.1水位流量相关性

水位和流量的相关性用相关平方系数R2和水位-流量关系曲线图进行分析，黄河上、中、下游共八个水文站的相关系数见表1。从相关平方系数所显示的情况来看，黄河干流水位流量关系的密切程度大，水文站在不同年份里的相关系数绝大部分都在0.8以上，其中唐乃亥、兰州、吴堡水文站的水位与流量的关系最为密切，相关系数几乎都在0.9以上，其余水文站的相关系数在不同年份里存在较大波动，多年平均相关系数里上游水文站唐乃亥的0.957以及兰州的0.990明显高于中游和下游的6个水文站，黄河流域干流的水位与流量之间的关系程度上游>下游>中游。

表1水位-流量相关系数表

2.2水位流量相关性检验

黄河水位流量关系多呈单一线，大洪水期间呈逆时针绳套线。文章中水文站的水位-流量相关系数都很高，其值绝大部分都在0.8以上，选取四个水位站LZ, LM, HYK, AS为研究典型水文站，选取2007年、2012年、2017年、2021年为典型年分析不同年份水位-流量关系的变化如图1。

图8不同年份里水位-流量关系曲线

图中，四个水文站在每个年份内的水位流量均表现出了高度关联，这与上文表1水位-流量关系系数表中相关系数值都很好的情况相契合。年际间，水位流量关系曲线的趋势线随着年份的增加，均呈现出左移的趋势。兰州站在将径流数据按年份分开，分别作年内关系曲线，看出其年际关系曲线像左移动的情况；龙门站的水位和流量有很好的相关性；花园口水文站不同年份的水位流量关系曲线在总体保持随年份增长向右移动趋势里，2017年因为其较大的径流量，较快的流速，使得2017年的水位流量关系曲线比2021年更为靠右但在尾端仍然与2021年曲线相交；艾山站也是呈现出标准的左移情况。

3、结论

围绕着21世纪前期黄河流域径流特征及演变趋势这一核心科学问题，经过长时间研究与探索，得出如下几点结论：

（1）黄河流域水位-流量相关性良好，不同年份里的相关系数绝大部分都在0.8以上，关系程度上游>下游>中游。流域上游河段水位和流量的相关系数大且拟合方程不受年份影响。

（2）流域中游和下游工程设施较多，河流受人类活动影响较大，水位流量关系曲线的趋势线随着年份的增加，均呈现出左移的趋势。

参考文献：

[1]李栋梁,张佳丽,全建瑞等.黄河上游径流量演变特征及成因研究[J].水科学进展,1998(01):23-29.

[2]Wang, S.; Wang, X. Changes in Water and Sediment Processes in the Yellow River and Their Responses to Ecological Protection during the Last Six Decades.

Water2023,15, 2285. https://doi.org/10.3390/w15122285

[3]李勃,穆兴民,高鹏等.1956-2017年黄河干流径流量时空变化新特征[J].水土保持研究,2019,26(06):120-126+132.DOI:10.13869/j.cnki.rswc.2019.06.018.