中卫市胜金关第一排水沟巡测的探讨
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摘 要： 通过对胜金关第一排水沟径流系列周期变化分析，利用有序聚类分析法计算和秩和检验法判断年际径流过程的一致性是否受到干扰，年际排水径流量是否具有平稳性，据此进行巡测探讨。
关键词： 径流量； 巡测成因
中图分类号： U417.3 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）08-0041-01
1 前言
胜金关水文站1963年开始对中卫市第一排水沟进行水文驻守观测。排水量的变化主要受水、旱作物的交替耕作、人类活动、农业灌溉面积的影响。现今引出的问题是受水、旱作物的交替耕作对排水沟年水量变化的影响程度如何，巡测探讨主要进行年际排水径流量平稳性及巡测成因分析。
2 影响程度分析
第一排水沟主要控制有东元、城关、柔远、胜金关乡镇范围内灌溉退水、排水。在整个排域上，水、旱作物耕种面积总体基本不变，水、旱作物交替轮作。其年径流过程图看出，水、旱作物的交替对年径流的影响规律性需进一步探讨。
2.1人类活动、农业灌溉面积变化影响分析
人类活动、农业灌溉面积的变化主要是从径流过程的一致性上加以分析，讨论年径流过程是否存在突变性，引起径流过程有跳跃点。跳跃点选取用有序聚类分析法计算和秩和检验法进行跳跃的显著性判断，年际径流过程的跳跃点为1977年。即径流过程的一致性受到干扰，原系列分成两个子系列，并且分成的前后两个子系列不是取自同一母体。也就是说人类活动、农业灌溉面积的变化在1977年前和后有明显的不同。
2.2 年际排水径流量平稳性分析
人类活动、农业灌溉面积变化的影响，原系列分成两个子系列，以跳跃点1977年为分割点，分别计算前后两系列的均值X和离差系数cv值，并与母体（没有分割点以前的样本）样本的均值X和离差系数cv值进行比较，经计算均超出误差范围，即两个参数有显著差别。以1977年分割点后径流过程系列为样本计算长度进行年际排水径流量平稳性分析，考虑到系列长度不足30年，在此样本系列中随机抽取容量个数大于11的样本计算的均值参加到原系列中去，使系列长度超过30年，并计算样本的均值X和变差系数cv值作为系列总体近似真值。然后从中抽取容量为DN（DN≥11）的样本Dm（N-DN-1）个，分别计算其样本均值X和变差系数cv值的相对误差，分析其误差变幅范围。取样本容量n为38，计算成果见表1。表中显示，∣X-U∣≤εX成立，系列径流量的年际变化在允许范围内，离差系数cv值变幅不大，确认样本系列具有稳定性。
3 巡测成因分析
设站目的是通过平时的测量、累计径流资料，分析其量值随时移的变化过程，当系列达到稳定后，及时进行巡测。据上述分析，系列已具有稳定性、并且有近三十年的观测资料，而径流量的变化又在允许误差之内，这就为今后实施巡测创造了条件。从系列内部结构入手，进行自相关分析、建立自回归模型AR（P）。自相关系数方程为：
rk=■
式中：k为滞时（时移）（k=1，2，3，…m，m≤n/4），rk是自相关系数，它随着k值的增加而减小。选取1977年到2001年径流资料进行相关系数方程计算。
经自回归模型AR（2）方程验算、年径流量系列相对误差在10%以内占总测次（n=38）的85%，而自相关系数的衰减变幅较小，系列线形相依性又好。所以巡测期间，巡测时间的确定按常规方法进行，不必加密测次。并将年径流量与年内各月径流量系列建立相关，确定年径流量的年内各月径流量分配百分比，去指导每年内各月的巡测工作。
4 设站年限分析
4.1观测年限
依据观测的年径流量系列样本均值和变差系数的精度指标，确定水文站观测年限的估算公式为：
N=1+（■）2
给定已知样本变差系数Cv的水文系列，当进行N年观测，在置性水平为（1-a）时，使样本均值与总体均值之间的相对误差不超过事先指定的界定值ε。ta是自由度为（n-1）、显著性水平为a的t分布下限值。当N较大时（N>10），ta值接近为常数。据Cv=0.12，ε=0.05，a=0.05，查t分布表得ta=2.03代入上式计算得N=24.7（年）。
4.2置信区间
当指定了此排水沟径流量总体控制标准差后，而在系列的均值未知情况下，可据U检验法计算设站年限的置信区间。计算公式如下：
N1=DN■ N2=DN■
式中：Ua是相应与置性水平（1-α）的概率积分的上限和下限值，由正态分布表查读；х2β/2和х21-β/2是相应与置性水平（1-β）的х2分布的上限和下限值，由х2分布表查读。当α=0.05、β=0.05、ε=0.05时，计算得N1=12，N2=39，既满足置性水平（1-α）（1-β）时置信区间为（12，39）。
5 结语
以上对径流系列的一致性、巡测成因和巡测方法的运行、设站年限的确定进行了理论分析。但是，分析的前提是人类活动、农业灌溉面积及作物的交替耕作要有一个相对稳定的时期，若任一项发生跳跃性巨变，都会改变分析结果。而设站平均年限计算也是如此，它是随着各项精度的要求不同而随其变化。本文中考虑到灌区内节水效益因素，对显著性水平a和允许的相对误差ε作了严格的控制。