李显鸿1，王  军2，黄辉曦1，陈  程 1

（1.云南省水文水资源局昆明分局，云南昆明(650051)； 2.河海大学水文水资源学院，江苏南京（210098））

摘要：水文资料是合理确定涉水工程规模的重要依据，但城市化建设对水文资料的一致性可能造成影响。判断水文资料是否具有一致性对确定涉水工程规模具有重要意义。本文通过对昆明城区受城市化进程影响剧烈的站点的资料系列进行一致性影响分析，探索昆明城市化对城区站点水文资料系列的影响程度，为城区涉水工程建设合理应用水文资料提供参考依据。

关键词：昆明；城市化；水文资料；一致性；影响

按照现行《水利水电工程水文计算规范》要求，可应用水文资料采用概率模型进行设计值估算，以确定涉水工程规模。随着经济社会的发展，城市建设规模日趋扩大，流域下垫面发生了根本性的变化，“热岛效应”、“单点暴雨”等现象频发，城区河流水文监测要素受到影响，致使资料可能失去原有天然的独立性，不能直接进行经验频率的计算。因此，在昆明城市涉水工程水文分析计算中，必须判断资料是否来自于同一样本。

本文以受城市化影响明显的昆明城区河流盘龙江上的松华坝、昆明站实测暴雨和洪水资料，分析城市化对城区水文监测资料一致性的影响，以供实际应用参考。

1资料情况

盘龙江为普渡河上游段，属长江上段（称为金沙江）右岸一级支流。由于滇池水域分隔，习惯将滇池以上称为滇池流域，盘龙江为滇池流域内最大一条入滇河道。

盘龙江主源为牧羊河，发源于昆明市嵩明县西侧梁王山北麓阿子营乡朵格村附近喳啦箐白沙坡（高程2600m），自北向南蜿蜒，经嵩明县阿子营乡牧羊、阿子营等村后进入盘龙区小河乡境地，在岔河嘴处接纳自东北向南的左支流甸尾河后称盘龙江，随即进入松华坝大（二）型水库，出库后续向南纵穿昆明市城区所在盆地，并于官渡区洪家大村处注入滇池。

在盘龙江上建设有松华坝和昆明两个水文站，为昆明历史最为悠久的站点，资料系列条件较好，且松昆区间恰好为上世纪90年代以来城市化发展较快的区域，故本次以该两站点雨洪资料系列为代表站进行分析。

2一致性分析

用样本推断总体的统计性质，当然要求样本来自同一总体，否则就没有实际意义。对于水文资料的一致性，首先应从物理成因、自然状况等方面进行分析，但如果系列较长条件下，应利用统计检验法进行检验[1]。

2.1暴雨量资料一致性分析

基于暴雨成因在一定范围内基本一致的特点，以盘龙江松华坝站历年最大一日雨量资料为例。

首先，绘制1953年以来年最大一日雨量与多年平均雨量过程对照（图1）可见，尽管自1987年以后昆明城市建设具有相当的规模，但年最大一日雨量过程并未反映出因人类活动影响而呈阶段性的突变，其总体趋势仍具有随机性。因此，前后段年最大一日雨量系列可定性判定具有一致性。

图1 松华坝站年最大一日雨量过程图

其次，将一日雨量系列采用水文统计中的t检验和F检验方法，分别对其系列的均值和方差进行显著性检验。为了进行显著性检验，将一日雨量变量系列根据昆明城市建设规模以1987年为界划分为容量x1（影响前）、x2（影响后）的样本系列N1、N2，并采用矩法公式分别计算均值（分别为m1、m2）和标准差（分别为S1、S2），计算结果如下：

x1=34（1953～1986年），均值（m1）=65.9mm，标准差（S1）=23.1mm

x2=23（1987～2009年），均值（m2）=67.2mm，标准差（S2）=19.5mm

先对方差（S2）进行F检验，选择检验统计量：

，S12＞S22

经计算，F值为1.40，并与F分布表中置信水平a/2、自由度为（x1-1）、（x2-1）的F值比较，在大部分实用中，a值采用2%比较适当，取a=0.02。从F分布表中查得F0.01（33，22）=2.642，有F＜F0.01，表明在置信水平0.02下样本系列的方差可认为相等。

上述F检验表明已接受零假设，为此，再选择t检验统计量，即方差的一个合并估计量：

S2=[（x1-1）S12+（x2-1）S22]/（x1+ x2-2）

对合并估计量零假设进行第二次显著性t检验，它适用于两个系列的均值检验，计算检验统计量如下式：

t=（m1-m2）/S（1/ x1+1/ x2）0.5

经计算，t值为0.22，若取置信水平a=0.02，自由度x1+ x2-2=55，a/2=0.01，查t0.01（55）=2.3965。经比较可知，t＜t0.01，表明已接受零假设。据此可以认为，前后段的一日雨量系列是来自同一总体分布，也即松华坝水文站年最大一日雨量系列前后段具有较高的一致性。

2.2洪水量资料一致性分析

对实测洪水资料而言，其特征量是暴雨成因与下垫面产汇流相互影响的综合结果，但与下垫面条件改变、人类活动影响的加剧较为敏感，其一致性较容易发生变化，对此，以松华坝、昆明站为例，分析洪水样本系列的一致性。

将松华坝、昆明站实测洪水资料，采用水量平衡原理分析并统计区间年最大洪峰流量系列，并绘制1953年以来区间洪峰流量与多年平均流量过程对照（图2）可见，自1987年以后呈递增趋势，已初步反映出因人类活动影响而呈阶段性的变化趋势。因此，前后段年最大洪峰流量系列可定性判定不具有一致性。

图2 松华坝至昆明站区间年最大洪峰流量过程图

将其样本采用矩法公式计算该区间前后段（以1987年为界）洪峰流量均值（分别为26.8m3/s、30.7m3/s）和标准差（分别为22.5m3/s、13.5m3/s）。首先对方差进行F检验，计算F值为2.78，查表的F0.01（33，22）=2.642，因F＞F0.01，拒绝关于S12与S22为相同总体方差估计量的零假设，表明在置信水平0.02下系列的方差不相等，可认为前后段样本一致性已被改变。其次对合并估计量零假设进行第二次显著性t检验，经计算，t值为0.74，查表的t0.01（55）=2.3965，有t＜t0.01，表明已接受零假设。

从如上分析可看出，t检验为接受零假设，而F检验则拒绝零假设，由此说明区间洪水样本受城市化影响较为明显，前后段不具有一致性，且1987年以后洪峰均值较前段增大14.55%，说明昆明城市河道洪水量级趋于增大。

3结论

近年来，昆明城市化进程加快，滇池周边局部地区热岛效应日趋明显，前后段雨量存在微变化，但从代表站的一致性检验来看，暴雨资料仍具有较好的一致性，可直接进行经验频率的计算。从影响暴雨的主要因素（如气候成因、地形、地貌）不会因局部变化而影响整个区域，彼此是基本处于一个相对稳定的状态，因子间具有连续和一致性的特点。因此，对于整个滇池流域而言，在具有相同气候条件下，可判断各站雨量样本系列前后段基本具有一致性。

对于洪水资料系列而言，因洪水时暴雨与下垫面作用的结果，城市化导致了下垫面发生较大变化，从代表站一致性检验成果来看，城区水文站点监测的洪水样本不具有一致性，洪水量级呈现增大趋势。

参考文献

［1］黄振平. 水文统计学[M].河道大学出版社.2003

作者简介：李显鸿（1982—），男，云南金平人，工程师，研究方向为水文水资源。

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