下垫面要素变化对洪水影响的多元统计分析.pdf

第３０卷第５期水电能源科学Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．５
２０１２年５月ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒＭａｙ２０１２

文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０５－００３７－０５

下垫面要素变化对洪水影响的多元统计分析"

张冬冬，冯平

（天津大学建筑工程学院，天津３０００７２）

摘要：为研究下垫面变化对流域洪峰模数、径流深等的影响程度，选取大清河水系的紫荆关、阜平、漫水河、城
头会和张坊五个典型子流域为研究对象，利用卫星遥感资料提取五个子流域１９８０、１９９０、２０００年的土地利用
情况，分别对洪水按重现期分为大于１０年一遇和小于１０年一遇两个量级下流域的洪峰模数、径流深及其影
响要素进行多元统计分析，利用得出的回归模型分析下垫面要素变化对洪水的影响程度。结果表明，对大于
１０年一遇的洪水，径流深和洪峰模数主要受林地变化的影响，影响贡献比例分别为０％～６５％和０％～４０％；
而对小于１０年一遇的洪水，径流深主要受草地变化的影响，影响贡献比例为１０％～１２０％，洪峰模数则受草
地和林地变化的共同影响，影响贡献比例分别为０％～０．８％和０％～２．５％。
关键词：下垫面变化；洪水；多元统计；主成分分析
中图分类号：ＴＶ１２２；Ｐ３３３文献标志码：Ａ

下垫面变化是通过影响流域的蒸发机制及地建立了洪峰、洪量与下垫面要素的多元统计回归
表径流的初始条件，从而对流域的水循环过程产模型［７，８］，分析了下垫面要素变化对洪水的影响
生一定的影响［１，２］。在水文计算和防洪工程建设程度。
中若不考虑下垫面因素的变化，其结果会产生一
定偏差。因此分析下垫面要素变化对洪水的影响１研究区域概况
可为流域防洪减灾及水文资料一致性修正提供一
大清河水系图位于海河流域中部西起
定的依据。早期研究下垫面变化对洪水的影响主（１），
太行山东临渤海湾北界永定河南至滹沱河和
要采用试验流域方法，但该方法研究周期长、可比、、、
子牙新河东西长约南北宽约
性差，且最终结论受各项指标测量方法的可靠性，２７５ｋｍ，２００ｋｍ，
流域面积２其中山地丘陵
及测量精度和误差的影响。自１９７０年以来，下垫４３０６０ｋｍ。、１８６５９
面变化对水文因素影响的研究方法逐渐由统计分ｋｍ２，占流域面积的４３．３％；平原、洼地２４４０１
析方法转向水文模型方法，如ＯｎｓｔａｄＣＡ等［３］采
用流域水文模型方法预测了土地利用变化对径流
的影响；王建群等［４］采用数学水文模型研究了秦
淮河流域土地利用变化对水文系统的影响，分析
了土地利用变化对洪水特征量和水量平衡关系的
影响；郝芳华等［５］运用ＳＷＡＴ模型分析了土地利
用趋势变化对年径流量的影响。但水文模拟方法
的精度主要取决于模型的率定情况。由于水文过
程和下垫面情况较复杂，实际水文过程的统计分
析省去模型率定与验证过程可能更客观。鉴此，
本文利用遥感（ＲＳ）技术和地理信息系统（ＧＩＳ）技
图１大清河水系图
术［６］，提取大清河五个典型子流域的下垫面要素，
Ｆｉｇ．１ＲｉｖｅｒｓｙｓｔｅｍｄｉａｇｒａｍｏｆＤａｑｉｎｇＲｉｖｅｒ

收稿日期：２０１１－０９－２０，修回日期：２０１１－１１－１４
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０８７９０５１）；水利部公益性行业科研专项基金资助项目（２００９０１０２８）
作者简介：张冬冬（１９８６－），男，硕士研究生，研究方向为水文水资源，Ｅ－ｍａｉｌ：[e-mail]
通讯作者：冯平（１９６４－），男，教授，研究方向为水文水资源，Ｅ－ｍａｉｌ：[e-mail]
·８３·水电能源科学２０１２年

ｋｍ２，占流域面积的５６．７％。全流域耕地面积约运用ＳＰＳＳ中的回归分析的线性及曲线估计功能
１５３．３×１０４ｈｍ２，人口约１３００万。降雨量年内分分别对径流深和洪峰模数与其影响因素进行多元
配不均，春、冬季降雨稀少，夏季的７～８月暴雨较回归统计分析，包括线性回归分析、主成分回归分
为集中，因此较易出现洪涝和干旱等灾害。大清析及非线性回归分析，并对不同方法及不同洪水
河水系流域面积是海河流域总面积的１５％，若按频率下的结果进行比较分析。
大水年份３０ｄ最大洪量统计，则来水量占总来水
量的４４％，说明大清河水系洪水在海河洪水中地３统计模型的构建
位举足轻重。
３．１多元线性回归分析
２数据来源及研究方法分别取径流深、洪峰模数变化为自变量，通过
逐步回归的方法建立多元线性回归分析的径流深
（１）数据来源。根据河北省水文水资源勘测和洪峰模数模型。
管理局提供的紫荆关、阜平、漫水河、城头会和张重现期大于１０年一遇的模型为：
坊五个子流域图年的降雨径流资
（１）１９５６～２００５ｙ＝２３．２０２＋０．４３３ｘ１＋０．３７６ｘ２－３２．８６６ｘ８（１）
料，选取具有代