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水 利 学 报

2021 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 7 期

文章编号：0559-9350（2021）07-0807-12

应对水文序列非一致性变化影响的溯源重构法研究

秦 毅，李 时
（省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室 西安理工大学，陕西 西安 710048）

摘要：水文序列的非一致性特征导致多种常用水文分析计算方法在理论上陷入瓶颈，因尚未得到有效的解决，仍
需不断探索研究。从因变量与自变量关系的角度看，引起水文变量非一致性变化的原因是影响因子自身的非一致
性变化。据此，针对单个影响因子作用于水文变量的规律，提出源函数概念，依据水文变量与影响因子源函数间
的统计乘积模型，构建新的函数，并据此函数将非一致性变化的影响因子的作用从原序列中剔除，实现了非一致
性序列向新的一致性序列的转化。本文称该方法为溯源重构法。获得的重构序列可用于以一致性序列为基础的分
析计算工作。对陕西省佳芦河流域非一致性年最大洪峰流量序列的应用研究表明，溯源重构法不仅能有效消除序
列的线性、非线性趋势以及突变等三种非一致性特征，且重构序列的分布更符合原序列的抽样属性。相比于分解
合成法仅能去除序列的一阶矩趋势，溯源重构法在去除一、二阶矩的非一致性上均能发挥作用。
关键词：水文序列；非一致性；源函数；溯源重构函数；重构平稳序列
中图分类号：TV12 文献标志码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20201032

1 研究背景

近年来，大量研究成果表明实测水文序列存在明显的非一致性特征 ［1-4］ 。它带来两方面问题：（1）
在非一致性条件下，继续使用以一致性样本为基础的预测分析方法，包括传统水文频率分析方法、
多元统计分析的 Coupla 方法、机器学习等方法是否能获得合理的成果，以及对未来的预测应该如何
评价。（2）水文模型参数的率定工作变得困难，因为参数率定采用资料的非一致性导致了不确定性的
增加。相比较而言，第一个问题在设计分析方面显得更为突出，例如水利工程、水土保持工程及生
态工程的设计，洪旱灾害的防治等都离不开对实测样本序列的统计分析与预测，除非研究对象的物
理机制被真实地掌握，否则所做出的水文分析与预测的结果只有在一致性（平稳性）序列条件下才有
意义。因此学者们投入了大量研究，包括：（1）对水文序列非一致性变异诊断的深入研究，给出了相

对成熟的诊断方法：如相关系数检验法、Spearman 秩次相关法、Kendall 秩次相关法、Mann-Kendall
［7］
［9］
［8］
检验法 ［5-6］ 、R/S 分析方法 、非参数 Pettitt 检验法 等。在此基础上，谢平等 构建了水文变异诊断系
统，更全面地反映了水文序列的变异特征。（2）解决非一致性条件下的频率分析问题，这是工程设计
迫切需要解决的问题 ［10］ 。为应对非一致性序列的影响，除了采用水文分析计算相关规范提出的还原
或还现方法外，近年来有学者们将研究焦点放在了时变矩法 ［11-12］ 上，并据此建立时变概率分布，再通
过重现期或可靠度与时变概率分布间的关系确定出工程设计值。当前比较有代表性的方法包括基于
［13-14］ ［15-16］ ［17］ ［18］ ［19］
修正重现期的 EWT 和 ENE 方法 ，和基于可靠度的 ER 、DLL 和 ADLL 等方法。
然而，这些方法仍然存在一定的争议。首先是对趋势的看法，有学者认为观测到的水文序列的
趋势并非是非一致性特征的表现，而可能是平稳过程中的周期性频率波动所致 ［20］ ，甚至认为趋势这
个词都缺少明确的定义 ［21］ ；再者，实践中，在工程设计寿命内，一定可靠度下的设计值将随着计算

收稿日期：2020-12-13；网络首发时间：2021-06-11
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210610.0948.001.html
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基金项目：国家自然科学基金项目（51679184）
作者简介：秦毅（1959-），博士，教授，主要从事水文水资源及河流泥沙研究。E-mail：qinyi@xaut.edu.cn
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