·946·山东农业大学学报(自然科学版)第53卷3.5.2计算结果及分析综上图表信息可知：水泉小学项目最不利教学楼的最不利阅览室的室内噪声
级昼间为30.8dB（A），夜间为35.8dB（A），楼板标准碰撞声压级≤62db。
通过计算分析，可得室内噪声级为：昼间：60-29.2=30.8dB（A）；夜间：50-14.2=35.8dB（A）。影响学校建筑的主要功能房间的噪音分为两种，一种是建筑物的外部噪声源通过建筑围护结构向室内传播的噪声，另一种是建筑内部设备的噪音和振动，通过空气扩散到其他空间。在该学校建筑中，可以通过隔声、吸声、消声以及隔振等技术措施来削减室内噪声[10]，主要从四个方面入手：一是增强建筑物围护结构的隔声能力，对于噪声较大的使用空间进行建筑构件上的隔声处理，防止其对周围教室的干扰；二是对设备进行降噪消声处理，设置消声器等装置，减少噪声的传播；三是对建筑进行隔振处理，在建筑构件上切断或降低声音的传播，避免固体传播造成室内噪声干扰；四是对于会议室等大型空间，控制室内混响时间，防止产生共振让人体感到不适。
4结论
经过本文的计算与分析，可以得出如下结论：
1）参照国家绿建筑标准，基于绿建分析软件的分析结果从风环境、光环境、暖通、声环境四个方面对该学校项目进行评分，最终参照标准得出该设计项目为二星级绿建筑；
2）项目的室外风环境需要进行绿化种植来削减涡流降低风速；室内需要增大侧窗面积或补充人工光源来改善建筑室内远窗处的光照舒适度；通过调整围护结构的材料，降低围护构造的传热系数，提高建筑的保温性能，提高节能效率；并通过建筑构件的隔声、吸声、消声以及隔振等技术处理来使室内声环境更加舒适；
3）将改造后的建筑设计再次进行模拟，判断该建筑绿建评分是否提高，为达到三星级运营绿建筑提出优化设计方案，同时也为该类型的学校建筑后续绿建筑设计提供改造设计思路。
参考文献
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2022,38(2):7-13,216
山东农业大学学报(自然科学版),2022,53(6):947-955VOL.53NO.62022 Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition)doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2022.06.022
沂河流域山东段径流演变特征及影响因素分析
侯恩光1，王如岩2，张靖3，谭秀翠3，刘晓蓬3*
1.济南市水文中心，山东济南250000
2.泰安市水文中心，山东泰安271018
3.山东农业大学，山东泰安271018
摘要：本文在介绍趋势检验法、突变检验法、周期分析法、双累积曲线法以及径流变化因素贡献识别法的基础上，以沂河流域山东段为研究对象，进行了径流量演变特征及影响因素分析。从径流趋势、径流突变和径流周期等方面分析了沂河流域径流量变化的历史特征；从降水趋势、降水突变和降水周期等方面分析了沂河流域降水量变化的历史特征；从不同时段径流量与降水量的变化特征、降水量和人类活动的贡献率等方面分析了引起沂河流域径流量变化的影响因素。通过本文研究可知：1956-2016年沂河流域径流量与降水量总体呈现下降趋势；相比于降水量，在各个5年时段径流量的变化幅度更大，变化效果更为显著；1965-2016年降水量对沂河流域径流量增大的贡献率为61.76%，而人类活动的贡献率为38.24%。本文研究表明人类活动对沂河流域径流量的增大造成了较大影响。
关键词：沂河流域；径流量；降水量
中图法分类号:P461+.5文献标识码:A文章编号:1000-2324(2022)06-0947-09 Analysis of Runoff Evolution Characteristics and Influencing Factors in Shandong Section of Yihe River Basin
HOU En-guang1,W ANG Ru-yan2,ZHANG Jing3,TAN Xiu-cui3,LIU Xiao-peng3*
1.Hydrological Certre of Jinan City,Jinan250000,China
2.Hydrological Certre of Taian City,Tai’an271018,China
3.Shandong Agricultural University,Tai’an271018,China
Abstract:Based on the introduction of trend test method,mutation test method,period analysis method,double cumulative curve method and runoff change factor contribution identification method,this paper takes the Shandong section of the Yihe River Basin as an example,analyzing the runoff evolution characteristics and influencing factors.The historical characteristics of runoff changes in the Yihe River Basin have been analyzed from the aspects of runoff trend,runoff mutation and runoff cycle.The historical characteristics of precipitation changes in the Yihe River Basin are analyzed from the aspects of precipitation trend,sudden change of precipitation and precipitation cycle.The influencing factors of the runoff change in the Yihe River Basin are analyzed from the varia
tion characteristics of runoff and precipitation in different periods,and the contribution rate of precipitation and human activities.According to the research in this paper,from1956to2016,the runoff and precipitation showed a decreasing trend.Compared with precipitation,the runoff has a greater range of changes in each 5-year period,and the effect of the change is more significant.The contribution rate of precipitation to the increase of runoff in the Yihe River Basin from1965to2016was61.76%,and the contribution rate of human activities was38.24%.It shows that human activities have a great impact on the increase in runoff of the Yihe River Basin.
Keywords:Yihe River Basin;runoff;precipitation
随着人类活动对气候变化的影响日益增大，降水分布和植被生长状况也随之发生了明显变化，从而间接对河川径流造成了显著影响[1]。河川径流是水循环中的一个基本环节，对人类生产活动和自然生态平衡稳定起到非常重要的作用[2]。已有研究表明，目前全球大多数河流的径流量正逐渐向总体减少的趋势发展，这是对全球水安全的巨大威胁和挑战[3]。在人类活动日益加剧的背景下，研究人类活动对河川径流演变的影响十分必要。因此，针对影响地区发展的重要河流进行径流演变特征分析，出河川径流变化的影响因素具有非常重要的现实意义。
对于当前的河川径流演变情况，已经有很多相关领域的专家学者做了一些有意义的探索研究，
收稿日期:2022-08-11修回日期:2022-10-02
基金项目：山东省自然科学基金(ZR2020QE286)
第1作者简介：侯恩光(1980-)，男，本科，高级会计师，从事水文水资源领域的研究.E-mail:*************
*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:**********************
·948·山东农业大学学报(自然科学版)第53卷
以寻气候变化和人类活动与河川径流变化之间的关系。孙洋洋等研究了黄河中上游地区径流量格局的长期变化过程，结果表明该区域的径流量呈显著减少的趋势[4]。张海荣等基于单、多变量的M-K 趋势分析法和突变检验法对金沙江流域降水量和径流量的时空演变情况进行了非一致性分析，结果表明该流域降水量和径流量呈现总体上升的趋势[5]。潘扎荣等基于M-K法和累积距平法，定量和定性分析了淮河干流径流量实测值年际变化的趋势性与阶段性，结果表明淮河干流径流量呈现总体下降的趋势[6]。TAO等采用M-K法和累积距平法判断塔里木河流域降水量和径流量的突变时间，重点分析了降水量与人类活动对该流域径流量变化的贡献率问题，由此得出结论为：降水量对塔里木河流域径流量变化的影响程度在逐渐降低，而人类活动对塔里木河流域径流量变化的影响程度在逐渐增大[7]。宋小燕
等基于M-K检验法和累积距平法分析了松花江流域哈尔滨站近100年的径流量变化趋势，结果表明松花江流域径流量未表现出显著的趋势性特征[8]。郭爱军等采用滑动偏相关系数法、双累积曲线法和Copula函数，诊断分析并验证了泾河流域降水量与径流量关系的变化特征和变异情况，结果表明人类活动对泾河流域径流量减少的贡献率是气候变化的4倍以上[9]。刘昌明等基于黄河84个子流域1956-2016年的气象水文资料，回顾了黄河流域径流及其影响因素的时空变化特征，分析了径流变化的可能原因和区域差异[10]。姬世保等构建了密云水库上游流域二元分布式水文模型，设置了多个情景对流域水循环过程进行模拟，并在此基础上使用多因素归因分析法对河川径流演变进行了定量归因[11]。阳扬等选用集总式水文模型MODHYDROLOG模拟漓江流域2008-2016年的日径流量，在不同时段人类活动和气候变化情景下分析了土地利用类型与模型时变参数的相关性，揭示了流域降水-径流特征的变化情况，对流域特征受人类活动影响的动态定量感知进行了探索[12]。
本文基于沂河流域山东段（以下简称“沂河流域”）1956-2016年的径流量和降水量等基础数据资料，采用M-K法对径流量和降水量进行了变化趋势的显著性检验分析；采用Pettitt法、有序聚类法、Lee-Heghinan法对径流量和降水量进行了突变检验分析；采用Morlet小波法对径流量和降水量进行了周期性检验分析；通过分析不同时段年均降水量、年均径流量的变化特征，明确降水量变化与人类活动对径流变化的影响；通过建立降水量-径流量双累积基准关系式，分析得到降水量变化和人类活动对径流量变化影响量的贡献程度。综上，本文研究可为流域水库调度、水量优化配置和水资源安全保障等重大事项提供参考依据和科学指导。
1研究区域概况
沂河源出山东省沂源县田庄水库，流经淄博市（流域面积为1444km2）、临沂市（流域面积为9563km2），最终从江苏省汇入黄海，全长为386km，流域总面积为11600km2，其中山东省境内河长为287.5km，流域面积为11007km2。本研究以沂河流域1956-2016年径流量和降水量等基础数据资料为研究对象。沂河流域山东段具体地理位置如图1所示。
图1沂河流域山东段地理位置图
Fig.1The geographic position of Shandong Section in Yihe River Basin
第6期侯恩光等：沂河流域山东段径流演变特征及影响因素分析·949·2研究方法
在水文学中，对降水量和径流量的研究主要包括趋势性分析、突变点检验、周期性分析等，其所检验要素之间相互独立，而亦可互为参考。趋势性分析中最常用的是Mann-Kendall 检验法；突变点检验中常用的方法包括Pettitt 法、有序聚类法和Lee-Heghinan 法，三种方法各有特点且可相互验证；周期性分析中，通常应用Morlet 小波分析法。为了更加明确探究降水量与径流量之间的相互关系及人类活动对河川径流的影响，通常采用双累积曲线进行辅助分析，并以此判别降水量变化和人类活动对河川径流量变化的影响量贡献率。
2.1趋势检验法
Mann-Kendall 检验法是水文研究中最常用的趋势性检验方法，简称为M-K 法。M-K 法受异常数据干扰的概率相对较小，而且该方法不受样本序列的影响，尤其适用于对水文、气象时间序列变化趋势的检验分析[7]。利用M-K 法对样本数值进行趋势变化显著性检验时，应首先假设样本序列无显著性趋势变化，然后再进行两尾检验。当显著性水平ɑ已知时，临界值Z 1-ɑ/2可以通过查正态分布表得到。当|z |<
Z 1-ɑ/2时，则接受该样本序列无显著性趋势变化的原有假设，而当|z |≥Z 1-ɑ/2时，则拒绝原有假设，也即是认为该样本序列有显著性趋势变化。|z |与样本序列变化趋势的显著性呈正相关关系，当Z >0时，表明该样本序列呈上升趋势，当Z <0时，表明该样本序列呈下降趋势。
2.2突变检验法
2.2.1Pettitt 法Pettitt 法是一种无分布的检验方法，该方法计算过程简单，而且几乎不受异常数据值的干扰[13]，可以实现对降水量和径流量突变点的检验分析。在Pettitt 法中，定义统计量U t ,N 的计算公式为：,1,1sgn()N t N t N i j j U U X
X -==+-∑(1)
式（1）的实际意义为：统计样本序列中序列号在前的样本值大于紧邻其后的样本值的总个数。X i 和X j 分别表示总数为N 的某时间样本序列上的不同样本值，t 表示某一样本值的序列号。
当U t ,N 达到最大值时，则其所对应的时间点t 0即为该样本序列的突变点。突变点位置表达式为：
0,max t N t k U =(2)
可以通过建立统计量P 来判断上述突变点的显著性水平，P 的表达式为：
()223,2exp /6t N U N N P ⎡⎤=⨯+-⎣⎦(3)
若计算所得统计量P 小于预先假设的显著性水平ɑ，则可以认为通过Pettitt 法得到的突变点在统计意义上发生了显著性变化。
2.2.2有序聚类法有序聚类法是一种数学统计方法，建立该方法的目的是寻样本序列的最优分割点。有序聚类法的实质是：首先对所需检验的样本序列进行分割并得到各分割点，之后分别计算分割点前与分割点后各子序列的离差平方和，当总离差平方和取最小值时，即认为该最小值所对应的分割点为该样本序列的最优分割点[14]。在水文学中，利用有序聚类法可以确定水文要素中的突变点。有序聚类法的计算公式为：
()21
t t V X X τττ==-∑(4)()21n n t n t V X X τττ--=+=
-∑(5)
n n S V V ττ
-=+(6)式中：τ表示总样本中突变点位置序列号，X τ表示突变点之前的样本平均值，n X τ-表示突变点之后的样本平均值，n S 表示该样本序列的总离差平方和。
·950·山东农业大学学报(自然科学版)第53卷
2.2.3Lee-Heghinan 法Lee-Heghinan 法基本原理：假设τ为服从正态分布的样本序列的可能分割点，则首先检验该分布是否服从均匀分布，之后检验概率密度函数计算结果是否为最大值，当取得最大值时则其所对应的分割点τ即为样本的最可能分割点。
Lee-Heghinan 法的概率密度函数为：()()()(2)/2221/2111221(/,,)()n n i i n i i n n i n i x x x x n f X X X n x x τττττττ---==+=⎡⎤-+-⎢⎥⎡⎤⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦-⎢⎥⎣⎦∑∑∑ (7)
式中：n 表示序列长度，τ表示总样本中突变点位置序列号，n x 表示总样本平均值，x τ表示突变点之前的样本平均值，n x τ-表示突变点之后的样本平均值。
2.3周期分析法
Morlet 小波分析是探究样本序列多时间尺度特点的常用方法，Morlet 小波变换在时域和频域同时具有良好的局部性，从而能够清晰显现各时间尺度的分布与强弱。小波的实部系数可以反映样本序列的周期和振幅，小波方差图可以判别不同时间尺度的干扰强度，出样本序列的主周期。
在水文学中，利用Morlet 小波分析可以实现对某流域径流量和降水量序列的周期性检验。Morlet 小波变换图可以反映规定年份内径流量和降水量在不同时间尺度上的周期震荡，而信号的强弱则是通过小
波系数的大小进行表示。小波光谱图中，通常用颜深度代表径流量或降水量偏离其多年平均值的程度，颜越深表示偏离程度越高；红代表径流量或降水量偏高，蓝代表径流量或降水量偏低；当小波系数为零时则对应着径流量或降水量的突变点。
2.4双累积曲线
将相同历史时期内因变量与自变量各自随时间的连续累积值之间的关系曲线在直角坐标系中表示出来的方法称为双累积曲线法。该方法能够通过消除参考变量的影响而达到鉴别影响因素是否会导致被检验变量发生了显著趋势性变化的效果。在长序列水文要素的演变趋势分析中，双累积曲线法因操作简单且直观易懂而得到最为广泛的应用[15-18]。对于降水量和径流量的时间累积值，当研究时间的序列长度有限时，降水量的变化是自然发生的，也即可以认为人类活动对降水量的影响相对较小，而径流量的变化受降水量和人类活动的共同影响。因此，基于径流量M-K 检验结果和降水量-径流量双累积曲线统计模型进行径流量变化影响因素分析时，通常将降水量作为参考变量拟合降水量-径流量双累积曲线的基准关系式，结合降水量和径流量在突变年份前后的变化特点，共同模拟降水量和径流量的年际演变过程，以此判别降水量变化与人类活动对河川径流量变化的影响程度。
2.5径流变化因素贡献识别
降水量-径流量双累积曲线是识别径流变化因素贡献率的重要基础。根据参考文献[15]可知，基于降水
量-径流量双累积曲线，通过判别突变年份前、后两个阶段径流量实测值与理论值之间的关系，可以得出降水量变化和人类活动所导致的径流量变化值[15]，具体如下式所示：
δn =R t 2-R a 1(8)δm =R a 2-R t 2(9)
式中：δn 表示由于降水量变化所导致的径流量变化值，δm 表示由于人类活动所导致的径流量变化值，
R a 1表示突变年份之前的实测平均径流量，R a 2表示突变年份之后的实测平均径流量，R t 2表示突变年份之后的理论平均径流量。
基于突变年份之前的降水量-径流量双累积曲线基准关系式，可以得到降水量变化对径流量的影响量理论值，将其与径流量的实测平均值进行差值计算，以此定量分析降水量变化和人类活动对径流量变化的影响程度，并分别得到降水量变化和人类活动对径流量变化的影响量贡献率[15]。影响量贡献率的表达式为：Q gn =δn /R d ×100%(10)
Q gm =δm /R d ×100%(11)
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