張家口市壩區(qū)不同高程降水量特性對比分析

孔 玲

(張家口水文水資源勘測局 河北 張家口 075000)

1 引言

張家口市地處河北省西部，屬于半寒冷半干旱地區(qū)，地貌多樣。尚義～平泉大斷裂把張家口市分成兩部分，北部為壩上內陸平原區(qū)，長期隆起且穩(wěn)定，南部為山間盆地區(qū)，形成了永定河流域三個大的串珠狀盆地。

內陸河流域北部為陰山余脈，丘陵成帶，海拔 1400m～1500m，相對高度在100m～200m；南部壩頭一代地勢略高于北部，海拔1500m以上，相對高度超過200m，最高處——樺皮嶺海拔高程超過2000m；中部地勢平坦開闊，海拔1400m左右，相對高度小于50m，形成了廣大的內陸河平原區(qū)。張家口市以南為壩下山間盆地區(qū)。張家口市區(qū)處于張宣盆地北緣，張家口以北地勢逐漸上升，到張北縣的狼窩溝村到達壩頭，穿過壩頭山區(qū)，在張北縣城南進入廣闊的內陸平原區(qū)。張家口站海拔高程850m，位于壩根地帶；壩頭狼窩溝村高程為1560m，位于壩頭；張北縣城海拔高程1340m，位于壩頭與內陸平原區(qū)交接地帶。

2 資料和研究方法

2.1 資料情況

本文使用1956年～2003年的降水量實際觀測資料，該資料被用于張家口市水資源評價（2007年），經過了可靠性、代表性和合理性分析，已錄入中華人民共和國水文資料年鑒。

2.2 采用的研究方法

2.2.1 降水量分布特征檢驗

峰度系數和偏度系數是描繪降水分布特征的兩個重要統(tǒng)計量。偏度系數是表述分布形態(tài)與平均值的偏離程度，峰度系數是表述分布圖形峰頂的凸平度。計算公式如下：

我們先提出降水分布特征符合正態(tài)分布的假設，確定出顯著性水平α，查顯著性水平α/2 的臨界值 uα,如果 g1＜uα且 g2＜uα，則認為在α的顯著性水平下，降水分布近似正態(tài)分布。否則，認為分布為非正態(tài)分布。當g1=0且g2=0時，降水量為標準正態(tài)分布。

2.2.2 線性傾向估計

在降水趨勢分析中，直線是最常用來表述降水變化的演變趨勢的，以時間為自變量，以年降水量為因變量建立一元回歸方程，解其方程所得回歸直線，可反映年降水序列的直線變化趨勢。在序列變化圖上繪出其擬合直線，從圖中可看出趨勢演變是增加還是減少，用直線斜率的符號及大小來衡量其演變趨勢是增加還是減少的程度。

2.2.3 t檢驗

t檢驗是用于樣本的兩個平均值差異程度的檢驗方法。它是用T分布理論來推斷差異發(fā)生的概率，從而判定兩個平均數的差異是否顯著。假設兩組樣本x和y的樣本量為n1和n2，均值為和，標準差s1和s2，當n1和 n2均較大時，定義t的統(tǒng)計量：

上式遵從自由度為n1+n2-2的t分布，確定出顯著性水平α。查顯著性水平α的臨界值tα，如果t＜tα，則認為兩組樣本均值無顯著性差異；如果t≥tα，則認為兩組樣本均值存在顯著性差異。否則差異不明顯。

2.2.4 F檢驗

F檢驗法是檢驗兩個正態(tài)隨機變量的總體方差是否相等的一種假設檢驗方法。假設兩組樣本x和y的樣本量為n1和n2，方差s12和s22，定義F的統(tǒng)計量：

上式遵從自由度為v1=n1-1和v2=n2-1的F分布。確定出顯著性水平α，查F分布表，確定顯著性水平α的臨界值Fα/2，如果F＜Fα/2，則認為兩組樣本方差無顯著性差異；如果F≥Fα/2，則認為兩組樣本方差存在顯著性差異。

3 年內變化

3.1 年內變化特征

受氣候及地形條件影響，降水量年內分配極不均勻，約75%集中在汛期6月～9月，其他月份只占年降水量的25%左右。比較而言，張北、張家口和烈士塔降水量年內分配差距很小，汛期占全年降水量分別為79.1%、77.4%和74.8%，月內最大相差百分比為3%，最小為0.2%（詳見圖 1）。

圖1 選用站多年平均降水量月分配圖

3.2 降水年內分配不均勻性的多年變化

降水年內分配不均勻用系數Cvy表示，其計算式為：

圖2 選用站1956年～2003年降水年內分配不均勻系數Cvy曲線圖

圖3 張北、張家口和烈士塔站1956年～2003年降水量系列變化趨勢圖

式中，Ki為各月徑流量占年徑流的百分比；

K為各月平均占全年百分比，即

Cvy是反映降水年內分配不均勻性的一個指標。Cvy越大，表明各月降水量相差越懸殊，即年內分配越不均勻，Cvy小則相反。逐年計算1956年～2003年降水量年內分配不均勻系數Cvy，并點繪過程線圖（見圖2），與擬合直線方程基本上是一條直線。由圖2，1956年～2003年間，降水量年內分配不均勻性無論增加或減小趨勢，都非常微弱。

4 年際變化

4.1 降水量分布特征比較

表1 偏度系數、峰度系數統(tǒng)計表

計算張北、張家口和烈士塔站1956年～2003年降水系列的偏度系數和峰度系數，見表1，假設降水分布特征均符合正態(tài)分布，顯著性水平α為0.05，查顯著性水平α/2的臨界值uα為1.96，由表1可知張北、張家口兩站的偏度系數和峰度系數都小于1.96，說明兩站的降水分布基本上遵從正態(tài)分布。烈士塔站的偏度系數為2.678，大于峰度系數的臨界值1.96，說明該站降水量分布不遵從正態(tài)分布。

4.2 降水量變化趨勢

建立張北、張家口和烈士塔站1956年～2003年降水量系列變化曲線（見圖3）并按最小二乘法擬合趨勢線，直線方程分別為張北y=－0.3542x+405.63，張家口y=－2.0007x+450.15，烈士塔y=1.8647x+434.57。從圖3和擬合方程可看出，張北、張家口站變化趨勢基本一致，為減小趨勢，傾向率為－3.5mm/10a和－20.0mm/10a，而烈士塔站變化趨勢與上兩站相反，為增加趨勢，傾向率為+18.6mm/10a。

4.3 多年降水量均值比較

隨著高程的改變，分析降水量是否發(fā)生明顯變化，可通過t檢驗檢驗降水均值是否發(fā)生改變。對張北、張家口和烈士塔站降水量系列進行兩站組合t檢驗，求得統(tǒng)計量t值為：張北、張家口為-0.24，張家口、烈士塔為3.42，烈士塔、張北為4.02。顯著性水平α為0.05，自由度為n1+n2-2=94，查t檢驗臨界值表，臨界值tα為1.99，烈士塔、張家口和張北、烈士塔檢驗的t值均超過了臨界值，張北、張家口檢驗t值小于臨界值，說明張北站、張家口站年降水量均值沒有顯著性差異，而烈士塔與張北、張家口站年降水量均值存在顯著性差異。

4.4 年降水量系列方差比較

比較兩地的降水量，除比較均值外，還應對方差進行比較，判斷降水是否發(fā)生顯著變化。利用F檢驗，對張北、張家口和烈士塔站降水量系列進行任意兩站組合F檢驗，求得統(tǒng)計量F值為：張北、張家口為2.12，烈士塔、張家口為1.70，張北、烈士塔為3.60。顯著性水平α為0.05，自由度為v1=n1-1=47和v2=n2-1=47，查F檢驗臨界值表，臨界值 Fα/2為1.73，張北、張家口和張北、烈士塔檢驗的F值均超過了臨界值，烈士塔、張家口檢驗t值小于臨界值，說明烈士塔、張家口站年降水量方差沒有顯著性差異，而張北與烈士塔、張家口站年降水量方差存在顯著性差異。

5 結論

由以上分析可知：當降水系統(tǒng)移到壩區(qū)時，受到地形的阻擋，移速減緩，在壩南側迎風坡產生了動力抬升，使系統(tǒng)得以加強和發(fā)展，對降水產生了增幅作用，壩頭一帶降水量增加明顯。當降水系統(tǒng)移出壩頭而進入內陸平原區(qū)時，降水量會減少。地勢的差異，不同的高程，使降水產生以下明顯差異。

（1）降水的年內分配隨地勢不同變化并不大，年內分配不均勻性的多年變化趨勢均為減弱，分析站之間變化趨勢差異不明顯。

（2）壩區(qū)不同地勢降水量分布特征不同，壩根（張家口）、壩與壩上平原交接地帶（張北）年降水量基本遵從正態(tài)分布，而壩頭（烈士塔）則不同。

（3）降水系列變化趨勢不同，壩根、壩與壩上平原交接地帶年降水量變化趨勢為減小傾向，而壩頭為較明顯的增加傾向。

（4）地勢不同降水量不同，壩頭區(qū)降水量最為豐富，壩根、壩與壩上平原交接地帶差異不顯著。陜西水利

[1]張家口市水資源評價，河北省張家口水文水資源勘測局，2007.

[2]盛驟,謝式千,潘承毅.概率論與數理統(tǒng)計,浙江大學.

[3]魏鳳英,現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預測技術,氣象出版社.

[4]邵曉梅,河北省旱澇災害孕災環(huán)境本底條件研究[J].《國土與自然資源研究》,2001（2）.

[5]張振連,張家口市地下水水質類性分析[J].《地下水開發(fā)利用與污染防治技術?？?2009.