頡河流域降水量演變趨勢(shì)分析

李軍建 徐 海

（寧夏水文水資源勘測(cè)局固原分局 寧夏 固原 756000）

頡河是寧夏涇源縣境內(nèi)主要河流之一，涇源縣地處寧夏南部山區(qū)，氣候干旱，生態(tài)環(huán)境脆弱，降水稀少，耕地多為旱作農(nóng)田，受災(zāi)頻繁。降水特征不僅影響區(qū)域自然環(huán)境及農(nóng)業(yè)發(fā)展，也與該地區(qū)水資源科學(xué)配置及供水安全息息相關(guān)，因此，研究降水量變化規(guī)律及其演變趨勢(shì)具有重要意義。

1 流域概況

頡河系渭河北岸支流涇河的一級(jí)支流，發(fā)源于寧夏涇源縣大灣鄉(xiāng)的紅溝，自河源起由西向東流經(jīng)大灣鄉(xiāng)、六盤(pán)山鎮(zhèn)，于莧麻出境，在甘肅省平?jīng)鍪邪死飿騾R入涇河干流，寧夏境內(nèi)流域面積285km2，主河道長(zhǎng)29.8km，河道平均比降28.2‰。

本流域地處六盤(pán)山東麓，地勢(shì)由西向東傾斜，海拔高度1640m～2930m，屬土石山林區(qū)，上游植被良好，土坡陡峻多階狀，山間溪流眾多，河網(wǎng)密布，中下游區(qū)間有耕地。夏季受東南季風(fēng)影響，冬季受蒙古高壓控制，具有顯著的大陸性季風(fēng)氣候及高寒山區(qū)氣候特征，冬季漫長(zhǎng)寒冷，夏季短促溫濕。年平均氣溫5.6℃，7月最熱，1月最冷，溫差較大，蒸發(fā)較大。

2 資料與方法

2.1 資料

頡河干流設(shè)有大灣、瓦亭、和尚鋪、什字等雨量站及三關(guān)口水文站，在支流清水溝設(shè)有東山坡、五保溝等雨量站,站網(wǎng)密度相對(duì)較大。本次頡河流域降水量演變趨勢(shì)的分析研究過(guò)程，根據(jù)流域水文特性及雨量站點(diǎn)布設(shè)情況，分別從上游、中下游、支流選取能夠代表流域特性的4個(gè)站點(diǎn)總計(jì)178站年的降水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各站基本情況如表1所示。所選資料皆從各站有連續(xù)完整觀測(cè)記錄起，截至2010年期間，經(jīng)過(guò)相關(guān)部門(mén)審核整編的成果，資料可靠合理。其中三關(guān)口水文站測(cè)驗(yàn)斷面在1974年有過(guò)遷移，然前后觀測(cè)地相距甚近（80m），可以認(rèn)為下墊面條件沒(méi)有變化，其資料系列滿足數(shù)據(jù)一致性要求。

2.2 方法

（1）降水量統(tǒng)計(jì)特征 采用最值、均值、離勢(shì)系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)描述降水量的數(shù)字特征。

（2）降水量年內(nèi)分配 采用降水集中指數(shù)PCI反映降水年內(nèi)分配[1]，其計(jì)算公式如下：

式中：pi為某測(cè)站第i月的降水量。PCI值理論上介于8.3～100之間，其值越小表示該站年內(nèi)降水分布越均衡，反之則越集中。當(dāng)PCI＜10時(shí)，表示降水年內(nèi)均衡分布；當(dāng)10≤PCI≤20時(shí)，表示降水呈現(xiàn)季節(jié)性變化；當(dāng)PCI＞20時(shí)，表示降水月際變化顯著。

（3）降水量年型劃分 采用水文頻率分析方法，根據(jù)各測(cè)站降水量頻率曲線，通過(guò)一定保證率P（%）的相應(yīng)降水量p（mm）來(lái)劃分。

（4）趨勢(shì)及突變 分別采用差積曲線和信噪比。差積曲線亦稱(chēng)為累積距平曲線[2]，其表達(dá)式為：

式中 pi∈（p1,p2，…pn）是序列（p1,p2，…pn的均值；n為序列長(zhǎng)度；pt是前t項(xiàng)之和，i∈（1 t）,t∈（1，n）。將n個(gè)時(shí)刻的累積距平值全部算出，即可匯出累積距平曲線。

信噪比定義如下[3]：

鐵路是服務(wù)部門(mén)，乘客遇到自己解決不了的困難，請(qǐng)求車(chē)站工作人員予以幫助，這是可以理解的。但乘客所要求的幫助，必須符合兩個(gè)前提：一是不干擾車(chē)站的正常工作，二是合理合規(guī)。假若眼里只有個(gè)人的要求，而不考慮這種要求的合理性、合法性，甚至還要將別人正當(dāng)?shù)木芙^當(dāng)成是服務(wù)態(tài)度不好，這說(shuō)輕一點(diǎn)，是自私自利，說(shuō)重一點(diǎn)，是一種人性之惡與無(wú)恥。

3 降水量的時(shí)空變化特征

3.1 降水量的地域分布特點(diǎn)

頡河流域各站點(diǎn)多年平均降水量在600mm左右[4]，屬半濕潤(rùn)半干旱區(qū)，河流上游山林區(qū)降水較下游耕地區(qū)稍多；年降水變差系數(shù)介于0.19至0.22之間，沿河源自上游向下，隨著雨量的減小，Cv值逐漸增大；各年間降水量差異較大，年降水極值比介于2.1至2.7之間，見(jiàn)表2。

表1 頡河流域各測(cè)站基本情況

表2 頡河流域各測(cè)站年降水量參數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.2 降水量的年內(nèi)分配

表3 頡河流域各測(cè)站降水量月分配表

表4 頡河流域各站點(diǎn)年降水量豐枯等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)對(duì)流域各測(cè)站多年實(shí)測(cè)月平均降水量的統(tǒng)計(jì)分析（見(jiàn)表3），得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）各站年內(nèi)分配單峰型特征明顯，除大灣站單月最大降水量出現(xiàn)在7月，其余各站均是8月降水最多，12月最少；連續(xù)最大四個(gè)月降水量皆出現(xiàn)在6月～9月，占全年降水量的70%左右。

（2）降水四季分明，降水集中指數(shù)PCI值介于14.4～15.1之間。夏季降水最多，占全年降水量的50%以上，冬季最少，僅占3%左右，秋季降水稍多于春季。季節(jié)劃分采用氣象季節(jié)劃分方法，春季3月～5月為本區(qū)域夏糧作物播種、活躍生長(zhǎng)期，春季降水稀少，易發(fā)生春旱。

（3）汛期降水量集中在7、8兩月，占全年降水量的40%以上，占汛期降水量的60%左右。

（4）暴雨在年內(nèi)高度集中，7、8兩月暴雨占發(fā)生次數(shù)的68%。多數(shù)暴雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短、籠罩面積小，大面積、長(zhǎng)歷時(shí)的大暴雨發(fā)生次數(shù)較少。

3.3 降水量的年際變化及趨勢(shì)分析

3.3.1 年降水量豐枯等級(jí)劃分

從表4可知頡河流域歷年降水中，平水年出現(xiàn)概率最高，占總年數(shù)的30%左右,偏枯年出現(xiàn)幾率稍大于偏豐年，豐水、枯水年出現(xiàn)幾率相近且比較低。

3.3.2 不同時(shí)期降水量豐枯統(tǒng)計(jì)

各站實(shí)測(cè)資料系列不同時(shí)期均值、豐枯程度、距平詳見(jiàn)表5。可以看出，頡河流域不同年代降水量變化明顯，其年際變化總體表現(xiàn)出豐、平、枯的階段性特征。上世紀(jì)60年代為偏豐水期，是近50年降水最多的時(shí)期；70年代降水有較大幅度的減小，降幅接近20%；80年代降水有所增加，但增幅有限；90年代以后，降水呈現(xiàn)出順時(shí)序遞減的態(tài)勢(shì)，降幅接近10%，是近50年降水最少的時(shí)期，表現(xiàn)出連續(xù)的平水偏枯態(tài)勢(shì)。

表5 頡河流域各測(cè)站不同年代降水量統(tǒng)計(jì)表

圖1 頡河流域三關(guān)口站1966～2010年降水量差積曲線圖

3.3.3 降水量周期變化規(guī)律及突變分析

（1）周期變化

前文分析指出頡河流域降水量年際變化總體表現(xiàn)出豐、平、枯的階段性特征，為進(jìn)一步揭示其變化規(guī)律，采用差積曲線分析其周期變化。選取頡河流域控制站三關(guān)口水文站45年降水資料，繪制差積曲線如圖一所示。由于頡河流域面積較小，在長(zhǎng)時(shí)間尺度上分析年降水量變化趨勢(shì)，選擇流域控制站，完全能夠滿足數(shù)據(jù)代表性、一致性要求。

圖示曲線表現(xiàn)出鋸齒振動(dòng)狀態(tài)，鋸齒上升階段表示該段時(shí)期內(nèi)豐水年或偏豐水年出現(xiàn)的年份和量級(jí)占優(yōu)，降水較多；鋸齒下降階段表示枯水年或偏枯水年出現(xiàn)的年份和量級(jí)占優(yōu)，降水較少；鋸齒較為平穩(wěn)階段降水處于正常年份。鋸齒變化總體呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，也表現(xiàn)出一定的長(zhǎng)周期性變化規(guī)律，然而在現(xiàn)有資料時(shí)間尺度下，存在較多不確定性因素，結(jié)合表5數(shù)據(jù)綜合分析，可以認(rèn)為頡河流域年降水量存在10年～20年豐枯變化周期，在每一個(gè)多水或少水期，有著一個(gè)3年～6年的平水期。

（2）突變分析

根據(jù)圖1所示，累積距平最大值和最小值分別在1990年和2009年，因資料系列截止2010年，故只假設(shè)1990年為突變點(diǎn)，突變點(diǎn)1990年將時(shí)間序列分為1966年～1990年和1991年～2010年兩個(gè)序列。利用信噪比對(duì)1990年進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果表明1990年確為該序列的突變點(diǎn)。突變點(diǎn)前后兩個(gè)階段的降水量平均值分別為574.6mm、514.9mm,兩者相差59.7mm,降幅為10.4%；同時(shí)，兩者的Cv值也有明顯的變化，前者為0.21，后者為0.24。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）流域上游山林區(qū)降水較下游耕地區(qū)稍多，沿河源自上游向下，隨著降水量的減小Cv值逐漸增大。

（2）降水季節(jié)變化明顯，夏季降水最多，冬季最少，連續(xù)最大四個(gè)月降水出現(xiàn)在6月～9月，汛期降水集中在7、8兩月。

（3）流域歷年降水中，平水年出現(xiàn)概率最高，偏枯年出現(xiàn)幾率稍大于偏豐年，豐水、枯水年出現(xiàn)幾率相近且比較低。

（4）降水年際變化顯著，上世紀(jì)60年代為偏豐水期，70年代有較大幅度的減小，80年代有所增加，但增幅有限，90年為突變點(diǎn)，之后降水呈現(xiàn)出順時(shí)序遞減的態(tài)勢(shì)。

（5）降水年際變化總體表現(xiàn)出豐、平、枯的階段性特征，存在10年～20年豐枯變化周期，在每一個(gè)豐水或枯水期，有著一個(gè)3年～6年的平水期。

（6）未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)豐水年周期，可適當(dāng)種植需水量偏大的農(nóng)作物，結(jié)合當(dāng)?shù)刈魑锓N類(lèi)，推薦種植小麥、蕎麥、玉米等。陜西水利

[1] O liver J.E..Monthly precipitation distribution:a comparative index[J].Professiona Geographer，1980，（32）:300-309.

[2]丁晶，鄧育仁.隨機(jī)水文學(xué)[M].成都：成都科技大學(xué)出版社，1988.

[3]黃嘉佑.氣候狀態(tài)變化趨勢(shì)及突變分析[J]氣象，1995，21（7）:54-57.

[4]張萬(wàn)寶.寧夏回族自治區(qū)縣（區(qū)）水資源詳查報(bào)告[M].寧夏：寧夏水利廳，2015:59-61.