申瑜
(山西省水文水資源勘測(cè)局,山西 太原 030001)
汾河流域降水量變化特征研究
申瑜
(山西省水文水資源勘測(cè)局,山西 太原 030001)
以汾河流域118處雨量站1956—2013年降水資料為基礎(chǔ),利用線(xiàn)性回歸法和Mann-Kendall法,研究其變化特征。結(jié)果表明:汾河流域多年平均降水量為554.8mm,空間分布上南部偏多,北中部偏??;流域降水量年內(nèi)分配很不均勻,夏季最多占60.1%;1956—2013年,夏季降水傾向率變幅為-7.2mm/10年,是導(dǎo)致年均降水量下降的主要原因。研究成果與降水量變化實(shí)際基本相符,可為制定流域生態(tài)修復(fù)措施提供指導(dǎo)。
生態(tài)修復(fù);降水量;Mann-Kendall法;汾河流域
降水與生態(tài)過(guò)程之間有著極為密切的關(guān)系,也是不同時(shí)空尺度上各種生物過(guò)程的重要驅(qū)動(dòng)因子。研究汾河流域降水的年際變化、季節(jié)變化、空間分布等,可為制定流域植被退化、地下水超采等生態(tài)修復(fù)措施奠定基礎(chǔ)。以流域內(nèi)及周邊118處雨量站1956—2013年的降水資料為基礎(chǔ),利用線(xiàn)性回歸法和Mann-Kendall法,研究流域降水量時(shí)空分布特征,以期為汾河流域生態(tài)修復(fù)提供指導(dǎo)。
汾河發(fā)源于寧武縣管涔山,干流全長(zhǎng)716km,于萬(wàn)榮縣榮河鎮(zhèn)匯入黃河,沿途匯聚呂梁、太岳山區(qū)50km2以上的83條一級(jí)支流,流域面積39471km2。汾河按河流特征分為上、中、下游3段:太原蘭村以上為上游,流域面積7705km2;蘭村至洪洞石灘為中游,流域面積20509km2;洪洞石灘以下為下游,流域面積11257km2。
結(jié)合資料系列長(zhǎng)短及站點(diǎn)分布情況,篩選汾河流域包含鄰近周邊地區(qū)在內(nèi)的118個(gè)站1956—2013年系列逐月降雨數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料,并劃分成上游、中游和下游3個(gè)地區(qū)。
以算數(shù)平均法為基礎(chǔ),用變異系數(shù)反映降水量年際變化特征。利用線(xiàn)性回歸方法計(jì)算降水傾向率,利用Mann-Kendall法研究流域降水量變化趨勢(shì)。
3.1 多年平均特征
利用基礎(chǔ)資料,計(jì)算汾河流域1956—2013年多年平均降水量及變差系數(shù),結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 1956—2013年汾河流域多年平均降水量及變差系數(shù)
由表1可以看出,汾河流域1956—2013年平均降水量為554.8mm,上游區(qū)為541.4mm,中游區(qū)為542.4mm,下游區(qū)為587.9mm。
流域降雨主要受季風(fēng)影響,降水量總體分布趨勢(shì)為南北兩端和東西兩側(cè)山區(qū)高,中部盆地低,空間分布呈現(xiàn)南部偏多、北中部偏少的狀態(tài),流域上中游大部分地區(qū)年平均降水量在400~500mm左右,在流域上游汾河源頭區(qū)年平均降水量可達(dá)600mm左右,流域下游大部分地區(qū)年平均降水量在500~600mm左右,在鄉(xiāng)寧、萬(wàn)榮兩縣降水量達(dá)到600mm以上。
由表1的變差系數(shù)可以看出,58年來(lái)流域降水量年際波動(dòng)幅度較高,上游高達(dá)0.22,中下游為0.20,流域降水量不穩(wěn)定。其中上游降水最不穩(wěn)定,中下游變化幅度相對(duì)較小。
3.2 季節(jié)分布特征
汾河流域降水量季節(jié)分布計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 汾河流域降水量季節(jié)分布 單位:%
由表2可以看出,汾河流域全年60.1%的降水量集中在夏季(6—9月),冬季降水量極少,僅占全年降水量的2.9%。就流域分區(qū)而言,上游比重最大的是夏季降水量,占63.6%;下游比重在春、秋、冬季最大,分別占15.4%,25.3%和3.6%。
3.3 年際變化特征
3.3.1 年際變化趨勢(shì)
為研究降水年際變化,繪制汾河流域降水量逐年距平和5年滑動(dòng)平均變化曲線(xiàn)(見(jiàn)圖1)。
圖1 1956—2013年汾河流域降水逐年距平及5年滑動(dòng)平均變化
由圖1可以看出,汾河流域20世紀(jì)五六十年代降水偏豐,七八十年代接近平水年,1990年與2000年以后偏枯,2010年后又處于偏豐期。1964年降水量的正距平值最大,1997年,1999年,2001年出現(xiàn)負(fù)距平低谷。
從全流域年平均降水傾向率來(lái)看,1956—2013年全流域降水傾向率變幅為-8.9mm/10年,總體變化趨勢(shì)不明顯,在春、夏、秋季降水傾向率變幅分別為-1.7mm/10年,-7.2mm/10年,-0.9mm/10年,均呈現(xiàn)減少趨勢(shì);冬季為8.9mm/10年,呈增加趨勢(shì)。由此可見(jiàn),夏季降水量減少是導(dǎo)致年均降水量下降的主要原因之一。
3.3.2 突變分析
利用Mann-Kendall法判斷降水系列中是否存在突變,并確定出突變發(fā)生的時(shí)間。給定顯著性水平α= 0.05,分別繪制分析指標(biāo)的正序列統(tǒng)計(jì)量(UFk)和逆序列統(tǒng)計(jì)量(UBk)曲線(xiàn)圖。汾河流域1956—2013年的降水量序列M-K檢驗(yàn)曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。
由圖2可以看出,汾河流域的降水量在1958年,1963—1964年和1966—1967年有很小的增加趨勢(shì),但增加趨勢(shì)不顯著。1967年以后呈不斷減少趨勢(shì),減少趨勢(shì)顯著,1998年通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)UFk和UBk兩條曲線(xiàn),可以看出在1967年降水量發(fā)生突變,超過(guò)臨界線(xiàn)的范圍確定為1997—2010年。
圖2 汾河流域1956—2003年降水量序列M-K檢驗(yàn)曲線(xiàn)圖
基于汾河流域及周邊分布的118個(gè)站點(diǎn)58年的降水量資料進(jìn)行降水量的時(shí)空分布特征研究,主要結(jié)論如下:
第一,1956—2013年汾河流域多年平均降水量為554.8mm,空間分布上呈南部偏多,北中部偏小;流域降水量夏季占60.1%,冬季僅占2.9%。
第二,1956—2013年汾河流域降水量總體呈下降趨勢(shì),變幅為-8.9mm/10年。流域的降水量在1967年后呈不斷減少趨勢(shì),減少趨勢(shì)顯著,是汾河流域降水量的突變年份,超過(guò)臨界線(xiàn)的范圍年為1997—2010年。
第三,汾河流域年均降水量的減少不是影響汾河流域生態(tài)惡化的主要因素,僅能成為影響汾河流域地表產(chǎn)流的因素之一。實(shí)施汾河流域生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)是改善人類(lèi)對(duì)下墊面的破壞,促進(jìn)地下水位逐步抬升、恢復(fù)地表植被和水域面積,增強(qiáng)流域資源環(huán)境承載能力。
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]C [
]1004-7042(2016)10-0020-02
申瑜(1981-),女,2008年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水文學(xué)及水資源專(zhuān)業(yè),工程師。
2016-08-15;
2016-09-16