上砂河流域降水特征及變化趨勢(shì)分析

劉志偉

摘 要：該文選取上砂河流域新嶺、上砂、吉龍、富口4個(gè)代表站1959—2015年實(shí)測(cè)逐月降水資料，利用距平分析法、5年滑動(dòng)平均法、sen+Man-Kendall 法及其他水文統(tǒng)計(jì)方法對(duì)流域內(nèi)降水特征及變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：上砂河流域各站點(diǎn)多年平均降水量在1900～2300mm，主要集中于3—9月份，年降水量在1959—2015年期間整體呈下降趨勢(shì)，但下降趨勢(shì)不明顯。

關(guān)鍵詞：上砂河流域；降水；距平分析法；5年滑動(dòng)平均法；sen +Man-Kendall

中圖分類號(hào) P333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）11-0160-03

Variation Characteristics and Trend of Precipitation over the Shangsha River Basin

Liu Zhiwei

（Shantou Hydrological Bureau of Guangdong，Shantou 505041，China）

Abstract：Using an anomaly analytical method，a five-year moving average method，the sen+Man-Kendall test method and a hydrological statistical method，this paper analyzed monthly precipitation data from 4 station，Xinling，Shangsha，Jilong and Fukou，from 1959 to 2015，in order to identify variation characteristics and trend of precipitation over the shangsha river basin. The results indicate that the average yearly precipitation in this basin is between 1900～2300mm；yearly precipitation period shows a downward trend during the study period，but the downward trend is not obvious.

Key words：Shangsha river basin；Precipitation；Anomaly analysis；Five-year moving average method；Sen +Man-Kendall method

上砂河發(fā)源于五華縣籠衣圈，自西北流向東南，于五云鎮(zhèn)下圩匯入榕江。屬山區(qū)性河流，流域面積134km2，河流長32km，河床平均比降8.06‰，多年平均流量6.4m3/s。上游多崇山峻嶺，植被良好，是暴雨高區(qū)[1]。本研究選取上砂河、新嶺、上砂、吉龍、富口4個(gè)代表站1959—2015年的逐月降水?dāng)?shù)據(jù)，采用距平分析法[2]、5a年滑動(dòng)平均法[3]、sen+Man-Kendall法[4]以及其他相關(guān)水文統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)上砂河流域的降水變化特征和變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

1 降水量的變化特征分析

1.1 降水量的年內(nèi)分配 從表1可以看出，上砂水流域降水量年內(nèi)分配不均勻，降水主要集中在3—9月份，該時(shí)段的降雨量約占全年降雨量的90%，最大月降水量占全年的18.0%～19.6%，最小月降水量?jī)H占全年的1.4%～1.7%，最大月降水是最小月降水的13倍左右。

1.2 降水量的年際變化 由表2可知，上砂河流域各站點(diǎn)多年均降水量在1900～2300mm，年降水量的CV值在0.18～0.20，年降水量的極值比在2.0～2.4；各站降水量的年際變化基本接近，富口站稍大于其他各站。

1.3 不同時(shí)段降水量變化 采用距平分析法對(duì)上砂河流域4個(gè)代表站不同時(shí)段降水量的變化進(jìn)行分析，分析結(jié)果見結(jié)果見表3。從表3可知：20世紀(jì)60年代，4個(gè)站降水量與多年均值相比均偏少，新嶺站偏少較多達(dá)到11.7%；20世紀(jì)70年代均偏多，偏差在2.5%和8.2%之間；20世紀(jì)80年代基本偏少，20世紀(jì)90年代總體上偏多；21世紀(jì)前10年總體偏少，近5年均偏少，偏差在-2.9%～-12.9%。

1.4 降水量豐、平、枯頻次分析 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)在國家標(biāo)準(zhǔn)《水文基本術(shù)語和符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50095-98）中，將河川徑流豐、平、枯劃分為：豐水年、偏豐水年、平水年、偏枯水年和枯水年五大類別。在對(duì)上砂河流域年降水量的頻次分析中，將年降水量按照經(jīng)驗(yàn)頻率也分為以上5種年型，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表4[5]。從表5可以看出：統(tǒng)計(jì)的時(shí)段內(nèi)，上砂河流域4個(gè)代表站的豐水年占比在10.7%～17.0%，偏豐年份占比在16.1%～32.1%，平水年占比在22.6%～30.4%，偏枯年占比在19.6%～32.1%，枯水年占比在8.9%～14.3%。

2 降水量的變化趨勢(shì)分析

針對(duì)上砂河流域降水量的變化趨勢(shì)，采用以下3種方法對(duì)進(jìn)行分析：一是5年滑動(dòng)平均法，繪制年降水量-5年滑動(dòng)平均過程線圖；二是降水量變化傾向率法[6]；三是Sen斜率和Mann Kendall法。

2.1 5年滑動(dòng)平均法 對(duì)4個(gè)代表站繪制時(shí)間與年降水量5年滑動(dòng)平均過程線（見圖1）。從圖1可以看出：各站在不同的時(shí)段內(nèi)降水變化趨勢(shì)不一，以吉龍站為例，該站在20世紀(jì)60年代初期降水量呈下降趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代中期到20世紀(jì)70年代末呈上升趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代先降后升，整個(gè)20世紀(jì)90年代明顯上升，新世紀(jì)前10年先下降后上升，近5年降水量先下降后企穩(wěn)。

2.2 降水量變化傾向率法 為了進(jìn)一步說明上砂河流域各代表站年降水量的變化趨勢(shì)，對(duì)各代表站的年降水量變化傾向率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，以時(shí)間t為自變量，年降水量P為應(yīng)變量，建立一元回歸方程進(jìn)行分析，也就是以回歸方程的斜率來表明年降水量的變化趨勢(shì)；當(dāng)傾向率即方程的斜率為正值事，表明年降水量呈上升趨勢(shì)，當(dāng)傾向率即方程的斜率為負(fù)值時(shí)，表明年降水量呈下降趨勢(shì)，斜率的絕對(duì)值越大，變化趨勢(shì)越明顯。計(jì)算結(jié)果如下：吉龍站y=-0.21t+2668.9，富口站y=-5.30t+12624，上砂站y=-1.89t+5725.9，新嶺站y=-1.31t+4558.5，計(jì)算結(jié)果表明上砂河流域年降水量變化傾向率在-5.30～-0.21mm，各站年降水量呈下降趨勢(shì)。

2.3 基于sen+Man-Kendall法分析

2.3.1 SEN趨勢(shì)度分析簡(jiǎn)介 SEN趨勢(shì)度分析方法是由Sen等人1968年提出的研究長時(shí)序變化的方法（Sen，1968），計(jì)算公式如下：

[β=Median（xj-xii-i），j>i，i=1，2，3，…，N]

其中，Xj和Xi屬于待分析趨勢(shì)的時(shí)間序列的元素，依據(jù)時(shí)間順序排列。Median為中位數(shù)函數(shù)。當(dāng)計(jì)算結(jié)果β大于0時(shí)表示待分析的時(shí)間序列呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)計(jì)算結(jié)果β小于0時(shí)表示待分析的時(shí)間序列呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[7]。

2.3.2 Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法簡(jiǎn)介 在Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)中，原假設(shè)H0為時(shí)間序列數(shù)據(jù)（x1，x2，……，xn），是n個(gè)獨(dú)立的、隨機(jī)變量同分布的樣本；備擇假設(shè)H1是雙邊檢驗(yàn)。對(duì)于所有的i>j≤n，且i≠j，xi和xj的分布是不相同的。定義檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量S：

[S=i=2nj=1i-1sign（Xi-Xj）]

其中，sign（）為符號(hào)函數(shù)。當(dāng)xi和xj小于、等于或大于零時(shí)，sign（Xi-Xj）分別為-1、0或1。S為正態(tài)分布，其均值為0，

方差Var（S）=n（n-1）（2n+5）/18。

M-K統(tǒng)計(jì)量公式S大于、等于、小于0時(shí)分別為：

Z=（s-1）/[（n（n-1）（2n+5）/18）] s>0

Z=0 s=0

Z=（s+1）/[（n（n-1）（2n+5）/18] s>0

在雙邊趨勢(shì)檢驗(yàn)中，對(duì)于給定的置信水平α，若| Z|>Z1/2，Z1/2則原假設(shè)H0是不可接受的，即在置信水平α 上，時(shí)間序列數(shù)據(jù)存在明顯的上升或下降趨勢(shì)。Z為正值表示增加趨勢(shì)，負(fù)值表示減少趨勢(shì)。Z的絕對(duì)值在大于等于1.28、1.64、2.32時(shí)表示分別通過了信度90%、95%、99%顯著性檢驗(yàn)[8]。

2.3.3 分析計(jì)算結(jié)果 運(yùn)用sen+Man-Kendall法對(duì)上砂河新嶺、上砂、吉龍、富口4個(gè)代表站1959—2015年的逐年降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表6。由表6可知，上砂河流域4個(gè)代表站年降水均呈下降趨勢(shì)，但四站計(jì)均未通過0.1的顯著性檢驗(yàn)，說明上砂河流域的年降水量下降趨勢(shì)并不明顯。這與降水量變化傾向率法分析所得結(jié)果是一致的。

3 結(jié)論

（1）上砂河流域各站點(diǎn)多年均降水量在1900～2300mm，年降水量的CV值在0.18～0.20，年降水量的極值比在2.0～2.4；各站降水量的年際變化基本接近，下游富口站大于上游各站。

（2）上砂河流域各站點(diǎn)年降水自1959年以來均呈下降趨勢(shì)，但下降趨勢(shì)不明顯。

參考文獻(xiàn)

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