吳彥昭
(甘肅省隴南水文水資源勘測局,甘肅 隴南 742500)
甘肅省位于我國平原與高原過度地帶,地形地貌復(fù)雜,降水量偏小,水資源量分布不均衡,人均水資源占有量僅為全國人均的一半。在第三次甘肅省水資源調(diào)查評價的基礎(chǔ)上,利用地理信息管理系統(tǒng)(GIS)和部分水文計算軟件,采用傳統(tǒng)分析方法,通過對1956—2016年系列降水量評價分析,摸清甘肅省水資源降水量分布狀況及變化趨勢,對水資源規(guī)劃管理、省內(nèi)調(diào)水等其他項目具有重要的參考意義。
水文氣象資料選自《甘肅省水文統(tǒng)計》《水文年鑒》、水文匯編資料、氣象站資料以及抄錄鄰省邊界站點降水資料。對缺測年份進(jìn)行插補,對系列不夠長的雨量站資料進(jìn)行系列相關(guān)性插補延長[1- 2]。在偏僻高山區(qū),搜集了研究部門的少量短期降水資料。本次分析研究選用資料系列為1956—2016年,總計61年。雨量站點數(shù)為510站,其中甘肅省內(nèi)460站,共計21766站年降水資料,資料系列短于20年的36站,占7.8%;20~50年的176站,占38.4%;大于50年的共247站,占53.8%。還有甘肅省邊界省份50站。全省平均選用雨量站密度926km2/站,其中東部地區(qū)、南部地區(qū)較密,西北內(nèi)陸河區(qū)域密度較差。雨量站密度統(tǒng)計見表1。
如果序列中存在線性趨勢,可采用線性相關(guān)方程進(jìn)行描述,其數(shù)學(xué)模型為:
表1 雨量站密度統(tǒng)計表
Xi=a+bt+ηt
(1)
由最小二乘法求出參數(shù)a、b的估計值分別為:
(2)
(3)
(4)
分析序列Xt與時序t的相關(guān)關(guān)系,在運算時,Xt用其秩次Rt(即把序列Xt從大到小排列時,Xt所對應(yīng)的序號)代表,t為時序(t=1,2,…,n),秩次相關(guān)系數(shù)為:
(5)
式中,n—序列長度,dt=Rt-t。顯然如果秩次Rt與時序Xt相近時,dt小,秩次相關(guān)系數(shù)r大,趨勢顯著。
對全省年降雨量分布概況的研究,采用分區(qū)研究,該分區(qū)參照甘肅第三次水資源調(diào)查評價水資源分區(qū)。采用泰森多邊形法和等值線法[3- 4]推求各分區(qū)降水量。兩種方法相互比較,對不合理區(qū)域進(jìn)行平差分析調(diào)整,將兩種方法誤差控制在±5%之內(nèi)。
按照等值線法量算得出全省多年平均降水量為282.2mm,內(nèi)陸河流域多年平均降水量為129.2mm,黃河流域多年平均降水量為464.6mm,長江流域多年平均降水量為587.5mm。三級流域分區(qū)多年平均降水量見表2。
表2 行政分區(qū)多年平均降水量表
甘肅省降水量水平地帶分布由東部和南部向北部和西部遞減,年雨量由800mm以上減少至50mm以下,多年平均最大年降水量為960.6mm,發(fā)生在新發(fā)雨量站,最小年雨量為35.6mm,發(fā)生在南湖雨量站。點年雨量由1000mm以上減至40mm以下。全省實測雨量站點最大年降水量1504.0mm,發(fā)生在1967年太子山北麓新發(fā)站。
為了直觀表現(xiàn)降水量水平地帶的分布狀況,采用等值線法和泰森多邊形法進(jìn)行面降雨量計算,畫出三級流域分區(qū)兩種方法降水量直方圖,橫軸流域順序從北向南,如圖1所示,從圖中可以看出降水量從西北到東南依次增加,最大降水量為丹江口以上區(qū)域,最小降水量為疏勒河區(qū)域。
圖1 三級流域分區(qū)降水量直方圖
年降水量大于800mm的濕潤帶:主要分布在隴南康縣文縣一帶,太子山高山區(qū)。年降水量500~800mm的半濕潤帶:包括隴東南部、隴中南部、隴南山地、甘南高原、祁連山東段等。年降水量200~500mm的干旱、半干旱帶:包括隴東環(huán)縣、隴中北部、定西市、臨夏北部、蘭州市等地。年降水量小于200mm的干旱荒漠帶:包括白銀、景泰、河西走廊及其以北廣大地區(qū),年降水量從東到西、從山區(qū)向平原迅速遞減,最西部安西、敦煌一帶,平均年降水量小于50mm。
甘南藏族自治州南部迭山附近,祁連山東段冷龍嶺、大雪山年降水量在700mm以上?,斍阅?,隴東南部和六盤山區(qū)年降水量在600mm以上,總的分布趨勢亦是從東南向西北方向逐漸減少。隴中部從南向北年降水量由500mm遞減至200mm以下,平均緯度每升高1°,降水減少約150mm。河西地區(qū)降水從南向北、自東向西減少。除祁連山脈外,大部分地區(qū)年降水量在300mm以下。黃河段降水量在150~500mm之間,降水量充沛區(qū)位于大夏河和洮河流域。具體降水分布如圖2所示。
圖2 甘肅1956—2016年多年平均降水深等值線圖
甘肅省年降水量分布除了地帶性規(guī)律以外,又受山地的影響,形成降水量等值線圍繞大山體的多中心分布特點。主要的山脈首推祁連山、烏鞘嶺、六盤山、秦嶺等。以山脈可分為各具特色的六大區(qū)域:隴南山地、隴東、中黃土高原、甘南高原、河西走廊、祁連山地、河西走廊以北地帶。
對主要山脈選擇8個剖面分析降水量的垂直分布,建立年降水量與高程的關(guān)系。結(jié)果表明,降水與高程的關(guān)系密切[2- 3],且呈直線相關(guān),雨量隨高程的增高而增加。現(xiàn)將各剖面雨量與高程關(guān)系列于表3,表3說明,降水的遞增率最大值出現(xiàn)在東部的多雨地區(qū),干旱的西部山區(qū)最小,最大值為太子山北坡的廣通河。
表3 面雨量與高程關(guān)系表單位:mm/100m
(1)選取魚兒紅雨量站、武山雨量站、武都雨量站長系列資料分別代表內(nèi)陸河、黃河流域、長江流域,采用線性趨勢線法[5]對三站降水量的變化趨勢分析,即對三大流域降水量變化分析如圖3所示。從圖3可以看出內(nèi)陸河降水量呈遞增趨勢,黃河流域和長江流域呈遞減趨勢,長江流域減少比較大。
圖3 甘肅1956—2016年年降水量變化趨勢圖
(2)根據(jù)三大流域1956—2016年系列面雨量值采用線性趨勢相關(guān)法、斯波曼秩次相關(guān)法對其變化趨勢分析,以及顯著性分析,計算成果見表4。
表4 甘肅一級流域降水量深線性變化趨勢表
利用斯伯曼秩次相關(guān)法[8]進(jìn)行分析得內(nèi)陸河的結(jié)果|T|=1.52
(3)采用1956—1979[6]、1956—2000年[7]、1956—2016年三系列值,進(jìn)行甘肅省一級流域、全省降水量變化分析,其中前兩系列采用一、二次水資源評價[2,4]成果,1956—2016年采用等值線法量算,由于甘肅省內(nèi)陸河流域面積發(fā)生變化,全省面積由45.44萬km2變?yōu)?2.58萬km2,因此對1956—2016年量算值進(jìn)行了面積還原,面降水深進(jìn)行了重新計算,統(tǒng)計結(jié)果見表5。近60年來內(nèi)陸河降水量增加,全省、黃河流域和長江流域降水量減少,長江流域減少量最大。
表5 甘肅一級流域降水量變化統(tǒng)計分析表單位:mm
甘肅省1956—2016年河西內(nèi)陸河降水量深133mm,黃河降水量深460mm,長江流域降水量深580mm,全省274mm。近60年來河西內(nèi)陸河降水量偏低,呈遞增趨勢,趨勢不顯著。黃河流域呈遞減趨勢,趨勢不顯著。長江流域降水量呈遞減趨勢,趨勢顯著。