洪安澗河東莊水文站年降水特性分析

汪志鵬

（臨汾市水文水資源勘測分局 山西臨汾 041000）

1 東莊水文站概況

東莊水文站位于山西省古縣岳陽鎮(zhèn)東莊村洪安澗河上，集水面積987 km2，斷面以上主河道長度35 km，主河道平均坡度11.6‰，主要支流有古縣河和石壁河等，流域形狀系數(shù)0.806。東莊水文站是按照區(qū)域規(guī)劃原則設立的基本水文站，主要負責收集洪安澗河流域的基本水文信息，為區(qū)域調水、生態(tài)環(huán)境保護等水資源開發(fā)利用及下游地區(qū)的防洪服務。

2 降水量年內變化分析

東莊水文站屬暖溫帶大陸季風氣候，四季分明，其特征是：春季干旱多風，夏季高溫多雨，秋季涼爽濕潤，冬季寒冷干燥。年平均氣溫11.8℃，最熱月7月份、平均氣溫24.9℃，最冷月1月份、平均氣溫零下4℃，極端最高氣溫39℃（1966年6月21日），極端最低氣溫零下23.4℃（1971年1月31日）。初霜日在10月20日左右，終霜日在4月15日左右，無霜期平均187 d。受季風作用的影響，東莊站降水量年內分配不均勻，季節(jié)變化非常明顯。東莊站1956-2016年各月平均降雨量如圖1所示。

圖1 東莊站1956-2016年各月平均降雨量

分析統(tǒng)計東莊站多年降水值，可以得出

1）東莊站降雨年內分配呈現(xiàn)單峰型，年降水量峰值多出現(xiàn)在7月。

2）歷年汛期6-9月降水占年降水比重大，占比在53%～87%之間，歷年平均占比為70.5%。

3）汛期降水量又多集中在7、8 兩月，兩月降水量在85.2～473.5 mm 之間，年際差異很大。歷年兩月平均降水為243.9 mm，占汛期降水的65.9%，占全年降水的46.4%。

4）冬、春季節(jié)降水稀少，11月至次年4月歷年平均降水量為77.0 mm，占年降水量比重為14.7%，其中12月至次年2月是東莊站降水最少的月份，歷年平均降水量僅為14.2 mm，占年降水量比重為2.7%。

5）降水量的年內分配存在隨機性，各年之間差異比較大。一般情況下，豐水年和偏豐水年，降水相對集中，汛期降水占全年降水比重相對偏大；枯水年和偏枯水年，汛期降水占全年降水的相對比重偏小。例如：1988年，東莊站年降水652 mm，屬于偏豐水年，汛期降水量568.5 mm，占年降水的86.8%；而1986年東莊站年降水量為331.4 mm，屬于偏枯水年，汛期降水量176.3 mm，占年降水的53.2%。相同量級的年降水，月分配也可能差異很大，例如，1983年與2005年年降水很接近，分別為546.8 mm 與548.5 mm，而汛期降水量分別為303.4 mm 與450.2 mm，差異明顯。

3 降水量時序變化分析

1）降水量年際變化分析

降水量年際變化包括年際間的變化幅度和多年變化過程。用降水量變差系數(shù)Cv與極值比表示年際變化幅度，統(tǒng)計降水的豐、平、枯及連豐連枯特征來分析多年變化過程。

1956-2016年，東莊站多年平均降水量為525.1mm，年最大降水量為891.4 mm（2003年），年最小降水量為298.8 mm（1997年），最大降水量是最小降水量的2.98 倍，年降水的變差系數(shù)Cv為0.26，降水量年際之間差異較大。

點繪東莊站1956-2016年降水量模比系數(shù)差積曲線，如圖2。從圖中可以得出：1）東莊站年降水年際變化大，豐、平、枯變化劇烈。2）1956-1976年是一個較長時段的豐水期，這個時段雖然部分年份豐、枯交替出現(xiàn)，但其鋸齒狀上升的趨勢十分明顯；1976-2002是一個較長時段的枯水期，期間有小周期變化；2003-2016年屬于平水年組。3）豐水年和枯水年持續(xù)出現(xiàn)的機會較少，大都以單獨一年出現(xiàn)，而偏豐、偏枯和平水年表現(xiàn)為或單獨一年或連續(xù)幾年出現(xiàn)。

按1956—1959年、1960—1969年、1970—1979年、1980—1989年、1990—1999年、2000—2009年、2010—2016年，分別統(tǒng)計年段平均降水量，并與多年均值比較，如圖3。結果表明，1956—1959年段、1960—1969年段及1970—1979年段普遍偏豐，與多年平均（1956—2016年）降水量相比，偏豐幅度在5.9%～15.2%之間；而1980—1989年段和1990—1999年段偏少幅度分別為4.4%、8.1%；2001—2010年段和2010—2016年段偏少幅度分別為1.2%、6.3%。在現(xiàn)有資料的基礎上，從降水量的時序變化來看，東莊年降水的變化趨勢是逐漸減少的。

圖2 東莊站降水量模比系數(shù)差累積曲線圖

圖3 東莊站分年段降水量均值與多年均值比較

圖4 東莊站降水量變化趨勢線

通過對東莊站1956-2016年降水進行回歸分析，東莊年降水回歸方程及相關系數(shù)為y=-1.550 5x+573.12，R2=0.051 6（其中，y為年降水量，x為年份與1956 的差值加1），相關系數(shù)比較低?？紤]到年降水的隨機性比較大，對東莊站年降水數(shù)據(jù)進行5年滑動平均處理，如圖4，東莊年降水回歸方程及相關系數(shù)為y=-1.627 1x+577.37，R2=0.265 6（其中，y為5年平均降水量，x為年份與1956 的差值加1），年降水與年份的相關性有所提高。在現(xiàn)有資料的基礎上，由回歸方程可以得出，在未來一定時間內，東莊站年降水的減少速率為16 mm/10 a。

2）降水量周期性分析

水文過程是一種復雜的過程，既有較強的隨機性，又具有一定的周期性。為了減小年降水的隨機性對周期性分析的影響，分別點繪東莊站年降水3年、5年滑動平均過程線，如圖5、圖6。按相鄰峰值或相鄰谷值對滑動平均過程線進行周期性分析。

圖5 東莊站3年滑動年降水過程線

圖6 東莊站5年滑動年降水過程線

從3年滑動年降水過程線可以看出，存在較為明顯的6—7年變化周期；從5年滑動年降水過程線可以看出，存在較為明顯的11年變化周期，與太陽黑子活動的11年基本周期正好對應。

太陽活動的變化引起了一系列地球物理和水文氣象的重大變化，水文現(xiàn)象的變化與太陽活動的變化緊密相關，太陽黑子具有11年左右的變化周期，東莊站年降水的變化周期與其基本一致。

4 結論

根據(jù)以上分析，東莊站年降水具有以下特征：

1）年內分配呈現(xiàn)單峰型，年內分配極不均勻，季節(jié)變化非常明顯。汛期6-9月降水量占全年降水量的70%以上，其中7、8 兩月集中全年降水量的一半左右。

2）年降水量年際差異較大，豐、平、枯變化劇烈。

3）在現(xiàn)有資料的基礎上，從降水量的時序變化來看，東莊年降水的變化趨勢是逐漸減少的。

4）年降水具有11年左右的變化周期。