石油河玉門市水文站降水量年際變化分析

摘 要：選取石油河玉門市水文站1979—2022年降水資料，計(jì)算分析了降水時(shí)程分布特點(diǎn)及年內(nèi)分配規(guī)律，并計(jì)算分析降水統(tǒng)計(jì)參數(shù)、頻率計(jì)算、典型年確定等，基本反映玉門市站降水特點(diǎn)及石油河流域出山口降水的基本規(guī)律，為該流域中下游防汛抗旱提供了基本的水文統(tǒng)計(jì)資料。

關(guān)鍵詞：降水量；頻率；統(tǒng)計(jì)參數(shù)；典型年降水量

中圖分類號(hào)：P426.614 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）05–0-03

石油河發(fā)源于祁連山區(qū)肅北蒙古族自治縣分水梁山與海拔5 010 m的石油河腦和海拔4 924 m的雅兒河腦，原玉門市區(qū)（老君廟）以上干流長(zhǎng)80 km，在上赤金分成小石河子、東河、西河、清水河等數(shù)條河流；在下赤金堡又稱赤金河。石油河全長(zhǎng)220 km，流域面積656 km2，多年平均流量0.86 m3/s。石油河徑流以冰川、積雪融水和山區(qū)降水補(bǔ)給，年均徑流量0.848億m3。

石油河代表站為玉門市水文站，于1954年11月設(shè)站，1960年4月撤銷，1977年7月重新設(shè)立，位于甘肅省玉門市老市區(qū)老君廟，流域面積656 km2，1977年觀測(cè)至今。下游赤金堡站1955年設(shè)立，1960年撤銷，資料不全[1-3]。

1 降水量的時(shí)空分布

1.1 降水量的時(shí)空分布特征

石油河玉門市水文站降水時(shí)空分布特點(diǎn)與疏勒河流域降水時(shí)空分布特點(diǎn)一致，屬于大陸性干旱半干旱氣候，主要受到來自西伯利亞的冷空氣和局部天氣的影響，全年氣候干燥冷熱變化劇烈，表現(xiàn)為汛期（5—8月）降水量相對(duì)較多而集中，春季雨水少而不穩(wěn)定，冬季降雪不均的特點(diǎn)。測(cè)試站海拔在2 000 m以上，5—8月有較強(qiáng)的氣旋交鋒，易產(chǎn)生暴雨，引發(fā)洪水，且每年6月氣候最不穩(wěn)定，如歷年最大日降水量為2000年6月25日101.6 mm[4-5]。

1.2 降水量的時(shí)空分布規(guī)律

據(jù)玉門市站1979—2022年降水資料，汛期連續(xù)最大4個(gè)月的降水量均為5—8月，占年降水量的53.7%～95.1%，連續(xù)枯季5個(gè)月的降水量占年降水量的8.9%～18.0%，冬季3個(gè)月降水量為0.4～22.6；最大月降水量出現(xiàn)在7月或8月，占年降水量的5.3%～45.8%，最小月降水量出現(xiàn)在12月，占年降水量的0.0%～11.6%。

從各月降水量多年平均年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)表（表1）可知，連續(xù)最大4個(gè)月為5—8月，累計(jì)降水量為132.9 mm，占年降水量67.9%。

2 降水量的年際變化規(guī)律分析

2.1 降水量年際變化

根據(jù)本站1979—2022年年降水資料，并點(diǎn)繪年降水量過程線，從圖1中可以看出：

年降水量隨時(shí)間變化呈鋸齒形狀，且年際分布變化極不均勻，年降水量＞250 mm的年份有7次，＜150 mm的年份有8次，150～250 mm之間的年份有19次。

年降水量隨時(shí)間的線性關(guān)系為：y=-1.150 4 x+2 493.2（R2=0.065 1）。揭示1977—2022年石油河玉門市水文站降水量變化趨勢(shì)呈減小趨勢(shì)。"年降水量自2010年以來，年降水變化比較劇烈，且年降水量變差較大。

2.2 降水量的年際變化規(guī)律

點(diǎn)繪玉門市站年降水量模比數(shù)差積曲線（圖2），年降水量的豐枯變化過程明顯，差積曲線的斜率上升表示年降水量處于偏豐或豐水段，差積曲線的斜率下降表示年降水量處于偏枯或枯水段，差積曲線斜率沒有變化表示年降水量處于平水段。

一方面，玉門市站差積曲線的斜率下降速度較快，表明年降水量處于偏枯或枯水階段；另一方面，表明年降水量呈現(xiàn)急劇震蕩減少下行的趨勢(shì)，并且在這一過程中有上升的可能，出現(xiàn)階段性的降水量頗豐年份。從圖2可以看出，均線上、下重要拐點(diǎn)的連線所形成的兩條直線，是玉門市站的降水豐枯能力外包線，顯示了降水豐枯極值化，對(duì)了解降水豐枯年份分布規(guī)律具有指導(dǎo)作用。

2.3 降水量年際的各月變化規(guī)律

第一，通過點(diǎn)繪歷年各月降水量過程線圖，發(fā)現(xiàn)5—9月降水量和5—9月累計(jì)降水量過程線均線都呈下降趨勢(shì)，5、9月下降的速度較慢，6—8月下降速度較快，并且呈現(xiàn)間歇性向上跳躍反彈的能量趨勢(shì)；近幾年汛期各月降水量過程線表明降水量偏少，根據(jù)間歇性跳躍規(guī)律分析，預(yù)示著未來各月降水量有可能會(huì)增加，尤其是5、6月過程線來看，將是降水量偏豐的年景。具體歷年各月降水量過程線線性關(guān)系如表2所示。

第二，通過點(diǎn)繪歷年各月降水量過程線圖，發(fā)現(xiàn)降水量1—5月和10—12月累計(jì)降水量過程線均線都為上升趨勢(shì)，1—5月上升的速率較慢，10—12月上升速率較快；從非汛期時(shí)序10—12月到1—5月排列看出，降水量過程也是遞減的一個(gè)過程，并且呈現(xiàn)間歇性向上跳躍反彈的能量趨勢(shì)。根據(jù)間歇性跳躍規(guī)律分析，預(yù)示著未來各月降水量有可能會(huì)增加，將是降水量偏豐的年景。歷年各月降水量過程線線性關(guān)系如表2所示。

2.4 降水量的年際變化特征分析

降水年際變化的總體特征常用變差系數(shù)Cv值或年極值比（最大、最小年降水量的比值）來表示，能反映一個(gè)地區(qū)降水過程的相對(duì)變化程度，Cv值（或年極值比）大表示降水的年際變化劇烈，Cv值?。ɑ蚰陿O值比）表示降水的年際變化相對(duì)穩(wěn)定。

2.4.1 降水特征參數(shù)的計(jì)算

降水總體特征統(tǒng)計(jì)參數(shù)為均值x，變差系數(shù)Cv，偏差系數(shù)Cs。實(shí)際工作中3個(gè)參數(shù)的確定方法如下：

x=xi（1）

Cv=（2）

式（1）、式（2）中：Ki=xi / x，Ki稱為模比系數(shù)或變率。

由于實(shí)際觀測(cè)資料的序列長(zhǎng)度較短，實(shí)踐證明用理論公式計(jì)算偏差系數(shù)誤差較大，常用Cs/Cv的倍比關(guān)系通過經(jīng)驗(yàn)頻率（點(diǎn)據(jù)）與理論頻率曲線配合最佳的方法確定，公式如下：

Cs/Cv=k（3）

式（3）中，k的取值范圍一般為0.5～4.0。

石油河玉門市站降水量特征值統(tǒng)計(jì)（1979—2022年）如表3所示。從表3中可以看出，均值為191.8 mm，Cv值0.33；最大年降水量為1979年360.0 mm，最小年降水量為1997年107.0 mm，年極值比3.36。Cv值或年極值比在年際變化中有顯著的變差，具有較強(qiáng)的區(qū)域特點(diǎn)。

2.4.2 降水經(jīng)驗(yàn)頻率分析

選取1979—2022年降水資料做經(jīng)驗(yàn)頻率曲線（圖3），降水變量xi為縱坐標(biāo)，以累積頻率為橫坐標(biāo)，將各個(gè)x對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)繪在坐標(biāo)中，即得出了經(jīng)驗(yàn)頻率（點(diǎn)據(jù)）。頻率計(jì)算公式如下：

P=（4）

式（4）中：P為排序中第m個(gè)序列對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)頻率，m為排序后序列號(hào)數(shù)；n為資料的序列長(zhǎng)度。經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算成果如表4所示。由此可見，1979年年降水量是50年一遇。

3 典型年降水量分析

通過對(duì)石油河玉門市水文站1977—2022年降水資料頻率計(jì)算分析，按照代表站典型年降水量的年內(nèi)分配計(jì)算統(tǒng)計(jì)，選擇了偏豐年頻率P=20%、平水年頻率P=50%、偏枯年頻率P=75%、枯水年頻率P=95%進(jìn)行計(jì)算分析，并對(duì)典型年降水量月分配統(tǒng)計(jì)、汛期5—8月降水量分配統(tǒng)計(jì)，具體結(jié)果如表5所示。

4 結(jié)論

對(duì)玉門市水文站1977—2022年降水量資料進(jìn)行了較深入的統(tǒng)計(jì)分析，得出以下結(jié)論：

第一，汛期5—8月降水量占年降水量的66.3%～78.7%，連續(xù)枯季5個(gè)月的降水量占年降水量的7.7%～17.8%。

第二，1977—2022年降水量變化呈遞減趨勢(shì)；年降水量隨時(shí)間變化呈鋸齒形狀，分布不均勻，年降水量極端年份（17次）與正常年份（19次）發(fā)生頻次基本相當(dāng)。

第三，通過點(diǎn)繪歷年各月降水量過程線圖，發(fā)現(xiàn)降水量在5、9月下降的速率較慢，6—8月下降的速率較快，并且呈現(xiàn)間歇性向上跳躍反彈的能量趨勢(shì)；根據(jù)間歇性跳躍規(guī)律分析，預(yù)示著未來各月降水量有可能會(huì)增加，尤其是從5、6月過程線看，將是降水量偏豐的年景。

第四，經(jīng)本站1977—2022年降水量特征值統(tǒng)計(jì)，均值為191.8 mm，Cv值0.35，最大年份降水量1979年為360 mm，頻率是50年一遇的降水量。

第五，通過對(duì)本站降水資料頻率計(jì)算分析，確定了典型年降水量的年內(nèi)分配。

第六，這些成果基本反映了本站降水特點(diǎn)及本河流域出山口降水的基本規(guī)律，且對(duì)該流域中下游公共設(shè)施建設(shè)、農(nóng)業(yè)灌溉、防汛抗旱提供了基本的水文統(tǒng)計(jì)參考資料，具有實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張瑞娟（1981—），女，甘肅徽縣人，工程師，主要從事水文資料審核、整編、水資源評(píng)價(jià)等工作。