近60a海河流域北三河水系氣象水文要素變化特征分析

劉文靜

(河北省廊坊水文水資源勘測研究中心,河北 廊坊 065000)

1 北三縣概況

海河流域北三河水系地處北緯中緯度歐亞大陸的東部邊緣,屬溫帶大陸性季風氣候,包含廊坊市的三河市、大廠縣和香河縣,緊鄰北京市和天津市,國土面積1 250 km2(其中,平原1 172 km2,山區(qū)78 km2)。地勢由北向南傾斜,高程在海拔10～30 m之間,平均海拔18 m左右,境內有泃河、引泃入潮、鮑丘河和潮白河等多條河流。詳見圖1北三河河流水系圖。

圖1 北三河河流水系圖

2 資料與方法

2.1 資料來源

本文研究的數據來自海河流域北三河水系的三河市、大廠回族自治縣和香河縣共四個水文站、一個氣象站的水文氣象資料,資料包括平均氣溫、降水量、蒸發(fā)量和河道徑流量等長系列的數據資料,時段為1956-2018年。

2.2 研究方法

本文研究主要涉及三種方法:線性傾向估計法、滑動平均法、Mann-Kendall突變檢驗法、小波周期分析法、相關關系法。

3 北三河水系氣象水文要素變化特征分析

3.1 氣象要素變化特征分析

3.1.1 趨勢性

60多年來,研究區(qū)年平均氣溫呈現出明顯的波動上升趨勢,與全球變暖的趨勢一致,多年平均氣溫12.13℃,平均增溫率達0.23℃/10a,增溫速率略低于同期全國平均水平(0.24℃/10a),詳見圖2。

圖2 1956-2018年研究區(qū)歷年平均氣溫

3.1.2 周期性

近60 a來,研究區(qū)溫度周期很明顯,從圖3中可以看出,最高峰值對應在27 a,溫度的主周期為27 a。

3.1.3 突變性

根據Mann-Kendall法對研究區(qū)溫度進行突變性分析,由圖4可見,1956-2018年UF曲線呈不規(guī)則的周期波動變化,1993年以后遠超于α=0.05顯著性水平臨界值之間,表明研究區(qū)年降水在顯著水平α=0.05下,變化趨勢顯著。1959-1960年上升趨勢顯著,1960-1970年呈下降趨勢,1970-2018年呈明顯上升趨勢。序列出現1個突變點是1988年。

(直線為α=0.05顯著水平臨界值)

3.2 水文要素變化特征分析

3.2.1 降水量特征分析

1)趨勢性

通過分析研究區(qū)1956-2018年63年的長序列降水資料,研究區(qū)多年平均降水量為596.6 mm,多年平均降水量下降速率為1.88 mm/a。(見圖5)。

2)周期性

基于Matlab編程,對降水63年的資料進行周期分析(見圖6),降水量主周期為28 a,次周期為15 a。

(直線為α=0.05顯著水平臨界值)

3)突變性

從圖7中可以看出,研究區(qū)1956-2018年UF曲線呈不規(guī)則的周期波動變化,但介于α=0.05顯著性水平臨界值之間,表明該區(qū)年降水在顯著水平α=0.05下,變化趨勢不顯著。1959-1963年下降趨勢顯著,1964-1996年呈上升趨勢,1997-2010年下降趨勢顯著,2011-2018年呈上升趨勢。序列出現2個突變點分別是1957年、1958年。

對各測站點雨量單獨進行突變分析,突變點出現的年份統(tǒng)計結果見表1。根據文獻資料和計算結果分析確定1979年為研究區(qū)突變點,1979年為同站所有突變點的居中點,且基本每個測站都存在這個突變點,因此1979年(含1979年)以前的資料為基礎序列。

表1 研究區(qū)各測站降雨量突變點統(tǒng)計表

3.2.2 地表水資源量特征分析

1)趨勢性

從圖8可以看出研究區(qū)徑流量明顯減少,通過線性趨勢分析可以發(fā)現,地表水資源量的減少速率為0.13×108m3/10a。地表水資源量明顯減少,通過顯著水平0.05檢驗,研究區(qū)逐年徑流量變化趨勢是顯著的。

圖8 北三縣地表水資源量年際變化趨勢

2)周期性

從圖9上可以看出1956-1970年地表水資源量變化相對平穩(wěn),之后開始發(fā)生變化,到1982年波動達到峰值,即水系地表水資源量變化的主周期為27 a。

(直線為α=0.05顯著水平臨界值)

3)突變性

基于Matlab編程分析地區(qū)地表水資源量突變情況見圖10,從圖中可以看出地區(qū)地表水資源量在20世紀60年代有一明顯的下降趨勢,從21世紀初期下降趨勢接近顯著水平0.05的臨界線。UF和UB的交點出現在1978年附近,可以確定地表水資源量七十年代末的下降是一個突變現象,具體時間劃定為1978年。

4 結語

(1)北三河水系溫度主要為(減-增)趨勢,1956-1987年溫度有下降趨勢,但1987年后溫度明顯上升。研究區(qū)溫度整體呈現升高趨勢,上升速率為0.23℃/10a,略低于全國溫度上升速率(0.24℃/10a)。

(2)北三河水系1956-2018年區(qū)域降雨量進行分析,可以發(fā)現降水量明顯下降,下降速度為1.88 mm/a。降雨量主周期為28 a,面降雨量突變點出現在1957、1958年,各測站降雨量的突變時間主要集中出現在1979年左右。

(3)北三河水系多年平均地表水資源量為0.26×108m3。地表水資源量的減少速率為0.13×108m3/10a。通過顯著水平0.05檢驗,逐年徑流量變化趨勢是顯著的。