申瑜

（山西省水文水資源勘測(cè)局，山西 太原 030001）

汾河流域降水量變化特征研究

申瑜

（山西省水文水資源勘測(cè)局，山西 太原 030001）

以汾河流域118處雨量站1956—2013年降水資料為基礎(chǔ)，利用線性回歸法和Mann-Kendall法，研究其變化特征。結(jié)果表明：汾河流域多年平均降水量為554.8mm，空間分布上南部偏多，北中部偏小；流域降水量年內(nèi)分配很不均勻，夏季最多占60.1%；1956—2013年，夏季降水傾向率變幅為-7.2mm/10年，是導(dǎo)致年均降水量下降的主要原因。研究成果與降水量變化實(shí)際基本相符，可為制定流域生態(tài)修復(fù)措施提供指導(dǎo)。

生態(tài)修復(fù)；降水量；Mann-Kendall法；汾河流域

降水與生態(tài)過程之間有著極為密切的關(guān)系，也是不同時(shí)空尺度上各種生物過程的重要驅(qū)動(dòng)因子。研究汾河流域降水的年際變化、季節(jié)變化、空間分布等，可為制定流域植被退化、地下水超采等生態(tài)修復(fù)措施奠定基礎(chǔ)。以流域內(nèi)及周邊118處雨量站1956—2013年的降水資料為基礎(chǔ)，利用線性回歸法和Mann-Kendall法，研究流域降水量時(shí)空分布特征，以期為汾河流域生態(tài)修復(fù)提供指導(dǎo)。

1 汾河流域概況

汾河發(fā)源于寧武縣管涔山，干流全長716km，于萬榮縣榮河鎮(zhèn)匯入黃河，沿途匯聚呂梁、太岳山區(qū)50km2以上的83條一級(jí)支流，流域面積39471km2。汾河按河流特征分為上、中、下游3段：太原蘭村以上為上游，流域面積7705km2；蘭村至洪洞石灘為中游，流域面積20509km2；洪洞石灘以下為下游，流域面積11257km2。

2 基礎(chǔ)資料和方法

結(jié)合資料系列長短及站點(diǎn)分布情況，篩選汾河流域包含鄰近周邊地區(qū)在內(nèi)的118個(gè)站1956—2013年系列逐月降雨數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料，并劃分成上游、中游和下游3個(gè)地區(qū)。

以算數(shù)平均法為基礎(chǔ)，用變異系數(shù)反映降水量年際變化特征。利用線性回歸方法計(jì)算降水傾向率，利用Mann-Kendall法研究流域降水量變化趨勢(shì)。

3 降水量分析計(jì)算

3.1 多年平均特征

利用基礎(chǔ)資料，計(jì)算汾河流域1956—2013年多年平均降水量及變差系數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 1956—2013年汾河流域多年平均降水量及變差系數(shù)

由表1可以看出，汾河流域1956—2013年平均降水量為554.8mm，上游區(qū)為541.4mm，中游區(qū)為542.4mm，下游區(qū)為587.9mm。

流域降雨主要受季風(fēng)影響，降水量總體分布趨勢(shì)為南北兩端和東西兩側(cè)山區(qū)高，中部盆地低，空間分布呈現(xiàn)南部偏多、北中部偏少的狀態(tài)，流域上中游大部分地區(qū)年平均降水量在400～500mm左右，在流域上游汾河源頭區(qū)年平均降水量可達(dá)600mm左右，流域下游大部分地區(qū)年平均降水量在500～600mm左右，在鄉(xiāng)寧、萬榮兩縣降水量達(dá)到600mm以上。

由表1的變差系數(shù)可以看出，58年來流域降水量年際波動(dòng)幅度較高，上游高達(dá)0.22，中下游為0.20，流域降水量不穩(wěn)定。其中上游降水最不穩(wěn)定，中下游變化幅度相對(duì)較小。

3.2 季節(jié)分布特征

汾河流域降水量季節(jié)分布計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 汾河流域降水量季節(jié)分布 單位：%

由表2可以看出，汾河流域全年60.1%的降水量集中在夏季（6—9月），冬季降水量極少，僅占全年降水量的2.9%。就流域分區(qū)而言，上游比重最大的是夏季降水量，占63.6%；下游比重在春、秋、冬季最大，分別占15.4%，25.3%和3.6%。

3.3 年際變化特征

3.3.1 年際變化趨勢(shì)

為研究降水年際變化，繪制汾河流域降水量逐年距平和5年滑動(dòng)平均變化曲線（見圖1）。

圖1 1956—2013年汾河流域降水逐年距平及5年滑動(dòng)平均變化

由圖1可以看出，汾河流域20世紀(jì)五六十年代降水偏豐，七八十年代接近平水年，1990年與2000年以后偏枯，2010年后又處于偏豐期。1964年降水量的正距平值最大，1997年，1999年，2001年出現(xiàn)負(fù)距平低谷。

從全流域年平均降水傾向率來看，1956—2013年全流域降水傾向率變幅為-8.9mm/10年，總體變化趨勢(shì)不明顯，在春、夏、秋季降水傾向率變幅分別為-1.7mm/10年，-7.2mm/10年，-0.9mm/10年，均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)；冬季為8.9mm/10年，呈增加趨勢(shì)。由此可見，夏季降水量減少是導(dǎo)致年均降水量下降的主要原因之一。

3.3.2 突變分析

利用Mann-Kendall法判斷降水系列中是否存在突變，并確定出突變發(fā)生的時(shí)間。給定顯著性水平α= 0.05，分別繪制分析指標(biāo)的正序列統(tǒng)計(jì)量（UFk）和逆序列統(tǒng)計(jì)量（UBk）曲線圖。汾河流域1956—2013年的降水量序列M-K檢驗(yàn)曲線見圖2。

由圖2可以看出，汾河流域的降水量在1958年，1963—1964年和1966—1967年有很小的增加趨勢(shì)，但增加趨勢(shì)不顯著。1967年以后呈不斷減少趨勢(shì)，減少趨勢(shì)顯著，1998年通過了0.05的顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)UFk和UBk兩條曲線，可以看出在1967年降水量發(fā)生突變，超過臨界線的范圍確定為1997—2010年。

圖2 汾河流域1956—2003年降水量序列M-K檢驗(yàn)曲線圖

4 結(jié)論

基于汾河流域及周邊分布的118個(gè)站點(diǎn)58年的降水量資料進(jìn)行降水量的時(shí)空分布特征研究，主要結(jié)論如下：

第一，1956—2013年汾河流域多年平均降水量為554.8mm，空間分布上呈南部偏多，北中部偏??；流域降水量夏季占60.1%，冬季僅占2.9%。

第二，1956—2013年汾河流域降水量總體呈下降趨勢(shì)，變幅為-8.9mm/10年。流域的降水量在1967年后呈不斷減少趨勢(shì)，減少趨勢(shì)顯著，是汾河流域降水量的突變年份，超過臨界線的范圍年為1997—2010年。

第三，汾河流域年均降水量的減少不是影響汾河流域生態(tài)惡化的主要因素，僅能成為影響汾河流域地表產(chǎn)流的因素之一。實(shí)施汾河流域生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)是改善人類對(duì)下墊面的破壞，促進(jìn)地下水位逐步抬升、恢復(fù)地表植被和水域面積，增強(qiáng)流域資源環(huán)境承載能力。

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申瑜（1981-），女，2008年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水文學(xué)及水資源專業(yè)，工程師。

2016-08-15；

2016-09-16