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        珠爾多河年降水特性及趨勢(shì)分析

        2016-08-02 09:20:53樸哲洙吉林省水文水資源局延邊分局吉林延吉133001
        東北水利水電 2016年3期
        關(guān)鍵詞:趨勢(shì)分析

        樸哲洙(吉林省水文水資源局延邊分局,吉林延吉 133001)

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        珠爾多河年降水特性及趨勢(shì)分析

        樸哲洙
        (吉林省水文水資源局延邊分局,吉林延吉 133001)

        [摘要]根據(jù)珠爾多河流域有代表性的4個(gè)雨量站1956—2010年的實(shí)測(cè)降水資料,分析降水的時(shí)空分布特征;利用差積曲線法及Mann-Kendall趨勢(shì)分析法,對(duì)該流域55年的降水趨勢(shì)進(jìn)行分析。結(jié)論表明,珠爾多河降水量時(shí)空分布不均,降水總體呈下降趨勢(shì),但趨勢(shì)不明顯。

        [關(guān)鍵詞]珠爾多河;年降水量;降水特性;趨勢(shì)分析

        近年來(lái),由于受流域的氣候、下墊面等自然因素以及人類(lèi)活動(dòng)因素的影響,河川降水、徑流的變化規(guī)律復(fù)雜多變,既具有確定性、周期性和地區(qū)相似性,又具有隨機(jī)性、不重復(fù)性和地區(qū)特殊性,表現(xiàn)出多時(shí)間尺度性、非線性、隨機(jī)性和突變性等復(fù)雜特性,其根本原因是,降水、徑流變化的影響因素眾多,且具有不確定性,并且各因素之間的作用機(jī)理復(fù)雜,組成相互作用的開(kāi)放系統(tǒng)。依據(jù)對(duì)水文要素的觀測(cè)和分析,用數(shù)學(xué)和物理方法定性定量地描述各水文要素之間的關(guān)系,是認(rèn)識(shí)和探索水文現(xiàn)象基本規(guī)律的一種可取的途徑。因此,探討珠爾多河流域降水徑流的變化特征,以揭示其變化趨勢(shì),有助于珠爾多河流域水資源的開(kāi)發(fā)利用,對(duì)于流域水資源供需矛盾的緩解、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、水保工程建設(shè)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有著重要而深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。

        1 概況

        珠爾多河為牡丹江的一級(jí)支流,發(fā)源于敦化市張廣才嶺山脈老爺嶺西南,自西北流向東南,流經(jīng)敦化市額穆鎮(zhèn)和蛟河市黃松甸鎮(zhèn),于黑石鎮(zhèn)丹南屯西北匯入牡丹江。集水面積1 750 km2,河道長(zhǎng)度80.1 km,河道平均坡降0.3%。珠爾多河上游兩岸山高林密,河道主槽窄淺,水流較急,汛期洪水暴漲暴落,漫灘出槽,中下游多為農(nóng)田。河床由泥沙、亂石組成,河道兩岸植被較好。主要支流有東北岔河、額穆索河、威虎河等。流域內(nèi)灌區(qū)有威虎河灌區(qū)、額穆灌區(qū)等,設(shè)計(jì)灌溉面積1 293 hm2。東北岔河上建有敦化抽水蓄能電站。

        珠爾多河的徑流組成主要由降水形成,流域多年平均降水量為720.5 mm,6—9月降水量占年降水量的60%~75%。多年平均氣溫為3.3℃,極端最高氣溫36.4℃,極端最低氣溫-38.3℃。

        選用珠爾多河流域的額穆、西北岔、西勝屯、大西溝4個(gè)雨量站1956—2010年降水系列作為分析研究的基礎(chǔ)資料。

        2 方法簡(jiǎn)介

        本文將用差積曲線法、Mann-Kendall軼次相關(guān)檢驗(yàn)法對(duì)珠爾多河流域年降水序列進(jìn)行進(jìn)行降水量特征及趨勢(shì)分析。

        2.1差積曲線法

        差積曲線亦稱(chēng)為累積距平曲線,多用于降水量、徑流量和輸沙量豐枯的多年變化趨勢(shì)分析,運(yùn)用降水量模比系數(shù)差積曲線反映水文要素在年際間的豐枯變化情況。其表達(dá)式為:

        式中:Pi為第i年的水文變量;P為多年平均水文變量;P是前t項(xiàng)之和。

        2.2 Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法

        Mann-Kendall(M-K)非參數(shù)秩次相關(guān)檢驗(yàn)法是分析序列變化趨勢(shì)的有效工具,被廣泛應(yīng)用于氣象和水文序列的分析,該方法不需要樣本遵從一定的分布,也不受少數(shù)異常值的干擾。在M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)中,原假設(shè)H0為序列未發(fā)生趨勢(shì)變化。對(duì)樣本容量為n的時(shí)間序列x1,x2,…,xn,構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量。

        其中,sign()為符號(hào)函數(shù)。當(dāng)xi-xj大于、等于或小于零時(shí),sign(xi-xj)分別為1,0或-1;當(dāng)n≥10時(shí),S近似服從正態(tài)分布,標(biāo)準(zhǔn)化后的量為:

        取顯著性水平a=0.05,查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表可得臨界值Za/2=1.96。若|Z|>Za/2,即在顯著性水平a下序列存在向上或向下的趨勢(shì),否則接受序列無(wú)趨勢(shì)的原假設(shè)。

        3 降水特性分析

        3.1降水量時(shí)空分布

        1)降水的區(qū)域分布。珠爾多河流域年降水量由西北向東南方向遞減,山區(qū)的迎風(fēng)坡大于背風(fēng)坡。受地形影響,山間盆地是年降水量的低值區(qū)。多年平均年降水量變化范圍在850~650 mm,高值區(qū)在張廣才嶺一帶,多年平均降水量在850 mm以上。如大西溝站多年平均降水量達(dá)1 074.9 mm,但這一帶等值線變化的梯度較大。低值區(qū)在流域下游額穆站,年降水量在650 mm左右。

        2)降水的年內(nèi)分配。珠爾多河流域降水量受季節(jié)性影響,冬季干旱少雨,夏季雨量豐沛,降水量年內(nèi)分配呈單峰形態(tài)。1~3月和11—12月,是降水量最少時(shí)期,5個(gè)月降水量?jī)H占年降水量的2.5%~12%。春秋兩季,降水量占年降水量的10%~ 15%。夏季連續(xù)最大4個(gè)月降水量大部分出現(xiàn)在6—9月,約占全年60%~75%;7、8月份由于受臺(tái)風(fēng)的影響,降水量量大,且集中度高,是洪水多發(fā)期,降水量約占全年50%左右。

        3)年際的變化。由年際變化統(tǒng)計(jì)表1可見(jiàn),各站最大年降水量與最小年降水量的比值在1.84~ 2.70之間。這說(shuō)明降水量年際變化不大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)降水量最大年份出現(xiàn)時(shí)間的同步性較好,出現(xiàn)在1956年的占75%;降水量最小年份出現(xiàn)時(shí)間的同步性也較好,出現(xiàn)在1978年的占50%。這說(shuō)本流域各站降水量年際變化不大,同步性較好。

        表1 珠爾多河雨量代表站年降水量年際變化統(tǒng)計(jì)表

        3.2年降水趨勢(shì)分析

        1)差積曲線法

        從圖2差積曲線可以看出,除額穆站1956—1966年時(shí)段曲線上升外,其他3站地處流域中上游1956—1966年曲線波浪起伏,為一段平水年;1967—1979年曲線下降,為一段枯水年;1980—1992年曲線波動(dòng)上升,為一段豐水年;1993—2001年曲線下降,又為一段枯水年;2002—2010年曲線波浪起伏,為一段平水年,整個(gè)系列存在豐、平、枯變化,存在周期性,年降水量總的趨勢(shì)略有下降。見(jiàn)圖1。

        圖1 珠爾多河4站年降水量差積曲線圖

        2)M-K秩次相關(guān)檢驗(yàn)

        為進(jìn)一步判別序列的趨勢(shì)性是否顯著,采用M-K法對(duì)4個(gè)雨量站年降水量進(jìn)行趨勢(shì)變化的顯著性水分析,成果見(jiàn)表2。通過(guò)M-K秩次相關(guān)檢驗(yàn)計(jì)算,統(tǒng)計(jì)量S值在-243~89.0之間,Z值在-1.75~0.639,其絕對(duì)值沒(méi)有超出給定的顯著性水平的雙邊正態(tài)分布數(shù)值1.96,這說(shuō)明珠爾多河流域年降水量的下降趨勢(shì)未達(dá)到一定的顯著性水平,雖然呈下降趨勢(shì),但變化不顯著。

        表2 各雨量站年降水量M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果表

        4 結(jié)論

        采用差積曲線法、Mann-Kendall軼次相關(guān)檢驗(yàn)法對(duì)珠爾多河流域4個(gè)雨量站1956—2010年年降水量特性及變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。結(jié)論如下:

        1)珠爾多河流域年降水量由西北向東南方向遞減,山區(qū)的迎風(fēng)坡大于背風(fēng)坡。多年平均年降水量在850~600 mm,高值區(qū)在張廣才嶺一帶,大西溝站多年平均降水量達(dá)1 074.9 mm,但這一帶等值線變化的梯度較大。

        2)珠爾多河流域降水量年內(nèi)分配不均,1~3月、11~12月降水量最少,僅占年降水量的2.5%~ 12%。春秋兩季降水量占年降水量的10%~15%。6~ 9月降水量最大,約占全年60%~75%;7、8月是暴雨洪水多發(fā)期,降水量約占全年50%左右。

        3)珠爾多河流域年降水量年際的變化不大,年際的變化同步性較好。

        4)珠爾多河流域內(nèi)1956—2010年4站年降水量存在豐、平、枯變化,存在周期性,年降水量總的呈下降趨勢(shì),但變化不顯著。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]任立良,張煒.中國(guó)北方地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地表水資源的影響研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),自然科學(xué)版.

        [2]潘承毅,何迎暉.數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理和方法[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1992.

        [3]周芬.Kendall檢驗(yàn)在水文序列趨勢(shì)分析中的比較研究[J].人民珠江,2005,(2):35~37.

        [4]謝平,陳廣才,李德等.水文變異綜合診斷方法及其應(yīng)用研究[J].水電能源科學(xué),2005,23(2):l1-l4.

        [中圖分類(lèi)號(hào)]TV125

        [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

        [文章編號(hào)]1002-0624(2016)03-0030-03

        [收稿日期]2015-11-16

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