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        魯西黃泛平原區(qū)降雨變化趨勢(shì)分析

        2019-08-30 01:01:24高廣東
        山東水利 2019年7期
        關(guān)鍵詞:平原區(qū)魯西聊城市

        高廣東

        (聊城市水文局,山東 聊城 252000)

        1 研究背景及數(shù)據(jù)來源

        近年來,魯西黃泛平原區(qū)防洪抗旱形式復(fù)雜多變,根據(jù)當(dāng)?shù)赜隉嵬?、雨洪同步的特點(diǎn),選取受人類影響較小、一致性較好的降雨資料進(jìn)行特性分析,研究魯西平原區(qū)降雨變化規(guī)律,以便能夠更加精準(zhǔn)的指導(dǎo)地區(qū)防洪抗旱、雨洪資源利用。采用長系列的降雨資料,能夠保證降雨特性分析結(jié)果的科學(xué)性和可靠性,根據(jù)少雨區(qū)降雨特點(diǎn),選取降雨趨勢(shì)作為降雨特性研究切入點(diǎn)。聊城市屬于典型魯西北黃泛平原區(qū),本文降雨資料采用聊城市水文局61年實(shí)測(cè)觀測(cè)資料,38個(gè)站點(diǎn),站網(wǎng)密度184.8km2/站,能夠控制區(qū)域降水量空間分布,滿足降雨特性分析精度要求。降雨資料經(jīng)過初作、整編、匯編,已通過區(qū)域、流域?qū)彶?,資料科學(xué)、真實(shí)、可靠。

        2 降雨趨勢(shì)分析

        2.1 分析方法

        水文序列趨勢(shì)分析常用的方法有:滑動(dòng)平均法、Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法、Spearman秩次相關(guān)法、線形回歸法等。本文選取前兩種方法,通過獨(dú)立分析計(jì)算,互相驗(yàn)證降雨趨勢(shì),保證了結(jié)果的可靠性。

        1)Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法。Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗(yàn)法(以下簡稱M-K法),是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法,其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布,也不受少數(shù)異常值的干擾,可以明確突變開始的時(shí)間,并指出突變區(qū)域,適用于類型變量和順序變量。

        對(duì)于具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列x,構(gòu)建一秩序列:

        其中:

        秩序列Sk是第i時(shí)刻數(shù)值小于j時(shí)刻數(shù)值個(gè)數(shù)的累計(jì)數(shù)。

        在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立的假定下,定義統(tǒng)計(jì)量:

        其中:n為序列樣本數(shù);當(dāng)n增加時(shí),UFk很快收斂于標(biāo)準(zhǔn)化正態(tài)分布。

        給定顯著水平α(本文α=0.05)后,可在正態(tài)分布表中查得臨界值 Uα/2,當(dāng)|U|

        按時(shí)間序列逆序,再重復(fù)上述過程,定義統(tǒng)計(jì)量為UBk。

        通過繪制出的UFk或UBk曲線分析趨勢(shì)。若UFk曲線值大于0,則表示序列呈上升趨勢(shì),小于0則表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)超越臨界直線時(shí),表明上升或下降趨勢(shì)明顯。

        2)滑動(dòng)平均法?;瑒?dòng)平均法濾掉了小的波動(dòng),突出了趨勢(shì)變化,使周期更加突出,更加清楚地反映豐枯段及其演變趨勢(shì)。

        一般地,設(shè)滑動(dòng)計(jì)算時(shí)段的年數(shù)為m(m為奇數(shù)),則對(duì)于一個(gè)有 n年數(shù)據(jù)(i=1,2,…,n)的系列有:

        式中:Xk為實(shí)測(cè)值;Xj,m為第 j個(gè) m 年滑動(dòng)平均值,j=1,2,…,n-(m-1)/2。

        考慮降雨系列長度、波動(dòng)過濾性,采用5a為滑動(dòng)單元長度進(jìn)行平均分析。

        2.2 降雨系列趨勢(shì)分析

        1)M-K分析法。選取聊城市1954—2014年共61年降雨系列資料,采用M-K法按照全年、1~5月、6~9月、10~12月 4個(gè)不同時(shí)段進(jìn)行降雨量系列趨勢(shì)分析。取顯著水平α=0.05,查正態(tài)分布表可得臨界值為±1.96,按時(shí)間序列分析繪出UF和UB曲線,若UF曲線值大于0,則表明序列呈上升趨勢(shì),小于0呈下降趨勢(shì)。當(dāng)UF曲線超過臨界值時(shí)表明上升或者下降趨勢(shì)顯著,超過臨界線的范圍確定為突變的時(shí)間區(qū)域。如果UF與UB兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)且在臨界線之間,則交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻即為突變開始時(shí)間,如圖1示。

        圖1 1954—2014年降雨量M-K趨勢(shì)

        由M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)法結(jié)果可知:聊城市多年降雨趨勢(shì)趨于減少,尤其是1967—2009年之間,但減少趨勢(shì)不顯著。由聊城時(shí)段降雨量分析知,6~9月份多年降雨呈現(xiàn)下降趨勢(shì),10~12月份多年降雨呈現(xiàn)下降趨勢(shì),1~5月份多年降雨呈現(xiàn)上升趨勢(shì),尤其是1987—2009年之間;聊城市于1965年、2010年產(chǎn)生降雨趨勢(shì)突變現(xiàn)象,其中2010年之后降雨下降趨勢(shì)減緩,呈現(xiàn)逐年上升現(xiàn)象。

        2)5a滑動(dòng)法趨勢(shì)分析。采用聊城市1954—2014年共61年降雨系列資料,連續(xù)5年算術(shù)平均值,形成5a系列,利用5a系列繪制關(guān)系曲線,然后根據(jù)5a滑動(dòng)平均法對(duì)降雨系列的年降雨量、季節(jié)降雨量的趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比分析,如圖2示。

        圖21954 —2014年降雨量5a滑動(dòng)趨勢(shì)

        由5a滑動(dòng)平均法可知:聊城市多年降雨呈減少趨勢(shì),幅度較小,聊城 6~9月份、10~12月份多年降雨量呈現(xiàn)下降趨勢(shì),1~5月份多年降雨呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

        3 結(jié)論

        通過M-K趨勢(shì)分析和5a滑動(dòng)分析,得出聊城市降雨特性有以下結(jié)論:1)聊城市多年降雨趨勢(shì)趨于減少,但趨勢(shì)不顯著;2)2010年降雨趨勢(shì)產(chǎn)生突變現(xiàn)象,降雨下降趨勢(shì)減緩,逐漸呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì);3)綜合分析M-K突變節(jié)點(diǎn)、雨期規(guī)律、氣象資料,預(yù)計(jì)魯西黃泛平原區(qū)降雨將繼續(xù)1~5月份降雨出現(xiàn)顯著上升趨勢(shì),這個(gè)時(shí)段降雨的增加對(duì)于以農(nóng)業(yè)為主的魯西平原區(qū)農(nóng)作物生長非常有利。同時(shí)這一時(shí)段短時(shí)的暴雨也會(huì)帶來災(zāi)害的一面,若魯西平原區(qū)汛期在6~9月份,1~5月份之間防汛沒有做好充分準(zhǔn)備,一旦出現(xiàn)短時(shí)集中暴雨,將帶來很大的災(zāi)害,應(yīng)注意防范。6~9月份降雨下降趨勢(shì)對(duì)于魯西黃泛平原區(qū)的防汛壓力有一定緩解,但是局部暴雨洪水發(fā)生的概率依然很大。10~12月份降雨下降趨勢(shì)對(duì)于魯西平原區(qū)秋種工作有一定影響,應(yīng)在水源調(diào)配及科學(xué)調(diào)度上做好工作。

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