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        梅江流域長系列枯水期降水演變特征規(guī)律分析

        2021-06-29 08:03:48高玉丹
        廣東水利水電 2021年6期
        關(guān)鍵詞:梅江觀測站觀測點

        高玉丹

        (廣東省水文局梅州水文分局,廣東 梅州 514000)

        1 概述

        氣候變化將引起降水、徑流的時空變化,進而增加了干旱、洪澇等極端氣候事件發(fā)生的頻次[1]。在全球變暖背景下,區(qū)域間、雨季和旱季的降水對比度將更激烈[2]。眾多學(xué)者采用Mann-Kendall檢驗、小波分析等方法對降雨的多尺度時空變化進行了研究,如鄒磊等[3]發(fā)現(xiàn)海河流域春秋季降水呈增加趨勢,而夏冬季降水呈減少趨勢;范菲蕓等[4]基于125個雨量站資料分析了1956—2010年廣東省春旱和秋旱期的降雨時空分布,發(fā)現(xiàn)春旱降水南少北多,而秋旱期降水空間分布與之相反;徐林春等[5]發(fā)現(xiàn)廣東省年內(nèi)汛期(6月)降雨有所增大,非汛期有所減小。

        枯水期降水對農(nóng)業(yè)的意義重大,在緩解旱情的同時也可能破壞農(nóng)作物的生長發(fā)育[6]。近年來,梅江流域在枯水期出現(xiàn)多次極端天氣,僅在2016年枯水期期間遭到多次暴雨襲擊,形成3場枯水期大洪水,2017—2018年枯水期期間又連續(xù)出現(xiàn)旱情,然而目前針對枯水期降水演變特征的研究較少[7-8],因此,研究區(qū)域內(nèi)枯水期降水的演變特征對于了解區(qū)域枯水時期內(nèi)降水發(fā)展動態(tài)、防洪抗旱、供水規(guī)劃、維護河流健康等具有重要意義[9]。

        2 資料與方法

        2.1 研究區(qū)概況

        梅江是韓江的主流[10],是梅州市最主要的河流,發(fā)源于汕尾陸豐與河源紫金交界的烏突山七星崠,上游稱琴江,流經(jīng)五華縣水寨與五華河匯合后稱梅江,自西南向東北流至五華琴口匯北琴江,至水寨河口(以上稱琴江)匯五華河后稱梅江,于興寧水口匯寧江,在畬坑進入梅縣區(qū),在長沙進入梅江區(qū),然后匯程江于梅城,在西陽再入梅縣區(qū),匯石窟河于丙村,匯松源河于松口后,突然向右90°轉(zhuǎn)彎,切過蓮花山脈進入大埔,在三河壩附近與汀江、梅潭河匯合后稱韓江。梅江全長為307 km,流域集雨面積為14 061 km2,河床比降為0.4‰。梅江在梅州境內(nèi)河長為271 km,集雨面積為10 424 km2。

        2.2 研究數(shù)據(jù)和方法

        本文選用梅江流域內(nèi)70個雨量站1959—2018年枯水期實測降水?dāng)?shù)據(jù)(雨量觀測點空間分布示意見圖1),10月到次年的3月為枯水期,數(shù)據(jù)經(jīng)過質(zhì)量控制,通過了三性檢查,流域面平均降水量為區(qū)域內(nèi)站點降水量的算術(shù)平均值,通過分析計算比對,揭示該流域枯水期總降水量與枯水期各月降水量的時空演變特征。對梅江流域降水量數(shù)據(jù)的處理分析主要是基于Matlab、Arcgis等軟件實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)來源:廣東省水文局梅州水文分局。

        圖1 梅江流域降水量觀測點空間分布示意

        本次研究主要運用累積距平法[11]、Mann-Kendall檢測法(以下簡稱M-K法)[12]、Sen’s斜率法[13]對梅江流域枯水期的年際和年內(nèi)降水量進行趨勢分析和突變狀況檢驗,并結(jié)合累積距平法對可能存在的虛假突變時間點進行剔除,確定符合實際的降水突變情況。其中M-K法置信水平值取0.05,其相應(yīng)的統(tǒng)計量值為±1.96。

        3 結(jié)果分析

        3.1 枯水期年降水時程變化特征

        流域枯水期多年平均降水量為387.7 mm,極大值出現(xiàn)在1982—1983年,降水量為1 218.1 mm,極小值出現(xiàn)在1954—1955年,降水量為151.0 mm。通過線性回歸得到梅江流域內(nèi)枯水期年降水量的時間變化趨勢(如圖2所示),總體上,梅江流域枯水期降水量呈現(xiàn)波動增加趨勢,增加速率約為1.4 mm/a,降水量的變化趨勢未通過95%的置信水平顯著性檢驗。

        根據(jù)圖2中的累積距平曲線可知,梅江流域60 a來枯水期共發(fā)生了3次明顯的突變(1974年、1998年和2011年),存在明顯的“降”、“升”、“降”階段性變化特征:即1960—1974年降水量表現(xiàn)為下降趨勢,低于多年平均降水量;1974—1998年降水量呈現(xiàn)上升趨勢,并于1983年達到了歷年降水量最高值;1998—2011年降水量呈持續(xù)下降趨勢。

        圖2 梅江流域1959—2018年枯水期降水趨勢變化示意

        3.2 枯水期年降水空間變化特征

        通過對梅州流域內(nèi)70個降水量觀測點枯季降水量進行分析,得到多年平均降水量的空間分布(見圖3a),降水量空間分布差異較大,呈現(xiàn)由北向南遞減分布。各站降水量介于289.9~491.6 mm之間,其中降雨量最大的觀測點是位于松源河的桂竹園站,多年平均降水量為491.6 mm,降雨量最小的觀測點是位于琴江的大坪站,多年平均降水量為289.9 mm;面平均降雨而言,位于最北部的松源河面降水量最大(443.4 mm),而位于南部的琴江面降水量最小(345.5 mm),與觀測點降水系列趨勢一致。對所有站點的雨量數(shù)據(jù)進行M-K法趨勢檢驗,得到各觀測點的M-K值的空間分布(見圖3b),70個觀測站中,降水量呈增加趨勢的有52個,呈減少趨勢的有18個,總體枯水期降水量呈不顯著上升趨勢;從空間來看,南部呈上升趨勢,北部呈下降趨勢。通過對數(shù)據(jù)的進一步分析得到各觀測站點的降雨年變化率(見圖3c),其中僅4個觀測站的降水量增加率大于2 mm/a,1個觀測站的降水量減小率小于2 mm/a,其余觀測站的變化均在2 mm/a以內(nèi)。

        圖3 梅江流域1959-2018年枯水期降水趨勢空間分布

        3.3 枯水期年內(nèi)各月降水特征分析

        梅江流域枯水期各月降水量空間差異性見圖4。從單月來看,12月雨量變化范圍最小,對應(yīng)的空間變化最小,反之3月雨量變化范圍最大,對應(yīng)的空間變化最大。各月之間對比,前枯水期(10—12月)的多年平均降水量明顯少于后枯水期(1—3月),其中,前枯水期降水總量僅占總枯水期降水量的33.8%,后枯水期降水總量僅占總枯水期降水量的65.6%;12月多年平均降水量最小,僅為37.5 mm,3月為125.2 mm降水量最大。

        圖4 梅江流域1959—2018年枯水期各月降水量箱型示意

        采用Sen’s斜率法分析梅江流域枯水期各月降水量變化特征(見圖5~6)。由圖5~6可知:1月、11月降水量總體呈不顯著上升趨勢,70個雨量降水量觀測點中都是有69個站點呈上升趨勢,但均未通過置信區(qū)間檢驗;2月、3月降水量總體呈不顯著下降趨勢,其中北部地區(qū)有若干站點通過置信區(qū)間檢驗,呈顯著下降;10月降水量總體趨勢不明顯,梅江干流左岸總體呈不顯著下降趨勢,右岸總體呈不顯著上升趨勢;12月降水量70個觀測站全部呈上升趨勢,通過置信區(qū)間的檢驗,總體呈顯著上升趨勢,其中石窟河和松源河的降水量上升趨勢明顯。

        圖5 梅江流域枯水期1—3月降水趨勢空間分布示意

        4 結(jié)語

        基于梅江流域70個降水量觀測點1959—2018年枯水期長系列降水資料數(shù)據(jù),采用數(shù)理統(tǒng)計手段,從年尺度到月尺度,從時間到空間,分析了梅江流域枯水期降水時空波動特性。

        圖6 梅江流域枯水期10—12月降水趨勢空間分布示意

        1) 梅江流域枯水期面平均降水量總體趨勢呈波動不顯著增加趨勢,增加速率約為1.4mm/a,年際差異較大,介于387.7~1 218.1mm之間,分階段存在明顯的“降”、“升”、“降”變化特征。在空間上,枯水期降水量總體呈現(xiàn)北多南少,北部有下降,南部有上升的趨勢。

        2) 從枯水期各月降水情況來看,前枯水期(10—12月)的多年平均降水量明顯少于后枯水期(1—3月);各月之間多年平均降水量差別較大,3月降水量最大,但呈不顯著下降趨勢,12月降水量最小,但呈顯著上升趨勢。在空間上,北部地區(qū)河流水系變化較為顯著,尤其是石窟河和松源河,12月呈顯著上升趨勢,2月、3月呈顯著下降趨勢,該區(qū)域需做好汛前干旱預(yù)警。

        3) 通過本文對梅江流域枯水期降水量的時空演變特征分析,可為進一步加深對梅江流域氣候變化的理解,對流域旱澇災(zāi)害應(yīng)對、雨洪資源利用及水資源優(yōu)化配置提供科學(xué)支撐??菟诮邓康臅r空分布規(guī)律與大氣環(huán)流ENSO事件、太陽黑子、人類活動、流域下墊面干濕程度、汛期降水量等因素息息相關(guān),因此,有必要進行降雨因子驅(qū)動因素識別及分析,為提前做好防洪抗旱準(zhǔn)備奠定基礎(chǔ)。

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