顏明慧，張文春，劉 剛

(甘肅省水文站，甘肅 蘭州 735000)

1 流域概況

疏勒河流域?qū)儆趦?nèi)流河流域的一部分，位于甘肅省河西走廊西端，地理位置位于東經(jīng)96°15′～98°30′，北緯39°40′～41°00′之間，流域面積2.41萬 km2，干流全長670 km，從河源出祁連山北麓流經(jīng)甘肅省肅北縣、玉門市昌馬鎮(zhèn)匯入昌馬水庫，河長347 km，中游流經(jīng)河西走廊玉門市、瓜州縣綠洲盆地，下游流經(jīng)瓜州縣綠洲盆地生態(tài)保護(hù)區(qū)，與疏勒河最大支流黨河交匯于敦煌市生態(tài)保護(hù)區(qū)內(nèi)，最后流入哈拉湖。地形特點(diǎn)南部祁連山區(qū)海拔在3 000 m以上，前山丘陵區(qū)海拔在2 000～3 000 m，廊道盆地綠洲區(qū)海拔在2 000 m以下。

2 降水量空間分布特點(diǎn)與資料收集

2.1 降水量空間分布特點(diǎn)

疏勒河流域降水分布規(guī)律較強(qiáng)，氣候?qū)俅箨懶愿珊禋夂颍饕鼙辈坷淇諝鈿庑途植刻鞖庥绊?，氣候干燥冷熱變化劇烈，風(fēng)沙較多，從東到西年際降水量逐漸變少，敦煌市多年平均降水量40 mm左右；從地形上說，深山區(qū)降水量較多，前山區(qū)降水量較深山區(qū)少，廊道盆地綠洲區(qū)降水量不足前山區(qū)的一半；從流域內(nèi)各區(qū)站點(diǎn)降水量年際變化很大，6-9月降水量占全年的六成以上，甚至可達(dá)到八成左右；從降水強(qiáng)度來說，深山區(qū)雨強(qiáng)較小，降水持續(xù)時(shí)間較長；前山區(qū)雨強(qiáng)較大，降水持續(xù)時(shí)間較短，產(chǎn)生大暴雨洪水，據(jù)長期水文資料監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，流域暴雨中心都發(fā)生在本區(qū)域，如：2000年玉門市站日降水量108.7 mm，洪峰流量為250 m3/s，2012年莫高窟站日降水量99.2 mm，洪峰流量達(dá)566 m3/s；廊道盆地綠洲區(qū)降水強(qiáng)度相對(duì)較弱，但時(shí)常伴隨有大風(fēng)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣情況出現(xiàn)。本次主要討論研究疏勒河干流流域部分。

2.2 基本資料來源

疏勒河干流流域內(nèi)降水分布站點(diǎn)有水文部門5個(gè)(魚兒紅、昌馬堡、五站、潘家莊和雙塔堡)和氣象部門4個(gè)(玉門鎮(zhèn)、瓜州、敦煌和馬鬃山)。由于流域干流流域雨量站較少，為了更好地研究說明干流流域降水時(shí)空分布面上情況，且與相鄰流域降水量資料進(jìn)行合理性對(duì)照檢查，廣泛吸納了疏勒河流域干流外的玉門市等雨量站和臨近黑河流域子水系的冰溝等雨量站合計(jì)17個(gè)，共計(jì)26站年資料；所用資料來源均為相關(guān)部門提供，質(zhì)量可靠的，研究成果具有可應(yīng)用性。

2.3 資料系列插補(bǔ)延長

選取資料系列為1956-2015年站。在計(jì)算分析時(shí)首先對(duì)各站年資料一致性、統(tǒng)一性、完整性進(jìn)行相關(guān)檢查，對(duì)個(gè)別站資料系列長短不一的需要進(jìn)行合理性插補(bǔ)延長處理。插補(bǔ)延長采用比值法，即依據(jù)設(shè)計(jì)站與參證站點(diǎn)的氣候條件、地形特點(diǎn)、下墊面條件等因素相似性，對(duì)設(shè)計(jì)站進(jìn)行插補(bǔ)延長；修正系數(shù)為需要延長系列站觀測(cè)資料的總數(shù)與參證站或多站同步觀測(cè)資料總數(shù)比值。將所選26站年資料均統(tǒng)一到1956-2015年，資料系列長度達(dá)60 a。

3 流域降水量時(shí)空分布規(guī)律分析

3.1 流域降水量年內(nèi)時(shí)空分布規(guī)律分析

3.1.1 流域站點(diǎn)年內(nèi)時(shí)空分布規(guī)律分析

疏勒河流域干流研究區(qū)域內(nèi)布設(shè)15個(gè)監(jiān)測(cè)雨量站點(diǎn)，但干流各站點(diǎn)降水量年內(nèi)分配不均衡，各站之間年內(nèi)降水量分布也存在較大差異。

(1)在祁連山西端北麓前山區(qū)布設(shè)的石包城、蘑菇臺(tái)、昌馬堡、玉門市等雨量站一帶，5-9月各站占全年降水量變化區(qū)間在72%～85.2%，其中石包城、昌馬堡雨量站占比接近，比玉門市占比高出13.2%；從資料統(tǒng)計(jì)可知，山前各站多年均值7月降水量最大，玉門市站多年平均降水量最大為39.6 mm,其次石包城站多年平均降水量為33.4 mm，山前雨量站從東到西降水呈現(xiàn)跳躍性變化，也就是流域內(nèi)降水量山前時(shí)空分布為三個(gè)暴雨中心，即玉門市、石包城、大泉河(本次不作為研究對(duì)象)三個(gè)暴雨中心。1-4月及10-12月各站降水量累計(jì)占年量變化在14.8%～28%范圍之內(nèi)；非汛期7個(gè)月中各站月最大降水量均發(fā)生在4月份，個(gè)別站發(fā)生在3月但量差變化不大，并且各站占年量變化區(qū)間在4.2%～7.6%范圍之內(nèi)。

(2)走廊盆地綠洲區(qū)從東到雨量站分布有花海子、玉門鎮(zhèn)、伍站、潘家莊、雙塔堡水庫、安西、西湖、馬鬃山、柳園等站。5-9月各站占全年降水量變化區(qū)間在68.3%～84.3%，其中馬鬃山、花海子站降水量分別為84.3%和68.3%，其余各站占比在70%～80%變化。從資料統(tǒng)計(jì)可知，盆地綠洲區(qū)各站多年均值7月降水量最大，盆地丘陵區(qū)馬鬃山站多年平均降水量最大為26.3 mm，其次柳園站多年平均降水量為22.0 mm；盆地平原區(qū)雨量站從東到西降水量分布變化較小，在8～16.9 mm之間，流域內(nèi)降水量盆地平原區(qū)時(shí)空分布為兩個(gè)暴雨中心，即玉門鎮(zhèn)、馬鬃山-柳園兩個(gè)暴雨中心。1-4月及10-12月各站降水量累計(jì)占年量變化在15%～31.8%范圍之內(nèi)；非汛期7個(gè)月中各站月最大降水量均發(fā)生在4月份，個(gè)別站發(fā)生在3月但量差變化不大，并且各站占年量變化區(qū)間在4.1%～7.5%范圍之內(nèi)。

3.1.2 降水的年內(nèi)空間分布

由疏勒河流域站點(diǎn)降水量多年月年平均值可知，疏勒河干流流域降水量年內(nèi)分布不均勻，汛期降水量較多而集中，平均占75%以上，其中7月份多年雨量最大，平均占26%以上；汛期降水量較少也集中，平均占25%左右，其中3或4月份多年雨量最大，平均占6%以上，冬季降水比春季少。疏勒河干流流域降水量的空間分布的特點(diǎn)是從東南向西北總體遞減，前山區(qū)降水量較多，平原區(qū)降水量較少，但柳園-馬鬃山丘陵地區(qū)與前山區(qū)降水量相當(dāng)。疏勒河干流上游山區(qū)沿山降水多在100～200 mm之間變化，而盆地綠洲區(qū)降水量多在40～70 mm之間變化。

3.2 降水量的年際分布規(guī)律分析

3.2.1 降水量的年際變化

流域降水的年際變化，通過點(diǎn)繪流域各雨量站多年過程線，可直觀反映各站多年降水變化情況。由于本流域降水分布不均勻的特點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)資料點(diǎn)繪山前區(qū)、敦煌盆地、玉門-瓜州盆地過程線圖，即圖1疏勒河流域山前區(qū)代表站年降水量時(shí)序累計(jì)平均過程線圖、圖2疏勒河流域敦煌盆地代表站年降水量時(shí)序累計(jì)平均過程線、圖3疏勒河流域玉門-瓜州盆地代表站年降水量時(shí)序累計(jì)平均過程線圖如圖所示。

圖1 疏勒河流域山前區(qū)代表站年降水量時(shí)序累計(jì)平均過程線圖

(1)山前各代表站年際降水過程線基本一致。從圖1看出，玉門市、石包城、黨城灣等雨量站每年降水量都比較大，進(jìn)一步說明了玉門市、石包城-大泉河-黨城灣站是暴雨中心成立的證據(jù)。

圖2 疏勒河流域敦煌盆地代表站年降水量時(shí)序累計(jì)平均過程線

(2)盆地綠洲區(qū)—敦煌盆地各代表站年際降水過程線變化規(guī)律不強(qiáng)。從圖2敦煌市、黨河水庫、西湖、南湖雨量站反映敦煌盆地降水時(shí)空分布不均衡，受氣候因素一致性影響變化大；柳園站與其他站降水過程線不同步，說明影響降水的氣候、下墊面、地形等條件不同，與實(shí)際丘陵地形反映一致。

圖3 疏勒河流域玉門-瓜州盆地代表站年降水量時(shí)序累計(jì)平均過程線圖

(3)盆地綠洲區(qū)—玉門-瓜州盆地各代表站年際降水過程線變化一致，代表性良好。從圖3可知，玉門鎮(zhèn)、五站、潘家莊、瓜州等站同期降水量絕大多數(shù)變化幅度在20%之間，其中五站、潘家莊站1973、1979、2000和2007年降水量明顯增大，經(jīng)分析暴雨場(chǎng)次中心在玉門盆地玉門鎮(zhèn)-五站雨量站中心周圍，為本站100 a一遇暴雨；花海子雨量站與各站同期降水量明顯偏小，反映出本站遠(yuǎn)離本區(qū)域暴雨中心。

3.2.2 流域降水站點(diǎn)分布數(shù)理特征統(tǒng)計(jì)及分析

依據(jù)收集資料計(jì)算統(tǒng)計(jì)流域內(nèi)各代表站的多年平均降水量及年特征值，并且分別點(diǎn)繪各代表站降水量經(jīng)驗(yàn)頻率坐標(biāo)，繪制皮爾遜Ⅲ型理論曲線，確定其參數(shù)，通過經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)與理論曲線的配合情況，試線修改、選配參數(shù)，直止理論曲線與經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)配合最佳，最后確定參數(shù)偏差系數(shù)與變差系數(shù)(Cs/Cv=k)的比值。

疏勒河流域各雨量站Cv值參數(shù)統(tǒng)計(jì)，流域前山區(qū)與走廊綠洲盆地區(qū)有明顯差異。前山區(qū)Cv值較小，在0.30～0.44之間變化；走廊綠洲盆地區(qū)Cv值較大，在0.43～0.64之間變化；流域代表站年極值比在3.36～64.00之間變化。Cv值或年極值比在時(shí)空分布上有明顯的分帶性；從地形上看，前山區(qū)小于綠洲盆地區(qū)，但因代表站受局部地形高山或盆地、氣象環(huán)境、站點(diǎn)分布以及降水量大小等因素的影響，統(tǒng)計(jì)值分布出現(xiàn)交叉情況。

疏勒河流域各雨量站參數(shù)及頻率統(tǒng)計(jì)列出了豐水年、平水年、枯水年、特枯水年，即頻率為20%、50%、75%、95%的各代表站的年降水量，對(duì)于了解流域降水分布特征和區(qū)域性農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)等需水具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

3.2.3 流域代表站典型年配型統(tǒng)計(jì)及分析

根據(jù)疏勒河流域各代表站年設(shè)計(jì)理論頻率曲線，分別查得20%、50%、75%、95%的年降水量，然后在實(shí)測(cè)資料系列中選取與設(shè)計(jì)值相等或接近的年份，即可作為相應(yīng)頻率的豐平枯代表年，按照年內(nèi)分配最不利原則進(jìn)一步選擇確定。

(1)代表站頻率為20%典型年：前山區(qū)代表站2000年降水量為252.4 mm，敦煌盆地區(qū)代表站1959年降水量為98.5 mm， 瓜州-玉門盆地區(qū)1982年降水量為82.3 mm。

(2)代表站頻率為50%典型年：前山區(qū)代表站2003年降水量為185.5 mm，敦煌盆地區(qū)代表站1958年降水量為70.4 mm, 瓜州-玉門盆地區(qū)1975年降水量為60.4 mm。

(3)代表站頻率為75%典型年：前山區(qū)代表站1990年降水量為174.4 mm，敦煌盆地區(qū)代表站1965年降水量為53.0 mm, 瓜州-玉門盆地區(qū)1998年降水量為36.5 mm。

3.3 流域站點(diǎn)資料系列變化趨勢(shì)分析

3.3.1 流域站點(diǎn)資料系列豐枯變化分析

為了研判疏勒河各雨量代表站年降水量的豐枯變化過程，我們需要引進(jìn)模比系數(shù)差積曲線概念，此概念能較清楚的反映各站年降水量的豐枯變化過程。模比系數(shù)差積曲線斜率上升，則表示年降水量處于偏豐或豐水區(qū)間；模比系數(shù)差積曲線斜率下降，則表示年降水量處于偏枯或枯水區(qū)間；模比系數(shù)差積曲線斜率不升不降，則表示年降水量處于平水區(qū)間。

根據(jù)流域降水量時(shí)空分布的特點(diǎn)，將流域劃分為三個(gè)區(qū)域即山前區(qū)、敦煌盆地區(qū)、玉門-瓜州盆地區(qū)，計(jì)算各站年降水量模比系數(shù)(ki=Pi/P平均)，建立模比系數(shù)(∑(ki-1))～時(shí)間(t)的模比系數(shù)差積曲線關(guān)系。見圖4疏勒河流域山前代表站年降水量模比系數(shù)差積曲線、圖5疏勒河流域敦煌盆地代表站年降水量模比系數(shù)差積曲線、圖6疏勒河流域玉門-瓜州盆地代表站年降水量模比系數(shù)差積曲線。

從圖4中可以看出，山前各站(阿克塞站除外)豐枯年降水變化規(guī)律基本一致，經(jīng)歷從枯水年—灃水年—平水年—灃水年周期過程變化；從圖5中可以看出，敦煌盆地區(qū)各站(柳園站除外)豐枯年降水變化規(guī)律基本一致，經(jīng)歷了從枯水年—灃水年—枯水年—灃水年—枯水年—灃水年周期過程變化；從圖6中可以看出，玉門-瓜州盆地各站豐枯年降水變化規(guī)律比較復(fù)雜，雙塔堡水庫、潘家莊、花海子站經(jīng)歷了從枯水年—灃水年—枯水年—灃水年—枯水年周期過程變化，瓜州、玉門鎮(zhèn)、玉門市站經(jīng)歷了從枯水年—灃水年—平水年—灃水年周期過程變化，五站經(jīng)歷了從枯水年—灃水年—平水年—灃水年—枯水年周期過程變化。

通過圖4～圖6對(duì)比分析，模比系數(shù)差積曲線都能反映各站有資料記載以來所經(jīng)歷的豐、平、枯的降水變化過程，且大趨勢(shì)具有一致性的特點(diǎn)。

3.3.2 流域各站點(diǎn)資料長時(shí)段豐枯變化分析

流域各站點(diǎn)系列資料豐枯變化情況，常常以逢零年代劃分資料區(qū)間長度來研究降水量的豐枯變化規(guī)律，實(shí)際工作中，先算出降水量模比系數(shù)kp值(kp=某年降水量/多年平均降水量)，按照豐枯等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，就可以確定某區(qū)間的年降水量豐平枯程度。研究對(duì)象劃分同上。

(1)前山區(qū)：1950年代、1960年代83.3%為枯水到偏枯年，余為平水年；1970年代各站基本為平水年；1980年代33.3%的站為偏豐年，其余為平水年；1990年代基本為平水年；2000年代66.7%為平水年，余為偏豐年；2010年代33.3%為平水年，余為偏豐年(見圖7)。

(2)敦煌盆地區(qū)：1950年代20%的站為豐水年，其余為平水年或枯水年；1960年代80%的站為偏枯到枯水年；1970年代80%的站為偏豐到特豐年；1980年代60%的站為平水年，余為枯水年；1990年代80%的站為平水年；2000年代60%的站為豐水年，40%站為枯水年；2010年代80%的站為偏、特豐年(見圖8)。

(3)玉門-瓜州盆地區(qū)：1950年代33.3%的站為平水年，余為枯水年；1960年代各站基本為偏枯到枯水年；1970年代各站為偏豐到特豐年；1980年代83.3%的站為平水年，瓜州為豐水年；1990年代16.7%的站為豐水年，余站為平水年；2000年代16.7%的站為豐水年，余站為平豐年；2010年代33.3%的站為枯水年，余站為平豐年(見圖9)。

由統(tǒng)計(jì)分析知，疏勒河流域各代表站的年降水量系列出現(xiàn)平水年的幾率最大，占統(tǒng)計(jì)量42%；豐水年占統(tǒng)計(jì)量26.9%；枯水年占統(tǒng)計(jì)量31.1%；平、豐水年占統(tǒng)計(jì)量68.9%，平、枯水年占統(tǒng)計(jì)量73.1%，說明流域降水量時(shí)空分布比較正常均衡，多年變化在合理區(qū)間內(nèi)；特別從1970年代以來，平、豐水年占統(tǒng)計(jì)量87.1%，平、枯水年占統(tǒng)計(jì)量63.5%，充分說明流域降水量時(shí)空分布偏豐，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)恢復(fù)利好。

3.3.3 流域雨量站點(diǎn)資料系列顯著性變化趨勢(shì)分析

對(duì)于流域內(nèi)各站降水量系列線性趨勢(shì)研究，檢驗(yàn)資料系列是否顯著性趨勢(shì)變化的判斷方法，通常采用坎德爾(Kendall)秩次相關(guān)法、斯波曼(Spearman)秩次相關(guān)法、線性趨勢(shì)回歸法進(jìn)行檢驗(yàn)。現(xiàn)將收集到各雨量站逐年降水量變化過程進(jìn)行計(jì)算點(diǎn)圖(略)，分別進(jìn)行坎德爾(Kendall)秩次相關(guān)、斯波曼(Spearman)秩次相關(guān)、線性趨勢(shì)回歸等方法技術(shù)處理，按要求參數(shù)判斷其趨勢(shì)項(xiàng)檢查是否顯著。三種檢驗(yàn)方法統(tǒng)計(jì)如下：

(1)坎德爾秩次相關(guān)法與斯波曼秩次相關(guān)法分析結(jié)果一致。綠洲盆地區(qū)12站點(diǎn)占比顯著性增加為25%、不顯著性增加為75%；前山區(qū)4站點(diǎn)占比顯著性與不顯著性增加各占50%。

(2)線性趨勢(shì)回歸法：綠洲盆地區(qū)12站點(diǎn)占比顯著性增加為16.7%、不顯著性增加為83.3%；前山區(qū)4站點(diǎn)顯著性增加占比為75%、不顯著性增加占比為25%。

(3)柳園站應(yīng)該劃分為山地 丘陵區(qū)，三種方法分析的結(jié)果一致，均為顯著性增加。

通過對(duì)疏勒河流域降水時(shí)空分布的分析可知，其特點(diǎn)具有一定的區(qū)域性。流域前山區(qū)降水量增加顯著減少，其中疏勒河中段(昌馬河上游)及黨河流域不顯著減少；綠洲盆地區(qū)不顯著增加，北山區(qū)(山地丘陵)趨勢(shì)項(xiàng)增強(qiáng)顯著，趨勢(shì)變化程度減緩。

4 結(jié)語

通過對(duì)疏勒河流域降水時(shí)空分布的探討研究，基本搞清楚了疏流河流域降水情況及特點(diǎn)總結(jié)如下：

(1)從流域站點(diǎn)年內(nèi)時(shí)空分布規(guī)律分析看，前山區(qū)降水量大，綠洲盆地區(qū)降水量比較小，均值約為前山區(qū)的一半；降水量一般集中在5-9月，前山區(qū)約占年量75%左右，綠洲盆地區(qū)約占年量70%以上；7月份多年雨量最大，占年量26%以上；3或4月降水量較其他非汛期大，占年量6%左右。

(2)從降水量的年際分布規(guī)律分析看，山前各代表站年際降水過程線基本一致，根據(jù)相關(guān)系列資料發(fā)現(xiàn)玉門市、石包城-大泉河-黨城灣站是流域局部暴雨中心，每年都有較大降水；盆地綠洲區(qū)-玉門-瓜州盆地各代表站年際降水過程線變化一致，代表性良好。

(3)從流域降水站點(diǎn)分布數(shù)理特征統(tǒng)計(jì)及分析看，流域前山區(qū)與走廊綠洲盆地區(qū)有明顯差異。值或年極值比在時(shí)空分布上有明顯的分帶性；前山區(qū)值較小，在0.30～0.44之間變化；走廊綠洲盆地區(qū)值較大，在0.43～0.64之間變化。

(4)從流域站點(diǎn)資料系列豐枯變化分析看，疏勒河流域各代表站的年降水量系列出現(xiàn)平水年的幾率最大，占統(tǒng)計(jì)量42%；豐水年占統(tǒng)計(jì)量26.9%；枯水年占統(tǒng)計(jì)量31.1%；平、豐水年占統(tǒng)計(jì)量68.9%，平、枯水年占統(tǒng)計(jì)量73.1%，說明流域降水量時(shí)空分布比較正常均衡，多年變化在合理區(qū)間內(nèi)；特別從1970年代以來，平、豐水年占統(tǒng)計(jì)量87.1%，平、枯水年占統(tǒng)計(jì)量63.5%，充分說明流域降水量時(shí)空分布偏豐，研究結(jié)果為該區(qū)域水資源動(dòng)態(tài)分析工作提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)恢復(fù)有實(shí)際意義。