近60年甘肅省降水量分布特征及趨勢分析

吳彥昭

(甘肅省隴南水文水資源勘測局，甘肅 隴南 742500)

甘肅省位于我國平原與高原過度地帶，地形地貌復雜，降水量偏小，水資源量分布不均衡，人均水資源占有量僅為全國人均的一半。在第三次甘肅省水資源調(diào)查評價的基礎上，利用地理信息管理系統(tǒng)(GIS)和部分水文計算軟件，采用傳統(tǒng)分析方法，通過對1956—2016年系列降水量評價分析，摸清甘肅省水資源降水量分布狀況及變化趨勢，對水資源規(guī)劃管理、省內(nèi)調(diào)水等其他項目具有重要的參考意義。

1 基本資料

水文氣象資料選自《甘肅省水文統(tǒng)計》《水文年鑒》、水文匯編資料、氣象站資料以及抄錄鄰省邊界站點降水資料。對缺測年份進行插補，對系列不夠長的雨量站資料進行系列相關性插補延長[1- 2]。在偏僻高山區(qū)，搜集了研究部門的少量短期降水資料。本次分析研究選用資料系列為1956—2016年，總計61年。雨量站點數(shù)為510站，其中甘肅省內(nèi)460站，共計21766站年降水資料，資料系列短于20年的36站，占7.8%；20～50年的176站，占38.4%；大于50年的共247站，占53.8%。還有甘肅省邊界省份50站。全省平均選用雨量站密度926km2/站，其中東部地區(qū)、南部地區(qū)較密，西北內(nèi)陸河區(qū)域密度較差。雨量站密度統(tǒng)計見表1。

2 趨勢分析方法

2.1 線性趨勢的相關系數(shù)檢驗法

如果序列中存在線性趨勢，可采用線性相關方程進行描述，其數(shù)學模型為：

表1 雨量站密度統(tǒng)計表

Xi=a+bt+ηt

(1)

由最小二乘法求出參數(shù)a、b的估計值分別為：

(2)

(3)

(4)

2.2 斯波曼秩次相關檢驗法

分析序列Xt與時序t的相關關系，在運算時，Xt用其秩次Rt(即把序列Xt從大到小排列時，Xt所對應的序號)代表，t為時序(t=1，2，…，n)，秩次相關系數(shù)為：

(5)

式中，n—序列長度，dt=Rt-t。顯然如果秩次Rt與時序Xt相近時，dt小，秩次相關系數(shù)r大，趨勢顯著。

3 分區(qū)年降水量分布概況

對全省年降雨量分布概況的研究，采用分區(qū)研究，該分區(qū)參照甘肅第三次水資源調(diào)查評價水資源分區(qū)。采用泰森多邊形法和等值線法[3- 4]推求各分區(qū)降水量。兩種方法相互比較，對不合理區(qū)域進行平差分析調(diào)整，將兩種方法誤差控制在±5%之內(nèi)。

按照等值線法量算得出全省多年平均降水量為282.2mm，內(nèi)陸河流域多年平均降水量為129.2mm，黃河流域多年平均降水量為464.6mm，長江流域多年平均降水量為587.5mm。三級流域分區(qū)多年平均降水量見表2。

表2 行政分區(qū)多年平均降水量表

4 降水量水平地帶分布

甘肅省降水量水平地帶分布由東部和南部向北部和西部遞減，年雨量由800mm以上減少至50mm以下，多年平均最大年降水量為960.6mm，發(fā)生在新發(fā)雨量站，最小年雨量為35.6mm，發(fā)生在南湖雨量站。點年雨量由1000mm以上減至40mm以下。全省實測雨量站點最大年降水量1504.0mm，發(fā)生在1967年太子山北麓新發(fā)站。

為了直觀表現(xiàn)降水量水平地帶的分布狀況，采用等值線法和泰森多邊形法進行面降雨量計算，畫出三級流域分區(qū)兩種方法降水量直方圖，橫軸流域順序從北向南，如圖1所示，從圖中可以看出降水量從西北到東南依次增加，最大降水量為丹江口以上區(qū)域，最小降水量為疏勒河區(qū)域。

圖1 三級流域分區(qū)降水量直方圖

年降水量大于800mm的濕潤帶：主要分布在隴南康縣文縣一帶，太子山高山區(qū)。年降水量500～800mm的半濕潤帶：包括隴東南部、隴中南部、隴南山地、甘南高原、祁連山東段等。年降水量200～500mm的干旱、半干旱帶：包括隴東環(huán)縣、隴中北部、定西市、臨夏北部、蘭州市等地。年降水量小于200mm的干旱荒漠帶：包括白銀、景泰、河西走廊及其以北廣大地區(qū)，年降水量從東到西、從山區(qū)向平原迅速遞減，最西部安西、敦煌一帶，平均年降水量小于50mm。

甘南藏族自治州南部迭山附近，祁連山東段冷龍嶺、大雪山年降水量在700mm以上。瑪曲以南，隴東南部和六盤山區(qū)年降水量在600mm以上，總的分布趨勢亦是從東南向西北方向逐漸減少。隴中部從南向北年降水量由500mm遞減至200mm以下，平均緯度每升高1°，降水減少約150mm。河西地區(qū)降水從南向北、自東向西減少。除祁連山脈外，大部分地區(qū)年降水量在300mm以下。黃河段降水量在150～500mm之間，降水量充沛區(qū)位于大夏河和洮河流域。具體降水分布如圖2所示。

圖2 甘肅1956—2016年多年平均降水深等值線圖

5 降水量垂直分布

甘肅省年降水量分布除了地帶性規(guī)律以外，又受山地的影響，形成降水量等值線圍繞大山體的多中心分布特點。主要的山脈首推祁連山、烏鞘嶺、六盤山、秦嶺等。以山脈可分為各具特色的六大區(qū)域：隴南山地、隴東、中黃土高原、甘南高原、河西走廊、祁連山地、河西走廊以北地帶。

對主要山脈選擇8個剖面分析降水量的垂直分布，建立年降水量與高程的關系。結果表明，降水與高程的關系密切[2- 3]，且呈直線相關，雨量隨高程的增高而增加。現(xiàn)將各剖面雨量與高程關系列于表3，表3說明，降水的遞增率最大值出現(xiàn)在東部的多雨地區(qū)，干旱的西部山區(qū)最小，最大值為太子山北坡的廣通河。

表3 面雨量與高程關系表單位：mm/100m

6 變化趨勢分析

(1)選取魚兒紅雨量站、武山雨量站、武都雨量站長系列資料分別代表內(nèi)陸河、黃河流域、長江流域，采用線性趨勢線法[5]對三站降水量的變化趨勢分析，即對三大流域降水量變化分析如圖3所示。從圖3可以看出內(nèi)陸河降水量呈遞增趨勢，黃河流域和長江流域呈遞減趨勢，長江流域減少比較大。

圖3 甘肅1956—2016年年降水量變化趨勢圖

(2)根據(jù)三大流域1956—2016年系列面雨量值采用線性趨勢相關法、斯波曼秩次相關法對其變化趨勢分析，以及顯著性分析，計算成果見表4。

表4 甘肅一級流域降水量深線性變化趨勢表

利用斯伯曼秩次相關法[8]進行分析得內(nèi)陸河的結果|T|=1.52t(0.05/2)=1.64，變化趨勢顯著。

(3)采用1956—1979[6]、1956—2000年[7]、1956—2016年三系列值，進行甘肅省一級流域、全省降水量變化分析，其中前兩系列采用一、二次水資源評價[2，4]成果，1956—2016年采用等值線法量算，由于甘肅省內(nèi)陸河流域面積發(fā)生變化，全省面積由45.44萬km2變?yōu)?2.58萬km2，因此對1956—2016年量算值進行了面積還原，面降水深進行了重新計算，統(tǒng)計結果見表5。近60年來內(nèi)陸河降水量增加，全省、黃河流域和長江流域降水量減少，長江流域減少量最大。

表5 甘肅一級流域降水量變化統(tǒng)計分析表單位：mm

7 結語

甘肅省1956—2016年河西內(nèi)陸河降水量深133mm，黃河降水量深460mm，長江流域降水量深580mm，全省274mm。近60年來河西內(nèi)陸河降水量偏低，呈遞增趨勢，趨勢不顯著。黃河流域呈遞減趨勢，趨勢不顯著。長江流域降水量呈遞減趨勢，趨勢顯著。