石油河玉門市水文站降水量年際變化分析

摘 要：選取石油河玉門市水文站1979—2022年降水資料，計算分析了降水時程分布特點及年內分配規律，并計算分析降水統計參數、頻率計算、典型年確定等，基本反映玉門市站降水特點及石油河流域出山口降水的基本規律，為該流域中下游防汛抗旱提供了基本的水文統計資料。

關鍵詞：降水量；頻率；統計參數；典型年降水量

中圖分類號：P426.614 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

石油河發源于祁連山區肅北蒙古族自治縣分水梁山與海拔5 010 m的石油河腦和海拔4 924 m的雅兒河腦，原玉門市區（老君廟）以上干流長80 km，在上赤金分成小石河子、東河、西河、清水河等數條河流；在下赤金堡又稱赤金河。石油河全長220 km，流域面積656 km2，多年平均流量0.86 m3/s。石油河徑流以冰川、積雪融水和山區降水補給，年均徑流量0.848億m3。

石油河代表站為玉門市水文站，于1954年11月設站，1960年4月撤銷，1977年7月重新設立，位于甘肅省玉門市老市區老君廟，流域面積656 km2，1977年觀測至今。下游赤金堡站1955年設立，1960年撤銷，資料不全[1-3]。

1 降水量的時空分布

1.1 降水量的時空分布特征

石油河玉門市水文站降水時空分布特點與疏勒河流域降水時空分布特點一致，屬于大陸性干旱半干旱氣候，主要受到來自西伯利亞的冷空氣和局部天氣的影響，全年氣候干燥冷熱變化劇烈，表現為汛期（5—8月）降水量相對較多而集中，春季雨水少而不穩定，冬季降雪不均的特點。測試站海拔在2 000 m以上，5—8月有較強的氣旋交鋒，易產生暴雨，引發洪水，且每年6月氣候最不穩定，如歷年最大日降水量為2000年6月25日101.6 mm[4-5]。

1.2 降水量的時空分布規律

據玉門市站1979—2022年降水資料，汛期連續最大4個月的降水量均為5—8月，占年降水量的53.7%～95.1%，連續枯季5個月的降水量占年降水量的8.9%～18.0%，冬季3個月降水量為0.4～22.6；最大月降水量出現在7月或8月，占年降水量的5.3%～45.8%，最小月降水量出現在12月，占年降水量的0.0%～11.6%。

從各月降水量多年平均年內分配統計表（表1）可知，連續最大4個月為5—8月，累計降水量為132.9 mm，占年降水量67.9%。

2 降水量的年際變化規律分析

2.1 降水量年際變化

根據本站1979—2022年年降水資料，并點繪年降水量過程線，從圖1中可以看出：

年降水量隨時間變化呈鋸齒形狀，且年際分布變化極不均勻，年降水量＞250 mm的年份有7次，＜150 mm的年份有8次，150～250 mm之間的年份有19次。

年降水量隨時間的線性關系為：y=-1.150 4 x+2 493.2（R2=0.065 1）。揭示1977—2022年石油河玉門市水文站降水量變化趨勢呈減小趨勢。"年降水量自2010年以來，年降水變化比較劇烈，且年降水量變差較大。

2.2 降水量的年際變化規律

點繪玉門市站年降水量模比數差積曲線（圖2），年降水量的豐枯變化過程明顯，差積曲線的斜率上升表示年降水量處于偏豐或豐水段，差積曲線的斜率下降表示年降水量處于偏枯或枯水段，差積曲線斜率沒有變化表示年降水量處于平水段。

一方面，玉門市站差積曲線的斜率下降速度較快，表明年降水量處于偏枯或枯水階段；另一方面，表明年降水量呈現急劇震蕩減少下行的趨勢，并且在這一過程中有上升的可能，出現階段性的降水量頗豐年份。從圖2可以看出，均線上、下重要拐點的連線所形成的兩條直線，是玉門市站的降水豐枯能力外包線，顯示了降水豐枯極值化，對了解降水豐枯年份分布規律具有指導作用。

2.3 降水量年際的各月變化規律

第一，通過點繪歷年各月降水量過程線圖，發現5—9月降水量和5—9月累計降水量過程線均線都呈下降趨勢，5、9月下降的速度較慢，6—8月下降速度較快，并且呈現間歇性向上跳躍反彈的能量趨勢；近幾年汛期各月降水量過程線表明降水量偏少，根據間歇性跳躍規律分析，預示著未來各月降水量有可能會增加，尤其是5、6月過程線來看，將是降水量偏豐的年景。具體歷年各月降水量過程線線性關系如表2所示。

第二，通過點繪歷年各月降水量過程線圖，發現降水量1—5月和10—12月累計降水量過程線均線都為上升趨勢，1—5月上升的速率較慢，10—12月上升速率較快；從非汛期時序10—12月到1—5月排列看出，降水量過程也是遞減的一個過程，并且呈現間歇性向上跳躍反彈的能量趨勢。根據間歇性跳躍規律分析，預示著未來各月降水量有可能會增加，將是降水量偏豐的年景。歷年各月降水量過程線線性關系如表2所示。

2.4 降水量的年際變化特征分析

降水年際變化的總體特征常用變差系數Cv值或年極值比（最大、最小年降水量的比值）來表示，能反映一個地區降水過程的相對變化程度，Cv值（或年極值比）大表示降水的年際變化劇烈，Cv值小（或年極值比）表示降水的年際變化相對穩定。

2.4.1 降水特征參數的計算

降水總體特征統計參數為均值x，變差系數Cv，偏差系數Cs。實際工作中3個參數的確定方法如下：

x=xi（1）

Cv=（2）

式（1）、式（2）中：Ki=xi / x，Ki稱為模比系數或變率。

由于實際觀測資料的序列長度較短，實踐證明用理論公式計算偏差系數誤差較大，常用Cs/Cv的倍比關系通過經驗頻率（點據）與理論頻率曲線配合最佳的方法確定，公式如下：

Cs/Cv=k（3）

式（3）中，k的取值范圍一般為0.5～4.0。

石油河玉門市站降水量特征值統計（1979—2022年）如表3所示。從表3中可以看出，均值為191.8 mm，Cv值0.33；最大年降水量為1979年360.0 mm，最小年降水量為1997年107.0 mm，年極值比3.36。Cv值或年極值比在年際變化中有顯著的變差，具有較強的區域特點。

2.4.2 降水經驗頻率分析

選取1979—2022年降水資料做經驗頻率曲線（圖3），降水變量xi為縱坐標，以累積頻率為橫坐標，將各個x對應的頻率點繪在坐標中，即得出了經驗頻率（點據）。頻率計算公式如下：

P=（4）

式（4）中：P為排序中第m個序列對應的經驗頻率，m為排序后序列號數；n為資料的序列長度。經驗頻率計算成果如表4所示。由此可見，1979年年降水量是50年一遇。

3 典型年降水量分析

通過對石油河玉門市水文站1977—2022年降水資料頻率計算分析，按照代表站典型年降水量的年內分配計算統計，選擇了偏豐年頻率P=20%、平水年頻率P=50%、偏枯年頻率P=75%、枯水年頻率P=95%進行計算分析，并對典型年降水量月分配統計、汛期5—8月降水量分配統計，具體結果如表5所示。

4 結論

對玉門市水文站1977—2022年降水量資料進行了較深入的統計分析，得出以下結論：

第一，汛期5—8月降水量占年降水量的66.3%～78.7%，連續枯季5個月的降水量占年降水量的7.7%～17.8%。

第二，1977—2022年降水量變化呈遞減趨勢；年降水量隨時間變化呈鋸齒形狀，分布不均勻，年降水量極端年份（17次）與正常年份（19次）發生頻次基本相當。

第三，通過點繪歷年各月降水量過程線圖，發現降水量在5、9月下降的速率較慢，6—8月下降的速率較快，并且呈現間歇性向上跳躍反彈的能量趨勢；根據間歇性跳躍規律分析，預示著未來各月降水量有可能會增加，尤其是從5、6月過程線看，將是降水量偏豐的年景。

第四，經本站1977—2022年降水量特征值統計，均值為191.8 mm，Cv值0.35，最大年份降水量1979年為360 mm，頻率是50年一遇的降水量。

第五，通過對本站降水資料頻率計算分析，確定了典型年降水量的年內分配。

第六，這些成果基本反映了本站降水特點及本河流域出山口降水的基本規律，且對該流域中下游公共設施建設、農業灌溉、防汛抗旱提供了基本的水文統計參考資料，具有實際意義。

參考文獻

[1] 藍永超，胡興林，肖生春，等.近50年疏勒河流域山區的氣候變化及其對出山徑流的影響[J].高原氣象，2012，31（6）： 1636-1644.

[2] 楊有成，劉進琪.甘肅江河地理名錄[M].蘭州：甘肅人民出版社，2013.

[3] 魏莎力.呼倫貝爾市林區降水量變化特征分析[J].安徽農學通報，2023，29（18）：122-125.

[4] 趙再強.彭陽縣1957—2019年降水量變化特征分析[J].內蒙古科技與經濟，2023（13）：101-103.

[5] 孫婉怡，祝從文.東亞副熱帶季風季節循環年際變化對華北夏季降水的影響[J].大氣科學，2023，47（5）：1466-1480.

作者簡介：張瑞娟（1981—），女，甘肅徽縣人，工程師，主要從事水文資料審核、整編、水資源評價等工作。