招蘇臺(tái)河王寶慶站降水特征及演變趨勢(shì)分析

吉相臣，孟祥彪，周新川

(遼寧省水文水資源勘測(cè)局鐵嶺分局，遼寧鐵嶺112000)

降水量是重要的自然資源之一，它影響流域生態(tài)水文過程，繼而影響徑流的形成、水資源的穩(wěn)定性和植被生產(chǎn)力。本文對(duì)昌圖西北部招蘇臺(tái)河流域王寶慶站的降水特性及演變趨勢(shì)進(jìn)行分析，對(duì)該地區(qū)開展生態(tài)環(huán)境治理和水土保持工作有著重要的意義，也為合理利用水資源和制定水資源長(zhǎng)期規(guī)劃以及保護(hù)流域水資源等都具有重要的參考價(jià)值。

1 流域概況

招蘇臺(tái)河，明代稱大創(chuàng)忽兒河。傳說清初為祭蒙古太子昭蘇而命名為招蘇太子河。歷史久遠(yuǎn)發(fā)生音變，現(xiàn)稱招蘇臺(tái)河。招蘇臺(tái)河發(fā)源于吉林省梨樹縣哈達(dá)嶺大黑山之西赫里峰南，流經(jīng)梨樹縣，在昌圖縣曲家店鄉(xiāng)兩家子村進(jìn)入鐵嶺市，在昌圖縣通江口鄉(xiāng)北匯入遼河。主要支流有條子河、小南河、新開河、二道河和小河子。招蘇臺(tái)河發(fā)源于山地丘陵區(qū)，穿過中長(zhǎng)鐵路后進(jìn)入漫崗、平原區(qū)。河道彎曲，主槽寬20～50 m。

從地質(zhì)角度來看，本流域?qū)偎蛇|沉降帶的南部，自燕山運(yùn)動(dòng)開始形成北東向斷陷，導(dǎo)致全區(qū)下降，沉積了巨厚的侏羅、白堊系地層。受喜山運(yùn)動(dòng)的影響，區(qū)域缺失第三紀(jì)地層。進(jìn)入第四紀(jì)以來，全區(qū)以間歇性下降為主，普遍沉積了第四系松散積物，形成了波狀準(zhǔn)平原地貌。

王寶慶水文站位于昌圖縣付家林場(chǎng)鄉(xiāng)王寶慶村，東經(jīng)123°53'，北緯 43°13'。集水面積為 2 153 km2，距河口距離101 km，是招蘇臺(tái)河的主要控制站。

2 研究方法

本文分析資料為王寶慶站1951～2011年完整的降水整編資料，采用降水傾向率法和曼-肯德爾(Mann-Kendall)秩次相關(guān)法進(jìn)行分析。線性傾向估計(jì)法能夠很好地反映降水的多年演變趨勢(shì)特征;而肯德爾秩次相關(guān)法能定性地給出演變趨勢(shì)并能對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2.1 降水傾向率法

降水量的長(zhǎng)期趨勢(shì)變化，可以用線性回歸方程表示

式中:P為降水量;線性趨勢(shì)變化率方程為 α1=dp/dt，α0為常數(shù)。我們?cè)O(shè)k=10×α1作為降水傾向率，其單位為mm/10a，方程中的系數(shù)可以用最小二乘法或經(jīng)驗(yàn)正交多項(xiàng)式來確定。當(dāng)K＞0時(shí)，說明降水量P隨著時(shí)間t呈上升的趨勢(shì)，K＜0時(shí)說明降水量P隨著時(shí)間t呈下降的趨勢(shì)。

2.2 曼-肯德爾(Mann-Kendall)秩次相關(guān)法

肯德爾非參數(shù)秩次相關(guān)檢驗(yàn)法主要是通過計(jì)算統(tǒng)計(jì)量τ，方差δτ和標(biāo)準(zhǔn)化變量Z，來判定序列趨勢(shì)是否顯著。計(jì)算公式如下:

式中:s為序列所對(duì)偶觀測(cè)值(Xi，Xj，i＜ j中，Xi＜ Xj)出現(xiàn)的次數(shù)，s介于-1和1之間;n為序列長(zhǎng)度。取 α=0.05的顯著水平，如果一序列有明顯的趨勢(shì)，可以通過反查正態(tài)分布表，得到其檢驗(yàn)臨界值為Zα。當(dāng)|Z|＜Zα，序列趨勢(shì)不顯著;當(dāng)|Z|＞Zα，序列趨勢(shì)顯著;且 Z＞0，序列呈上升或增加的趨勢(shì)，Z＜0，序列呈下降或減少的趨勢(shì)。

3 降水特征

3.1 年內(nèi)分配

通過王寶慶站1951～2011年61年的降水資料分析統(tǒng)計(jì)得出，王寶慶站多年平均降水量不512.9 mm，降水主要集中在汛期(6～9月)，平均降水量為389 mm，占年降水量的75.8%;冬春降水稀少，非汛期(10～次年5月)平均降水量123.9 mm，占年降水量的24.2% 。最大月降水量一般出現(xiàn)在7、8月，兩月多年平均降水量260.2 mm，占年降水量的50.7%;最小月降水量出現(xiàn)在1、2月，兩月降水量?jī)H占年降水量的1.3%。王寶慶站各月降水量及年內(nèi)分配情況見圖1。

圖1 王寶慶站各月降水量及年內(nèi)分配圖

3.2 年際變化

王寶慶站降水年際變化比較明顯，Cv值為0.22，最大年降水量為828.7 mm(1956年)，最小年降水量只有299.5 mm(1982年)，兩者的比值為2.77。

從圖2中可以看出，王寶慶站50年代屬于多雨年代，60、90年代以及2000年以后屬于少雨年代，70、80年代屬于基本正常。

圖2 王寶慶站降水量年際變化曲線圖

4 演變趨勢(shì)

4.1 降水傾向率法

根據(jù)降水傾向率法對(duì)王寶慶站年、汛期和非汛期降水量的變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。圖中細(xì)實(shí)線代表降水量變化，粗實(shí)線代表降水量線性演變趨勢(shì)。以10年滑動(dòng)平均曲線表示王寶慶站的年降水傾向率為-8.52 mm/10a;汛期降水傾向率為 -8.43 mm/10a;非汛期降水傾向率則為 -0.01 mm/10a。由此可見，在過去61 a里，王寶慶站年、汛期、非汛期降水量均有減少的趨勢(shì)，且汛期降水變化趨勢(shì)與年降水變化趨勢(shì)的降水傾向率比較一致，即汛期降水量變化趨勢(shì)也決定著全年降水量的趨勢(shì)，非汛期降水量的影響較小。

4.2 曼-肯德爾秩次相關(guān)法

利用肯德爾檢驗(yàn)法檢驗(yàn)王寶慶站降水演變趨勢(shì)。本資料系列長(zhǎng)度n=61年，分別計(jì)算年、汛期和非汛期降水量三個(gè)序列的對(duì)偶值s、統(tǒng)計(jì)量τ、方差δτ和標(biāo)準(zhǔn)化變量Z，結(jié)果見表1。

圖3 王寶慶站年降水量變化趨勢(shì)圖

圖4 王寶慶站汛期降水量變化趨勢(shì)圖

圖5 王寶慶站非汛期降水量變化趨勢(shì)圖

表1 肯德爾參數(shù)計(jì)算表

由表1計(jì)算結(jié)果可以看出，三組序列的標(biāo)準(zhǔn)化變量Z分別為了 -1.24、-1.05 和 -0.37，均小于 0;但當(dāng) α =0.05 顯著水平，Zα=1.61，則|Z|＜ Zα，即意味著三組降水序列均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但是下降的趨勢(shì)不顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)上的分析可以得出以下結(jié)論:

1)根據(jù)1951—2011年降水實(shí)測(cè)資料分析表明，王寶慶站降水年內(nèi)分配極不均勻，主要集中在汛期。而在冬季很容易發(fā)生持續(xù)時(shí)間較大的干旱天氣。

2)年際降水量變化比較明顯，通過61年的降水量來看，最大年降水量是最小年降水量的2.77倍。

3)王寶慶站年、汛期、非汛期降水量三個(gè)序列均呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì)，但是下降的趨勢(shì)不顯著。

4)汛期降水量變化趨勢(shì)也決定著全年降水量的趨勢(shì)，非汛期降水量的影響較小。