汾河流域降水與水資源變化研究

牛世軍

（山西省水利建設(shè)開發(fā)中心，山西 太原 030002）

汾河是山西省第一大河，地處山西腹地，縱貫山西南北，流經(jīng)太原、臨汾兩大盆地，流域面積39471 km2，占全省國(guó)土面積的25.3%。汾河流域是全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵區(qū)域，2012年全流域國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值5213億元，占全省國(guó)民生產(chǎn)總值的43%。由于流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人口的急劇增長(zhǎng)，用水量持續(xù)增加，已不能滿足人們的用水需求，水資源短缺已成為制約流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。因此，研究氣候變化對(duì)水資源的影響、水資源評(píng)估、有關(guān)部門制定規(guī)劃、保護(hù)和合理開發(fā)利用水資源具有非常重要的意義。

1 汾河流域降水特性分析

1.1 年際降水量變化特征分析

通過(guò)對(duì)汾河流域1956—2013年各時(shí)段降水量分析可知，1956—1979年多年平均降水量為529 mm；1980—2000年多年平均降水量為 477 mm；2001—2013年多年平均降水量為515 mm。根據(jù)山西省第二次水資源評(píng)價(jià)結(jié)果，1956—2000年多年平均降水量為505 mm。

汾河流域多年平均降水基本上經(jīng)歷偏豐、平、平、偏枯和平的變化過(guò)程。20世紀(jì)五六十年代降水量偏豐，平均降水量為550 mm，較多年平均降水量507 mm多43 mm，偏多8.5%；20世紀(jì)70年代降水量與多年平均降水量基本持平；進(jìn)入20世紀(jì)80年代后降水量呈逐漸減少的趨勢(shì)，90年代降水量大幅下降，較流域多年平均降水量下降8.7%，較五六十年代下降15.8%；進(jìn)入21世紀(jì)流域降水量開始出現(xiàn)增加趨勢(shì)，降水量較流域多年平均降水量略有增加。

1.2 降水量空間分布特征

汾河流域從上中游至下游，由南至北降水量逐漸減少，上中游地區(qū)1956—2013年多年平均降水量為493.9 mm，較全流域多年平均降水量減少13.1 mm，減少2.6%；下游地區(qū)1956—2013年多年平均降水量為539 mm，較全流域多年平均降水量增加32 mm，增加6.3%。

2 水資源量分析

2.1 地表水資源量

根據(jù)1956—2013年資料統(tǒng)計(jì)，汾河流域多年地表徑流量為20.4億m3。根據(jù)山西省第二次水資源評(píng)價(jià)結(jié)果，汾河流域地表水資源總量為20.7億m3，其中，上中游 13.3 億m3，下游 7.4億m3。

1956—1979年多年平均地表徑流量為26.5億m3，1980—2000年多年平均地表徑流量為17.4億m3，2001—2013年多年平均地表徑流量為13.3億m3，1956—2013年期間，汾河流域多年地表徑流量總體上呈不斷減少趨勢(shì)，2001—2013年較1956—1979年減少13.2億m3，2001年地表徑流量減少趨勢(shì)明顯。

2.2 地下水資源量

根據(jù)1956—2013年資料統(tǒng)計(jì)，汾河流域多年地下水資源量為11.7億m3。其中：1956—1979年多年平均地下水資源量為9.6億m3，1980—2000年多年平均地下水資源量為12.7億m3，2001—2013年多年平均地表徑流量為12.8億m3。

2.3 水資源總量

根據(jù)1956—2013年資料統(tǒng)計(jì)，流域多年平均水資源總量為31.9億m3。據(jù)山西省第二次水資源評(píng)價(jià)結(jié)果，汾河流域多年平均水資源總量為33.6億m3。1956—1979年多年平均水資源總量為36.1億m3，1980—2000年多年平均水資源總量為30.1億m3，2001—2013年多年平均水資源總量為26.1億m3。1956—2013年期間，多年平均水資源總量總體上呈不斷減少趨勢(shì)，2001—2013年較1956—1979年減少10 億m3。

3 降水量與水資源量分析

3.1 相關(guān)性分析

點(diǎn)繪1956—2013年降水量與水資源總量關(guān)系曲線，直線回歸相關(guān)系數(shù)為0.666，降水量與水資源總量總體上相關(guān)性較好，兩者具有一定的規(guī)律性。

按照不同年代點(diǎn)繪降水徑流相關(guān)關(guān)系，在相同降水的情況下，1956—1979年期間的水資源總量最大，1980—2000年次之，2001—2013年最小。如以流域平均降水量507 mm為基礎(chǔ)，利用不同年代的擬合方程計(jì)算，則1956—1979年期間水資源總量為34.6億m3，1980—2000 年為 32.6 億m3，減少 2.0 億m3，減幅5.8%。2001—2013年為25.5億m3，與1956—1979年相比減少了9.1億m3，減幅達(dá)26.4%。

3.2 突變分析

累積曲線只有分析指標(biāo)變化明顯時(shí)才能很直觀地表現(xiàn)出來(lái)，但在變化不明顯的情況下，累積曲線并不能明確判斷指標(biāo)是否存在突變。因此，應(yīng)用Mann-Kendall方法判斷指標(biāo)序列中是否存在突變，并確定出突變發(fā)生的時(shí)間。給定顯著性水平α=0.05，分別繪制分析指標(biāo)的正序列統(tǒng)計(jì)量（UFk）和逆序列統(tǒng)計(jì)量（UBk）曲線圖。若UFk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，小于0則表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)超過(guò)臨界直線時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著。超過(guò)臨界線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。如果UFk和UBk兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻便是突變開始的時(shí)間。

3.2.1 降水量

通過(guò)對(duì)1956—2013年降水量序列M-K檢驗(yàn)，汾河流域的降水量?jī)H在 1958年，1963—1964年和1966—1967年有很小的增加趨勢(shì)，增加趨勢(shì)不顯著。1967年以后呈不斷減少趨勢(shì)，減少趨勢(shì)顯著，1998年通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)UFk和UBk兩條曲線有3個(gè)交點(diǎn)，可以認(rèn)為在1967年降水量發(fā)生突變，超過(guò)臨界線的范圍確定為1997—2010年。

3.2.2 地表徑流量

通過(guò)對(duì)1956—2013年地表徑流量序列M-K檢驗(yàn)，汾河流域的地表徑流量在1958—1959年，1963—1971年呈增加趨勢(shì)，1971年以后呈不斷減少趨勢(shì)，減少趨勢(shì)顯著，1980年通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)UFk和UBk兩條曲線有1個(gè)交點(diǎn)，認(rèn)為超過(guò)臨界線的范圍確定為1980—2013年。

3.2.3 地下水資源量

通過(guò)對(duì)1956—2013年地下水資源量序列MK檢驗(yàn)，汾河流域的地下水資源量在1958年，1964年，1974—2013年呈增加趨勢(shì)，1974年以后呈不斷增加趨勢(shì)，增加趨勢(shì)顯著，1982年通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)UFk和UBk兩條曲線有1個(gè)交點(diǎn)，可以認(rèn)為在1978年地下水資源量發(fā)生突變，超過(guò)臨界線的范圍確定為1982—2013年。

3.2.4 水資源總量

通過(guò)對(duì)1956—2013年水資源總量序列M-K檢驗(yàn)，汾河流域的水資源總量在1958年，1964—1967年呈增加趨勢(shì)，增加趨勢(shì)不顯著。1967年以后呈不斷減少趨勢(shì)，減少趨勢(shì)顯著，1990年通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)UFk和UBk兩條曲線有1個(gè)交點(diǎn)，可以認(rèn)為在1983年水資源總量發(fā)生突變，超過(guò)臨界線的范圍確定為1991—2013年。

4 結(jié)論

第一，汾河流域多年平均降水量基本上經(jīng)歷偏豐、平、平、偏枯和平的變化過(guò)程，20世紀(jì)五六十年代降水量偏豐，70年代降水量與多年平均降水量基本持平，80年代后降水量呈逐漸減少的趨勢(shì)，90年代降水量大幅度下降，進(jìn)入21世紀(jì)流域降水量呈增加趨勢(shì)。汾河流域降水量由南至北呈逐漸減少趨勢(shì)，汾河流域上中游、下游降水量年代際變化與全流域變化趨勢(shì)相一致。

第二，1956—2013年期間，汾河流域地表水、地下水及水資源總量總體上呈不斷減少趨勢(shì)，地表水資源量在2001年減少趨勢(shì)較為明顯。

第三，降水量與水資源總量總體上相關(guān)性較好，直線回歸相關(guān)系數(shù)為0.666。