贛江上游平江流域近30年不同量級(jí)降雨日數(shù)時(shí)空分布特征

劉聲洪，黃旭華，劉惠英，蘭盈盈

（1.南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院，江西 南昌，330099；2.江西省水利科學(xué)院，江西 南昌，330029）

0 引言

降雨是流域水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，其時(shí)空分布不均勻性對(duì)旱澇等自然災(zāi)害的發(fā)生起決定性作用[1，2]。降雨日數(shù)作為衡量降雨的重要指標(biāo)，與降水頻率密切相關(guān)，能夠反映降雨在時(shí)空上的分布特征，對(duì)氣候變化和災(zāi)害防治具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3]。隨著全球氣候變暖，我國(guó)降雨結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，不同強(qiáng)度降雨雨量和雨日變化趨勢(shì)表現(xiàn)出不同的空間分異格局[4]。研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)強(qiáng)降雨事件頻率和降雨量明顯增多，而小雨事件特別是痕量降雨事件顯著減少[5-7]。目前，多數(shù)研究主要針對(duì)不同量級(jí)降雨，而探究不同量級(jí)降雨日數(shù)的變化特征對(duì)于揭示降雨結(jié)構(gòu)的變化具有重要意義。

江西省興國(guó)縣水土流失問(wèn)題嚴(yán)重，曾是我國(guó)水土保持八個(gè)重點(diǎn)區(qū)之一[8，9]，平江為興國(guó)境內(nèi)主要水系，其水土流失之烈，被稱為贛南的“黃河”[10]。本文以贛江上游平江流域?yàn)槔?，運(yùn)用多種方法對(duì)不同量級(jí)降雨日數(shù)的時(shí)空分布特征及變化趨勢(shì)進(jìn)行研究探索。研究可為流域的災(zāi)害防治及水資源綜合開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

1.1 區(qū)域概況

平江為贛江上游右岸一級(jí)支流，又稱興國(guó)江，位于江西省南部，流域地處東經(jīng) 115°04′～115°52′，北緯 25°57′～26°37′；平江主要由瀲江（東河）、濊水（北河）在興國(guó)縣城東南方向獅子口匯合，經(jīng)埠口、龍口流入贛縣江口入貢水，主河道長(zhǎng)148km、比降1.26%、流域面積2 851km2，地貌以低山、丘陵為主，局部有中山、低山地分布；地處華南地層區(qū)，構(gòu)造單元為贛中南褶隆贛州—吉安凹陷，主要為石炭紀(jì)和白堊紀(jì)砂巖、變質(zhì)巖和第四紀(jì)松散堆積物，極易發(fā)生水土流失。受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，雨量充沛，氣候溫暖，多年平均降雨量1 585mm，平均氣溫 18.8℃，無(wú)霜期 284d，日照為 1 861.4h[10，12]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文使用的降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源于江西省水文水資源監(jiān)測(cè)中心，為保證資料的連續(xù)性及代表性，選用贛江上游平江流域內(nèi)翰林橋、田村、龍口、富口、長(zhǎng)竹、興國(guó)、崇勝、城岡共9個(gè)站點(diǎn)1989-2018年的逐小時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)，雨量站點(diǎn)位置見(jiàn)圖1。

圖1 平江流域雨量站點(diǎn)分布

1.3 研究方法

本文將逐小時(shí)降雨數(shù)據(jù)按當(dāng)日08:00至次日08:00為今日降雨，按水文行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將降雨分為4個(gè)不同強(qiáng)度的降雨量級(jí)。日降雨0.1～9.9mm為小雨，10～24.9mm為中雨，25～49.9mm為大雨，≥50mm為暴雨。根據(jù)流域氣候特征，季節(jié)劃分為：春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）、冬季（12～翌年2月）。運(yùn)用Mann-Kendall（M-K）趨勢(shì)檢驗(yàn)法來(lái)檢驗(yàn)時(shí)間序列顯著性，當(dāng)Z1-a/2＞1.96或Z1-a/2＜-1.96時(shí)，表示上升或下降趨勢(shì)通過(guò)了a=0.05的顯著性檢驗(yàn)[13-15]?？臻g插值采用反距離權(quán)重插值法，采樣點(diǎn)離插值點(diǎn)越近，權(quán)重越大；反之，采樣點(diǎn)離插值點(diǎn)越遠(yuǎn)，權(quán)重就越小[16，17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同量級(jí)降雨日數(shù)的時(shí)間分布特征

平江流域1989-2018年不同量級(jí)降雨日數(shù)在不同的時(shí)間尺度上表現(xiàn)出不同的特征（表1）。小雨日年均值為100.84d，年內(nèi)發(fā)生比率為27.6%，其年最大、小值分別為108.37d和97.67d，標(biāo)準(zhǔn)差為1.65d；小雨日主要集中在春季，其均值為33.59d，冬季次之；秋季最小，其均值為17.56d，夏季次之；月小雨日集中在1～6月且呈“雙峰”型，3月主峰均值為14.15d，8月次峰均值為8.00d，最小值出現(xiàn)在10月，均值為4.96d；與小雨日相比，中雨日較小，年均值為29.64d，年內(nèi)發(fā)生比率為8.1%，其年最大、小值分別為30.87d和27.43d，標(biāo)準(zhǔn)差為0.51d；中雨日主要集中在春季，其均值為11.73d，夏季次之，秋季最小其均值為3.86d，冬季次之；月中雨日集中在2～8月且呈“多峰”型，4月主峰均值為4.14d，次峰出現(xiàn)在8、11 月，均值分別為 2.80d、1.43d，最小值出現(xiàn)在12月，均值為0.91d。

大雨日較小，年均值為13.66d，年內(nèi)發(fā)生比率為3.7%，其年最大、小值分別為14.40d和12.20d，標(biāo)準(zhǔn)差為0.42d；大雨日主要集中在春、夏兩季，其均值為4.63d和4.17d，秋季最小，其均值為1.60d，冬季次之；月大雨日集中在3～8月且呈“多峰”型，6月主峰均值為2.35d，次峰出現(xiàn)在8、11月，均值分別為1.38d和0.68d，最小值出現(xiàn)在12月，均值為0.44d。

暴雨日最小，年均值為4.80d，年內(nèi)發(fā)生比率僅為1.3%，其年最大、小值分別為6.03d和3.50d，標(biāo)準(zhǔn)差為0.53d；暴雨日主要集中在夏季其均值為2.41d，冬季最小其均值僅為0.19d，秋季次之；月暴雨日集中在5～8月，尤其是5、6月，6月達(dá)到峰值，為1.11d，最小值出現(xiàn)在1月，均值為0.05d。

總體來(lái)說(shuō)，近30年來(lái)，平江流域降雨日數(shù)以小雨為主，小、中、大、暴雨日占總降雨日數(shù)的比率分別為67.71%、19.90%、9.17%、3.22%。各量級(jí)降雨日數(shù)年內(nèi)分配不均，小、中、大雨日主要集中在春季，暴雨日主要集中在夏季；月小雨、中雨、大雨、暴雨日分別集中在1～6、2～8、3～8、5～8 月，峰值分別出現(xiàn)在 3、4、6、6 月，最小值分別出現(xiàn)在 10、12、12、1 月。

2.2 不同量級(jí)降雨日數(shù)的時(shí)空分布特征

2.2.1 年尺度上的空間分布特征

1989-2018年平江流域不同量級(jí)降雨日數(shù)年際基本特征值 d

平江流域1989-2018年不同量級(jí)降雨日數(shù)表現(xiàn)出明顯的空間分異格局（圖2）。小雨表現(xiàn)出較強(qiáng)的隨機(jī)性及區(qū)域性，流域南部雨日較大并在翰林橋站附近形成一個(gè)106～109d的高值中心。中雨表現(xiàn)出較強(qiáng)的區(qū)域性，整體上呈現(xiàn)中部低四周高的分布特征，在流域中部形成一個(gè)27～28d的低值中心。大雨總體上表現(xiàn)出西低東高的分布特征，沿崇勝、澄江、富口站形成一條14～15d的雨量帶。暴雨呈現(xiàn)出南低北高的空間分布特征，流域北部雨日最大為6～7d，流域南部形成一個(gè)3～4d的低值中心。

據(jù)M-K檢驗(yàn)結(jié)果顯示，小雨日數(shù)在空間分布上無(wú)明顯變化但有2站通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)為上升趨勢(shì)，中雨日數(shù)為西降東升，大雨日數(shù)呈現(xiàn)西南降東北升，暴雨日數(shù)大體上呈上升趨勢(shì)。在顯著性研究中，年尺度上僅有小雨日數(shù)有2站通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)且表現(xiàn)為上升趨勢(shì)。

圖2 1989～2018年平江流域不同量級(jí)降雨日數(shù)及Z值年尺度上的空間分布

2.2.2 季、月尺度上的空間分布特征

平江流域1989-2018年不同量級(jí)降雨日數(shù)在季、月尺度上具有統(tǒng)一性，其季尺度空間分布見(jiàn)圖3。于小雨日數(shù)而言，其主要集中于1～6月且峰值為3月，1～2、6、11～12月小雨日于流域南部相對(duì)集中，其余月份也有少數(shù)月小雨日于流域南部相對(duì)集中?；谶@一特點(diǎn)，春、冬兩季小雨日較大且在流域南部較為集中，而夏、秋兩季小雨日較小。對(duì)中雨日數(shù)來(lái)說(shuō)，其月尺度上的各月中雨日空間分布隨機(jī)性較強(qiáng)，故中雨日數(shù)于季尺度上的空間分布規(guī)律性也較差。于大雨日數(shù)而言，月尺度上因其各月大雨日較小使得雨日分布相對(duì)均勻，但在季尺度且有良好的空間分布特征，如夏、冬兩季大雨日呈現(xiàn)出西低東高的分布特征。就暴雨日數(shù)而言，其雨日相比于其余量級(jí)降雨為最小，在月尺度中1～2、9～12月暴雨日都極小，而5～6月暴雨日相對(duì)較大且其呈現(xiàn)出南低北高的空間分布特征，說(shuō)明流域暴雨主要集中在5、6月流域北部。受這一影響，季尺度上春、夏兩季暴雨日尤其是夏季表現(xiàn)出鮮明地規(guī)律性，呈現(xiàn)南低北高的空間分異格局，而秋、冬兩季由于暴雨日相對(duì)較小呈現(xiàn)出均勻分布的狀態(tài)。

根據(jù)M-K檢驗(yàn)結(jié)果表明，在月尺度上小雨日及中雨日表現(xiàn)相對(duì)活躍，11月小雨日及中雨日均通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)且表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，5、9、12月小雨日和2、4、6月中雨日均有部分站點(diǎn)呈顯著變化；而大雨日僅2～3、11月中少數(shù)站點(diǎn)呈顯著變化，暴雨日無(wú)顯著變化?；谠鲁叨鹊慕Y(jié)論，季尺度上，春季小雨日有4個(gè)站呈顯著上升變化，秋季小雨日富口站呈顯著下降變化，冬季中雨日翰林橋站呈顯著下降變化，其余則無(wú)顯著變化。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)平江流域不同量級(jí)降雨日數(shù)時(shí)空分布特征進(jìn)行多尺度研究得到結(jié)論如下：

（1）近30年來(lái)，平江流域小、中、大、暴雨日多年均值分別為 100.84d、29.64d、13.66d、4.8d，占總降雨日數(shù)的比率分別為67.71%、19.90%、9.17%、3.22%，降雨日數(shù)以小雨為主。各量級(jí)降雨日數(shù)年內(nèi)分配不均，小、中、大雨日主要集中在春季，暴雨日主要集中在夏季；月小、中、大、暴雨日分別集中在 1～6、2～8、3～8、5～8 月，主峰值分別出現(xiàn)在3、4、6、6月，最小值分別出現(xiàn)在10、12、12、1 月。

（2）各量級(jí)降雨日數(shù)在不同時(shí)間尺度下的空間分布差異較大。總體來(lái)說(shuō)，小雨日在各時(shí)間尺度上主要集中在流域南部；中雨和大雨日在年尺度上具有明顯的空間分布特征，分別呈中間低四周高、西低東高的空間分布特征，在季、月尺度上差異較大；暴雨日在各時(shí)間尺度上均具有南低北高的空間分布特征。

（3）據(jù)趨勢(shì)分析，小雨日表現(xiàn)相對(duì)活躍，在各時(shí)間尺度上均有部分區(qū)域呈顯著變化，尤其是月尺度上11月雨日呈顯著上升趨勢(shì)；中雨日在月尺度上表現(xiàn)相對(duì)活躍，11月中雨日呈顯著上升趨勢(shì)；大雨日僅月尺度上有少數(shù)區(qū)域呈顯著變化，而暴雨日在各尺度上均無(wú)顯著變化。

圖3 1989～2018年平江流域不同量級(jí)降雨日數(shù)及Z值季尺度上的空間分布