張家口察汗淖爾流域多年降水情況分析

孟子君

(河北省張家口水文勘測研究中心,河北 張家口 075000)

0 引言

降水是地表水資源的重要來源,降水情況時空分布差異較大[1-2]。降水及蒸發(fā)情況對水資源評價影響較大[3-4]。為了獲取張家口察汗淖爾流域多年降水情況,為流域水資源評價提供參考,收集流域范圍內(nèi)多個水文站的降水資料。通過統(tǒng)計分析,對多年降水變化情況進(jìn)行研究。

1 流域概況

察汗淖爾流域(河北省內(nèi))位于內(nèi)蒙古高原的南緣西側(cè)(河北省壩上西側(cè)),北部康保縣盧家營鄉(xiāng)最高海拔1 550 m,南部尚義縣八道溝鎮(zhèn)最高(山脈)海拔1 560 m,東部康?？h忠義鄉(xiāng)最高海拔1 390 m,西部尚義縣大營盤鄉(xiāng)(察汗淖爾)最高海拔1 275 m。降水是察汗淖爾流域水資源的主要來源之一,是該地區(qū)水資源量的決定性因素。此次評估中,搜集了河北省張家口市察汗淖爾流域及周邊地區(qū)的17個雨量站從建站到2016年的長系列實測資料。經(jīng)過分析整理,發(fā)現(xiàn)察汗淖爾流域的降水量呈波動減小趨勢,20世紀(jì)80年代開始,減少趨勢顯著。年內(nèi)降水季節(jié)性分配極不均勻,6-9月降水量最大,10月至次年2月降水量較少,然而6-9月降水量占比有減少趨勢。

2 降水情況分析

2.1 降水量年際變化趨勢分析

此次評估中17個雨量站(以下圖中稱“全”),包括屬于察汗淖爾流域內(nèi)的蘆家營、大囫圇、李家地、鄧油房、大蘇計、大青溝水庫、哈拉溝等7個全年雨量站(以下圖中稱“內(nèi)”),以及察汗淖爾流域周邊地區(qū)的滿德堂、康保、丹青河、土城子、公會、海流圖、單晶河、大河、套里莊、尚義等10個全年雨量站(以下圖中稱“外”)。流域外的雨量站數(shù)據(jù)豐富了研究內(nèi)容,對察汗淖爾地區(qū)降水量變化研究有指導(dǎo)作用。由圖1分析知,察汗淖爾流域內(nèi)雨量站數(shù)據(jù)與周邊雨量站降水量數(shù)據(jù)高低變化基本一致,年降水量大致有減小趨勢,察汗淖爾流域內(nèi)的雨量站平均多年降水量減小趨勢比流域外的雨量站顯著。

圖1 降水量年際變化對比圖

不同時期降水量變化不同,如圖2所示,通過分析上世紀(jì)50年代以來逐個年代的各站的平均降水量,發(fā)現(xiàn)察汗淖爾流域內(nèi)外雨量站不同時期的降水量豐枯情況變化一致,80年代開始降水量明顯減少,1980-2010年間年降水量有顯著減少,2010年以后減少的趨勢放緩。相比50-70年代,平均年降水量80年代平均減少30 mm,90年代平均減少10 mm,21世紀(jì)00年代平均減少20 mm,10年代平均減少5 mm。圖1與圖2對比也可以發(fā)現(xiàn),1980年以后,降水量減小趨勢更加明顯。所以,1980年以來,降水的變化較大。

圖2 不同年代平均降水量

察汗淖爾流域內(nèi)各區(qū)域的多年平均年降水量值是340～380 mm,降水量值由東南向西北遞減,西北部降水量偏小,即河北境內(nèi)察汗淖爾中部區(qū)域的降水量小于外部。

2.2 降水量年內(nèi)分配變化趨勢分析

流域多年平均降水量為359.0 mm,降水量年內(nèi)分配極不均勻,季節(jié)性差異很大。其中連續(xù)最大四個月(6-9月)降水量約占全年總降水量的70%～80%,7-8月降水量占全年的50%左右;3-5月降水量占全年總量的10%～20%;10-次年2月降水量較少,這5個月降水量占比不超過10%,且這其中的降水一般主要以10月為主,見圖3。

圖3 流域內(nèi)多年降水量平均年內(nèi)分配

2.3 年降水量的計算

張家口市察汗淖爾流域內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量采用等值線量算法計算,共選用1956-2016年系列的雨量站17處。計算方法是首先根據(jù)各雨量站資料系列計算得到年平均降水量,依據(jù)降水量特征資料,結(jié)合地形影響,繪制年降水量等值線圖,然后分別量算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)年降水量。

2.3.1 年降水量的計算

計算公式

(1)

式中:Xp設(shè)計年降水量(mm);X區(qū)域年降水量均值(mm);Kp模比系數(shù)。

若設(shè)計區(qū)域面積較小,區(qū)域內(nèi)等值線少,值可直接在區(qū)域重心處用內(nèi)插法查讀。若設(shè)計區(qū)域面積較大,等值線多,則應(yīng)采用加權(quán)法計算。先分別求出相鄰兩等值線間的均值,再量算出兩等值線間的面積,二者乘積之總和再除以區(qū)域總面積。即:

(2)

式中:X區(qū)域年降水量均值(mm);fi區(qū)域內(nèi)相鄰兩等值線間的面積(km2);xi平均年降雨量(mm);F設(shè)計區(qū)域總面積(km2)。

2.3.2 年降水量計算結(jié)果

由1956-2016年降水量計算結(jié)果得知,河北省張家口市察汗淖爾流域多年平均降水量為359.0 mm。變差系數(shù)Cv平均為0.23,偏差系數(shù)(Cs)與變差系數(shù)(Cv)的比值為2.5,年降水量偏豐年P(guān)=20%的降水量為427.2 mm,平水年P(guān)=50%的降水量為351.8 mm,偏枯水年P(guān)=75%的降水量為301.6 mm,枯水年P(guān)=95%的年降水量為236.9 mm。河北省張家口市察汗淖爾流域內(nèi)14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,多年平均降水量以尚義縣八道溝鎮(zhèn)最大,為373.9 mm;康?？h蘆家營鄉(xiāng)最小,為350.1 mm。河北省張家口市察汗淖爾流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量成果見表1。

表1 河北省張家口市察汗淖爾流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量成果表

3 蒸發(fā)

蒸發(fā)是影響區(qū)域水資源的重要氣象因素,尤其對濕地尤大,所以蒸發(fā)是地區(qū)水資源量除降水之外的另一個決定性因素。此次評估收集到河北省尚義、張北和康保3個蒸發(fā)站從建站到2016年的長系列實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)資料。經(jīng)過分析整理,發(fā)現(xiàn)察汗淖爾流域的蒸發(fā)年內(nèi)變化主要受氣溫和相對濕度的影響,呈單峰性分布,4-7月蒸發(fā)量較大,同時,在影響潛在蒸發(fā)的多種因素作用下,年蒸發(fā)量有減少趨勢。

3.1 蒸發(fā)數(shù)據(jù)的“三性”檢驗

此次評估蒸發(fā)數(shù)據(jù)來源于張北、尚義、康保三個蒸發(fā)站從建站以來所有的實測銅質(zhì)Ф20口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量(mm)數(shù)據(jù),通過同站長系列和同年各站的對比分析,修正了個別異常極值,插補了個別缺失數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的可靠性、一致性和代表性滿足進(jìn)一步分析、計算的要求。

3.2 蒸發(fā)數(shù)據(jù)分析

受年內(nèi)各月的氣溫、降水和風(fēng)的變化影響,蒸發(fā)量在年內(nèi)的分配不均,為了研究各站的年內(nèi)蒸發(fā)規(guī)律,對三站多年平均各月蒸發(fā)皿蒸發(fā)資料進(jìn)行統(tǒng)計,該流域銅質(zhì)Ф20口徑蒸發(fā)皿與E601蒸發(fā)器轉(zhuǎn)化系數(shù)為0.6～0.7。

根據(jù)6-9月兩種儀器的換算比值并結(jié)合經(jīng)驗,本次采用折算系數(shù)為0.64,結(jié)果如圖4、圖5、圖6,尚義、張北和康保3個站的蒸發(fā)量分別為1 170 mm、1 166 mm和1 124 mm。

圖4 尚義多年平均月蒸發(fā)量統(tǒng)計

圖6 康保多年平均月蒸發(fā)量統(tǒng)計

由圖可知,三個站的蒸發(fā)規(guī)律一致,年內(nèi)形成以5月蒸發(fā)量為峰值的單峰型分布。4-7月是蒸發(fā)量最大,約占全年總蒸發(fā)的57%,其中5月蒸發(fā)量最大,6月次之;11-12月、1-2月蒸發(fā)量最小,約占全年總蒸發(fā)的9%,其中1月最小,12月稍多于1月。因此,該區(qū)的蒸發(fā)主要受氣溫、相對濕度和風(fēng)等影響,冬季溫度低,蒸發(fā)以升華和少量的蒸發(fā)為主。春夏季溫度較高,蒸發(fā)量較大,同時夏季相對濕度增加、風(fēng)力減弱的影響強于溫度升高的影響,所以5、6月蒸發(fā)大于7、8月蒸發(fā),且5月蒸發(fā)量最大,6月次之。

4 結(jié)語

通過收集流域范圍內(nèi)17個水文站的降水、蒸發(fā)數(shù)據(jù),經(jīng)統(tǒng)計分析:察汗淖爾流域多年降水量年際變化較大,年內(nèi)分配極不均勻,季節(jié)性差異大。自1980年以后,察汗淖爾流域降水量減小趨勢顯著。通過計算察汗淖爾流域多年平均降水量為359.0 mm。變差系數(shù)Cv平均為0.23,偏差系數(shù)(Cs)與變差系數(shù)(Cv)的比值為2.5。流域范圍蒸發(fā)特征較為一致。