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      石油河玉門市水文站降水量年際變化分析

      2024-01-01 00:00:00張瑞娟蔣憬張文春
      農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2024年5期
      關(guān)鍵詞:降水量頻率

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

      關(guān)鍵詞:降水量;頻率;統(tǒng)計(jì)參數(shù);典型年降水量

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

      石油河發(fā)源于祁連山區(qū)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(qū)(老君廟)以上干流長(zhǎng)80 km,在上赤金分成小石河子、東河、西河、清水河等數(shù)條河流;在下赤金堡又稱赤金河。石油河全長(zhǎng)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(qū)降水補(bǔ)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(shè)站,1960年4月撤銷,1977年7月重新設(shè)立,位于甘肅省玉門市老市區(qū)老君廟,流域面積656 km2,1977年觀測(cè)至今。下游赤金堡站1955年設(shè)立,1960年撤銷,資料不全[1-3]。

      1 降水量的時(shí)空分布

      1.1 降水量的時(shí)空分布特征

      石油河玉門市水文站降水時(shí)空分布特點(diǎn)與疏勒河流域降水時(shí)空分布特點(diǎn)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(xiàn)為汛期(5—8月)降水量相對(duì)較多而集中,春季雨水少而不穩(wěn)定,冬季降雪不均的特點(diǎn)。測(cè)試站海拔在2 000 m以上,5—8月有較強(qiáng)的氣旋交鋒,易產(chǎn)生暴雨,引發(fā)洪水,且每年6月氣候最不穩(wěn)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(shí)空分布規(guī)律

      據(jù)玉門市站1979—2022年降水資料,汛期連續(xù)最大4個(gè)月的降水量均為5—8月,占年降水量的53.7%~95.1%,連續(xù)枯季5個(gè)月的降水量占年降水量的8.9%~18.0%,冬季3個(gè)月降水量為0.4~22.6;最大月降水量出現(xiàn)在7月或8月,占年降水量的5.3%~45.8%,最小月降水量出現(xiàn)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(nèi)分配統(tǒng)計(jì)表(表1)可知,連續(xù)最大4個(gè)月為5—8月,累計(jì)降水量為132.9 mm,占年降水量67.9%。

      2 降水量的年際變化規(guī)律分析

      2.1 降水量年際變化

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

      年降水量隨時(shí)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(shí)間的線性關(guān)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(shì)呈減小趨勢(shì)。"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(guī)律

      點(diǎn)繪玉門市站年降水量模比數(shù)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(xiàn)急劇震蕩減少下行的趨勢(shì),并且在這一過程中有上升的可能,出現(xiàn)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(diǎn)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(duì)了解降水豐枯年份分布規(guī)律具有指導(dǎo)作用。

      2.3 降水量年際的各月變化規(guī)律

      第一,通過點(diǎn)繪歷年各月降水量過程線圖,發(fā)現(xiàn)5—9月降水量和5—9月累計(jì)降水量過程線均線都呈下降趨勢(shì),5、9月下降的速度較慢,6—8月下降速度較快,并且呈現(xiàn)間歇性向上跳躍反彈的能量趨勢(shì);近幾年汛期各月降水量過程線表明降水量偏少,根據(jù)間歇性跳躍規(guī)律分析,預(yù)示著未來各月降水量有可能會(huì)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(guān)系如表2所示。

      第二,通過點(diǎn)繪歷年各月降水量過程線圖,發(fā)現(xiàn)降水量1—5月和10—12月累計(jì)降水量過程線均線都為上升趨勢(shì),1—5月上升的速率較慢,10—12月上升速率較快;從非汛期時(shí)序10—12月到1—5月排列看出,降水量過程也是遞減的一個(gè)過程,并且呈現(xiàn)間歇性向上跳躍反彈的能量趨勢(shì)。根據(jù)間歇性跳躍規(guī)律分析,預(yù)示著未來各月降水量有可能會(huì)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(guān)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(shù)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(gè)地區(qū)降水過程的相對(duì)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?。ɑ蚰陿O值比)表示降水的年際變化相對(duì)穩(wěn)定。

      2.4.1 降水特征參數(shù)的計(jì)算

      降水總體特征統(tǒng)計(jì)參數(shù)為均值x,變差系數(shù)Cv,偏差系數(shù)Cs。實(shí)際工作中3個(gè)參數(shù)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(shù)或變率。

      由于實(shí)際觀測(cè)資料的序列長(zhǎng)度較短,實(shí)踐證明用理論公式計(jì)算偏差系數(shù)誤差較大,常用Cs/Cv的倍比關(guān)系通過經(jīng)驗(yàn)頻率(點(diǎn)據(jù))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(tǒng)計(jì)(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(qiáng)的區(qū)域特點(diǎn)。

      2.4.2 降水經(jīng)驗(yàn)頻率分析

      選取1979—2022年降水資料做經(jīng)驗(yàn)頻率曲線(圖3),降水變量xi為縱坐標(biāo),以累積頻率為橫坐標(biāo),將各個(gè)x對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)繪在坐標(biāo)中,即得出了經(jīng)驗(yàn)頻率(點(diǎn)據(jù))。頻率計(jì)算公式如下:

      P=(4)

      式(4)中:P為排序中第m個(gè)序列對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)頻率,m為排序后序列號(hào)數(shù);n為資料的序列長(zhǎng)度。經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)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(duì)石油河玉門市水文站1977—2022年降水資料頻率計(jì)算分析,按照代表站典型年降水量的年內(nèi)分配計(jì)算統(tǒng)計(jì),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(jìn)行計(jì)算分析,并對(duì)典型年降水量月分配統(tǒng)計(jì)、汛期5—8月降水量分配統(tǒng)計(jì),具體結(jié)果如表5所示。

      4 結(jié)論

      對(duì)玉門市水文站1977—2022年降水量資料進(jìn)行了較深入的統(tǒng)計(jì)分析,得出以下結(jié)論:

      第一,汛期5—8月降水量占年降水量的66.3%~78.7%,連續(xù)枯季5個(gè)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(shì);年降水量隨時(shí)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(fā)生頻次基本相當(dāng)。

      第三,通過點(diǎn)繪歷年各月降水量過程線圖,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)間歇性向上跳躍反彈的能量趨勢(shì);根據(jù)間歇性跳躍規(guī)律分析,預(yù)示著未來各月降水量有可能會(huì)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(jīng)本站1977—2022年降水量特征值統(tǒng)計(jì),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(duì)本站降水資料頻率計(jì)算分析,確定了典型年降水量的年內(nèi)分配。

      第六,這些成果基本反映了本站降水特點(diǎn)及本河流域出山口降水的基本規(guī)律,且對(duì)該流域中下游公共設(shè)施建設(shè)、農(nóng)業(yè)灌溉、防汛抗旱提供了基本的水文統(tǒng)計(jì)參考資料,具有實(shí)際意義。

      參考文獻(xiàn)

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

      [2] 楊有成,劉進(jìn)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(qū)降水量變化特征分析[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2023,29(18):122-125.

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

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

      作者簡(jiǎn)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(píng)價(jià)等工作。

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