升鐘水庫流域氣候變化分析

付世軍 竹利 鄒紅

四川省升鐘水庫壩址位于四川省南充市南部縣升水鎮碑埡廟,嘉陵江支流西河中游。東經105°44′24″,北緯31°31′30″。西連鹽亭、梓潼,北達劍閣、閬中,東西分布著大巴山余脈和劍門山余脈。在升水鎮碑埡廟處建起攔河大壩,形成升鐘水庫。升鐘水庫大壩,最大壩高為79m,最大壩底寬528.15m,壩頂寬9.8m。升鐘水庫所在的地形屬深丘地形,最高海拔826m,最低海拔490m,相對海拔336m。庫區兩岸高山連綿,壩址河谷寬420m,壩址處河床高程354m,地形分水嶺高程都在800m以上。壩址以上控制流域面積1756km2,多年平均徑流量5.59億m3,水庫按1000年一遇洪水設計,設計洪峰流量為9350m3/s,五日洪水總量為9.7億m3,10000年一遇洪水校核五日洪水總量為14.05億m3。水庫性能為多年調節,總庫容為13.39億m3,正常高水位為427.4m,庫容為10.681億m3,死水位410.2m,相應庫容為3.96億m3,防洪庫容為2.71億m3。升鐘水庫是以灌溉為主,兼有防洪、發電、供水、航運、養殖、旅游等綜合效益的大型一等一級水利工程。南部縣氣象站于1959年1月1日建站,站址位于南部縣黃家壩農場側(北緯31°22′東經106°02′),觀測場拔海高度370.9m。期間有兩次遷站,1967年1月由南部縣黃家壩農場遷至南部縣南隆鎮金魚橋村(北緯31°21′東經106°03′),觀測場拔海高度365.0m。1998年1月由南部縣南隆鎮金魚橋村遷至南部縣南隆鎮烏龜梁(北緯31°21′,東經106°04′),觀測場拔海高度405.7m。主要是因為城市擴建,遷往郊外。水文站點分布及建站時間情況:碑埡(1974)、開封(1974)。本文主要是通過升鐘水庫庫區氣象記錄(1959年至2006年)的氣象觀測資料進行分析,主要采用統計學的一些基本分析方法,結合回歸和顯著性檢驗理論對統計結果做進一步的一致性檢測,最后得出升鐘水庫截流前后上游流域氣候變化分析的診斷性結論。

1氣候概況

1.1 氣候特點

升鐘水庫屬亞熱帶濕潤季風氣候區,受四川盆地特殊地形以及秦嶺山脈的影響,具有冬暖、春早、夏旱、秋淋的氣候特點,太陽輻射和日照時數是全國的低值區之一。四季分明,水熱資源豐富,作物四季均能生長。春季雖然回暖早,但氣溫回升極不穩定,變化振幅大,低溫和“倒春寒”常影響大春糧經作物的播種;夏季雖以夏旱和伏旱而著稱,但大風、冰雹、暴雨和洪澇卻又頻繁出現,經常給工農業生產、國民經濟建設和人民生命財產造成巨大的經濟損失。秋季時間雖短,但陰雨寡照特別明顯,是四川秋綿雨的重災區之一;冬季由于有秦嶺山脈的阻擋作用,冷空氣不易入境,使其云霧較多,雨雪稀少而冬干,但北方勢力強盛的冷空氣也不時越過秦嶺,造成寒潮大風。

1.2 降水量、氣溫、蒸發量特點

年平均降水量965.3mm,為降水充沛的地區。降水季節分配很不均勻,全年降水的57%集中在夏季,春季降水占全年降水的10%,秋季降水占全年降水的28%,冬季基本上是枯水期,其降水僅占全年降水量的5%。1959年至2006年年降水量呈現減少趨勢,但趨勢不明顯,遞減速率24.6mm/10a(圖1),沒有通過顯著性檢驗。年降水量的年際變化情況為:20世紀60年代降水偏多(平均1016.7mm/a),70年代降水略微低于平均水平(平均933.1mm/a),80年代降水偏多(1089.7mm/a),90年代降水明顯偏少(平均860.2mm/a),進入21世紀以來降水偏少。近50年四季降水量變化趨勢不同,春、秋季降水呈減少趨勢,夏、冬季降水呈增加趨勢。春、夏、秋、冬四季降水趨勢系數分別為: -3.9mm/10a、5.0mm/10a、-28.9mm/10a、2.2mm/10a。由此可見近50年秋季降水明顯減少。四季降水量趨勢系數只有秋季的通過了0.01信度顯著性檢驗,其他的都沒有通過檢驗。

季降水量年代際變化:春季降水20世紀80年代和90年代降水偏少,60、70年代降水偏多,進入21世紀以來降水偏多;夏季降水除了80年代降水異常偏多,其他年代全部偏少;秋季降水80年代降水偏少,90年代降水異常偏少,60、70年代和21世紀以來降水偏多;冬季只有60年代降水偏少,其他年代降水偏多。

年平均氣溫16.9℃,1月平均氣溫5.9℃,7月平均氣溫27.0℃。極端最高氣溫42.4℃,極端最低氣溫-5.0℃。1959年至2006年年平均氣溫略微呈降低趨勢,增長率為-0.018℃/10a,沒有通過顯著性檢驗(圖2)。1980年之前基本都為正距平,1980年至1993年這段時間基本上為負距平,1994年后轉為正距平,其中1996、2000、2005年除外。四季季節平均氣溫變化呈現不同趨勢,秋季平均氣溫呈略微上升,氣候傾向率為0.07℃/10a;而春、夏、冬季為下降趨勢,氣候傾向率分別為-0.067℃/10a、-0.063℃/10a、-0.008℃/10a。四季氣溫的趨勢系數都沒有通過顯著性檢驗。

年蒸發量1122.6mm。年蒸發量年際變化明顯,近44年呈現增加趨勢,增長率為28.6mm/10a(圖3),并且通過了0.05信度顯著性檢驗。年蒸發量的年際變化情況為:20世紀60年代、70年代、90年代蒸發量偏多,80年代蒸發量偏少,進入21世紀以來蒸發量又偏多。近44年四季蒸發量都呈增加趨勢,四季蒸發量趨勢系數分別為:0.4154mm/10a、1.2887mm/10a、1.1239mm/10a、0.0286mm/10a。秋季蒸發量趨勢系數通過了0.05信度顯著性檢驗,說明這個季節蒸發量增加是明顯的,春季、夏季和冬季蒸發量系數都沒有通過顯著性檢驗。季蒸發量年代際變化:春季蒸發20世紀80、90年代偏少,其他年代偏多;夏季60年代、80年代、90年代蒸發偏少,70年代和21世紀以來蒸發偏多;秋季除了90年代和21世紀以來蒸發偏多,其他年代全部偏少;冬季蒸發80年代、90年代偏少,其他年代偏多。

2水庫上游建庫前后氣候對比分析

2.1 降水量

建庫后整個時段與建庫前時段相比,年、春、夏、秋季和主汛期的多年平均降水量都有所減少,其中秋季降水量減少明顯,從建庫前的年平均降水量302.3mm,下降到建庫后的216.9mm,通過了0.01信度顯著性檢驗;年降水量平均值減少87.3mm;冬季降水量略有增加。建庫后10年與建庫前10年相比,年、夏、秋季降水量減少,年降水量平均值減少111.8mm;春、冬季降水量分別增加3.9mm和11.8mm;主汛期降水變化比較顯著,為減少145.1mm。

2.2 不同等級降水日數

建庫后整個時段年、秋季和主汛期的降水日數都較建庫前有所減少,年降水日數平均減少約5天,但是冬季降水日數略有增加,春季和夏季降水日數基本持平。建庫后10年,年、秋季和主汛期降水較建庫前10年降水日數略有減少,春、夏、冬季降水日數有所增加。年降水日數平均減少2天左右。

中雨日數,建庫后整個時段和建庫后10年,年、夏、秋和主汛期的中雨日數都減少,冬季中雨的日數增加。建庫后10年的春季中雨日數比建庫前10年略有增加。建庫后10年,年中雨的日數較建庫前10年減少大約4天。大雨日數,建庫后整個時段年、秋季和主汛期,大雨的日數都較建庫前時段減少,而春季和夏季略微持平。建庫后10年除春季大雨日數是略微增加外,其他時段都在呈現減少趨勢。暴雨主要發生在主汛期,建庫后整個時段除秋季暴雨日數減少外,其他時段都略有增加。建庫后10年除夏季暴雨日數較建庫前10年略增加,其余統計時段都呈現減少趨勢。大暴雨都發生在主汛期,建庫后整個時段和建庫后10年,年大暴雨日數都呈現減少趨勢。

2.3 雨日強度

建庫后整個時段年、春季、秋季和主汛期的雨日強度較建庫前整個時段減小,夏季和冬季雨日強度基本沒有變化。建庫后10年,年、夏季、秋季和主汛期的雨日強度較建庫前10年減少,春季和冬季雨日強度基本沒有太大變化。

2.4 氣溫

建庫后整個時段與建庫前時段相比,年、秋、冬季和主汛期的平均氣溫都略微上升趨勢,而春季和夏季呈現下降趨勢。建庫后10年與建庫前10年相比,除了春季和夏季平均氣溫略有下降以外,其他時段的平均氣溫呈現增加態勢。

2.5 蒸發量

建庫后整個時段與建庫前相比,除了冬季以外,其他季節以及年和主汛期的蒸發量都呈現顯著增加態勢。建庫后10年與建庫前10年相比,除了夏季和主汛期蒸發量較建庫前10年有所增加,其他季節和年蒸發量變化呈現減少趨勢。

綜上所述,建庫以后整個時段較建庫前整個時段,以及建庫后10年較建庫前10年,年和主汛期降水量減少,主汛期蒸發量增加,年平均氣溫上升,年和主汛期降水日數減少,年日降水量≥10.0mm的日數減少,年大暴雨日數減少,年和主汛期雨日強度減少明顯。

3升鐘水庫局地小氣候診斷結論

升鐘水庫是在1987年竣工開始使用,剛好經過了地球從冷到暖的變化。建庫后10年年平均氣溫徘徊在均值下方,到了臨近21年代,平均氣溫迅速爬升,到2006年達到有史以來的最高值17.8℃,也創下了極值溫度42.4℃。庫區由原來的陸地下墊面轉化為水面,由于水體的輻射性質、熱容量和導熱率不同于陸地,會改變庫區與大氣間的熱交換,從而提高夜間和冬季溫度,降低白天和夏季溫度,使庫區附近的氣溫得到調節。在我國季風區,由于降水多集中在暖季,所以大型水庫一般都具有使其內部年降水量減少的作用。(1)夏季溫度有所降低,增加人體舒適度;(2)升鐘水庫建成前后年降水和主汛期降水量都呈現減少趨勢,降水日數也減少,這樣對于水庫蓄水不利,而由于冬季溫度升高,冬季降水量增加明顯;(3)由于下墊面的改變,導致蒸發量增加明顯;(4)由于水體的下墊面對溫度的影響,導致大暴雨等災重天氣日數有所減少,對于水庫的防洪減災有積極影響;(5)水體下墊面可以有效的凈化空氣,提高空氣質量。局地小氣候帶來的不利影響主要是對于水庫的主汛期蓄水不利。

參考文獻

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