頡河流域降水量演變趨勢分析

李軍建 徐 海

（寧夏水文水資源勘測局固原分局 寧夏 固原 756000）

頡河是寧夏涇源縣境內主要河流之一，涇源縣地處寧夏南部山區，氣候干旱，生態環境脆弱，降水稀少，耕地多為旱作農田，受災頻繁。降水特征不僅影響區域自然環境及農業發展，也與該地區水資源科學配置及供水安全息息相關，因此，研究降水量變化規律及其演變趨勢具有重要意義。

1 流域概況

頡河系渭河北岸支流涇河的一級支流，發源于寧夏涇源縣大灣鄉的紅溝，自河源起由西向東流經大灣鄉、六盤山鎮，于莧麻出境，在甘肅省平涼市八里橋匯入涇河干流，寧夏境內流域面積285km2，主河道長29.8km，河道平均比降28.2‰。

本流域地處六盤山東麓，地勢由西向東傾斜，海拔高度1640m～2930m，屬土石山林區，上游植被良好，土坡陡峻多階狀，山間溪流眾多，河網密布，中下游區間有耕地。夏季受東南季風影響，冬季受蒙古高壓控制，具有顯著的大陸性季風氣候及高寒山區氣候特征，冬季漫長寒冷，夏季短促溫濕。年平均氣溫5.6℃，7月最熱，1月最冷，溫差較大，蒸發較大。

2 資料與方法

2.1 資料

頡河干流設有大灣、瓦亭、和尚鋪、什字等雨量站及三關口水文站，在支流清水溝設有東山坡、五保溝等雨量站,站網密度相對較大。本次頡河流域降水量演變趨勢的分析研究過程，根據流域水文特性及雨量站點布設情況，分別從上游、中下游、支流選取能夠代表流域特性的4個站點總計178站年的降水資料進行統計分析，各站基本情況如表1所示。所選資料皆從各站有連續完整觀測記錄起，截至2010年期間，經過相關部門審核整編的成果，資料可靠合理。其中三關口水文站測驗斷面在1974年有過遷移，然前后觀測地相距甚近（80m），可以認為下墊面條件沒有變化，其資料系列滿足數據一致性要求。

2.2 方法

（1）降水量統計特征 采用最值、均值、離勢系數、偏態系數描述降水量的數字特征。

（2）降水量年內分配 采用降水集中指數PCI反映降水年內分配[1]，其計算公式如下：

式中：pi為某測站第i月的降水量。PCI值理論上介于8.3～100之間，其值越小表示該站年內降水分布越均衡，反之則越集中。當PCI＜10時，表示降水年內均衡分布；當10≤PCI≤20時，表示降水呈現季節性變化；當PCI＞20時，表示降水月際變化顯著。

（3）降水量年型劃分 采用水文頻率分析方法，根據各測站降水量頻率曲線，通過一定保證率P（%）的相應降水量p（mm）來劃分。

（4）趨勢及突變 分別采用差積曲線和信噪比。差積曲線亦稱為累積距平曲線[2]，其表達式為：

式中 pi∈（p1,p2，…pn）是序列（p1,p2，…pn的均值；n為序列長度；pt是前t項之和，i∈（1 t）,t∈（1，n）。將n個時刻的累積距平值全部算出，即可匯出累積距平曲線。

信噪比定義如下[3]：

鐵路是服務部門，乘客遇到自己解決不了的困難，請求車站工作人員予以幫助，這是可以理解的。但乘客所要求的幫助，必須符合兩個前提：一是不干擾車站的正常工作，二是合理合規。假若眼里只有個人的要求，而不考慮這種要求的合理性、合法性，甚至還要將別人正當的拒絕當成是服務態度不好，這說輕一點，是自私自利，說重一點，是一種人性之惡與無恥。

3 降水量的時空變化特征

3.1 降水量的地域分布特點

頡河流域各站點多年平均降水量在600mm左右[4]，屬半濕潤半干旱區，河流上游山林區降水較下游耕地區稍多；年降水變差系數介于0.19至0.22之間，沿河源自上游向下，隨著雨量的減小，Cv值逐漸增大；各年間降水量差異較大，年降水極值比介于2.1至2.7之間，見表2。

表1 頡河流域各測站基本情況

表2 頡河流域各測站年降水量參數統計

3.2 降水量的年內分配

表3 頡河流域各測站降水量月分配表

表4 頡河流域各站點年降水量豐枯等級統計表

通過對流域各測站多年實測月平均降水量的統計分析（見表3），得到以下幾點結論：

（1）各站年內分配單峰型特征明顯，除大灣站單月最大降水量出現在7月，其余各站均是8月降水最多，12月最少；連續最大四個月降水量皆出現在6月～9月，占全年降水量的70%左右。

（2）降水四季分明，降水集中指數PCI值介于14.4～15.1之間。夏季降水最多，占全年降水量的50%以上，冬季最少，僅占3%左右，秋季降水稍多于春季。季節劃分采用氣象季節劃分方法，春季3月～5月為本區域夏糧作物播種、活躍生長期，春季降水稀少，易發生春旱。

（3）汛期降水量集中在7、8兩月，占全年降水量的40%以上，占汛期降水量的60%左右。

（4）暴雨在年內高度集中，7、8兩月暴雨占發生次數的68%。多數暴雨強度大、歷時短、籠罩面積小，大面積、長歷時的大暴雨發生次數較少。

3.3 降水量的年際變化及趨勢分析

3.3.1 年降水量豐枯等級劃分

從表4可知頡河流域歷年降水中，平水年出現概率最高，占總年數的30%左右,偏枯年出現幾率稍大于偏豐年，豐水、枯水年出現幾率相近且比較低。

3.3.2 不同時期降水量豐枯統計

各站實測資料系列不同時期均值、豐枯程度、距平詳見表5。可以看出，頡河流域不同年代降水量變化明顯，其年際變化總體表現出豐、平、枯的階段性特征。上世紀60年代為偏豐水期，是近50年降水最多的時期；70年代降水有較大幅度的減小，降幅接近20%；80年代降水有所增加，但增幅有限；90年代以后，降水呈現出順時序遞減的態勢，降幅接近10%，是近50年降水最少的時期，表現出連續的平水偏枯態勢。

表5 頡河流域各測站不同年代降水量統計表

圖1 頡河流域三關口站1966～2010年降水量差積曲線圖

3.3.3 降水量周期變化規律及突變分析

（1）周期變化

前文分析指出頡河流域降水量年際變化總體表現出豐、平、枯的階段性特征，為進一步揭示其變化規律，采用差積曲線分析其周期變化。選取頡河流域控制站三關口水文站45年降水資料，繪制差積曲線如圖一所示。由于頡河流域面積較小，在長時間尺度上分析年降水量變化趨勢，選擇流域控制站，完全能夠滿足數據代表性、一致性要求。

圖示曲線表現出鋸齒振動狀態，鋸齒上升階段表示該段時期內豐水年或偏豐水年出現的年份和量級占優，降水較多；鋸齒下降階段表示枯水年或偏枯水年出現的年份和量級占優，降水較少；鋸齒較為平穩階段降水處于正常年份。鋸齒變化總體呈現出下降趨勢，也表現出一定的長周期性變化規律，然而在現有資料時間尺度下，存在較多不確定性因素，結合表5數據綜合分析，可以認為頡河流域年降水量存在10年～20年豐枯變化周期，在每一個多水或少水期，有著一個3年～6年的平水期。

（2）突變分析

根據圖1所示，累積距平最大值和最小值分別在1990年和2009年，因資料系列截止2010年，故只假設1990年為突變點，突變點1990年將時間序列分為1966年～1990年和1991年～2010年兩個序列。利用信噪比對1990年進行突變檢驗，結果表明1990年確為該序列的突變點。突變點前后兩個階段的降水量平均值分別為574.6mm、514.9mm,兩者相差59.7mm,降幅為10.4%；同時，兩者的Cv值也有明顯的變化，前者為0.21，后者為0.24。

4 結語

（1）流域上游山林區降水較下游耕地區稍多，沿河源自上游向下，隨著降水量的減小Cv值逐漸增大。

（2）降水季節變化明顯，夏季降水最多，冬季最少，連續最大四個月降水出現在6月～9月，汛期降水集中在7、8兩月。

（3）流域歷年降水中，平水年出現概率最高，偏枯年出現幾率稍大于偏豐年，豐水、枯水年出現幾率相近且比較低。

（4）降水年際變化顯著，上世紀60年代為偏豐水期，70年代有較大幅度的減小，80年代有所增加，但增幅有限，90年為突變點，之后降水呈現出順時序遞減的態勢。

（5）降水年際變化總體表現出豐、平、枯的階段性特征，存在10年～20年豐枯變化周期，在每一個豐水或枯水期，有著一個3年～6年的平水期。

（6）未來可能會出現豐水年周期，可適當種植需水量偏大的農作物，結合當地作物種類，推薦種植小麥、蕎麥、玉米等。陜西水利

[1] O liver J.E..Monthly precipitation distribution:a comparative index[J].Professiona Geographer，1980，（32）:300-309.

[2]丁晶，鄧育仁.隨機水文學[M].成都：成都科技大學出版社，1988.

[3]黃嘉佑.氣候狀態變化趨勢及突變分析[J]氣象，1995，21（7）:54-57.

[4]張萬寶.寧夏回族自治區縣（區）水資源詳查報告[M].寧夏：寧夏水利廳，2015:59-61.