遼寧省河流冰情時空特征及區(qū)劃分析研究

侯鐵錚

(遼寧省遼陽水文局，遼寧 遼陽 111000)

遼寧地區(qū)河流屬于典型的季節(jié)性河流，進(jìn)入冬季后，河流開始結(jié)冰封凍，氣溫升高進(jìn)入春季后，河流開始解凍[1]。對于河流冰情特征的分析有助于區(qū)域涉河工程建設(shè)以及河流解凍后的汛情研判[2]。河流冰情主要包含結(jié)冰期、封凍期以及解凍期三個主要的過程，其影響因素也較多，其中氣溫與水溫是河流冰情影響的主要因素[3]。近些年來，河流冰期特征分析已取得一定研究成果[4-11]，但對遼寧地區(qū)河流冰情系統(tǒng)分析的研究還較少，尤其對冰情空間分布特征還未進(jìn)行相關(guān)研究，多個研究成果表明[12-15]，河流冰情時空分布差異性較為明顯，不同區(qū)域河流結(jié)冰、封凍、解凍時期都有明顯的區(qū)別，需要對其空間分布進(jìn)行分析，從而為制定相對應(yīng)的河流冰情預(yù)報(bào)、涉水水利工程施工建設(shè)提供重要的決策依據(jù)。

1 站點(diǎn)選擇與資料年限

河流冰情資料來自水文年鑒資料，包括典型河流代表站的初冰日期、終冰日期、封凍天數(shù)、封凍日期、解凍日期、河流水溫以及河心最大冰厚等。在資料相對完整的基礎(chǔ)上，在全省選取代表性河流的重點(diǎn)水文站14處，見表1。初冰、封凍天數(shù)資料年限為1987—2019年。

表1 遼寧省14個代表站及所在河流情況

2 河流冰情時間特征

2.1 典型河流代表站初冰日期時間特征

選取14處典型代表水文站初冰期數(shù)據(jù)，對各站點(diǎn)初冰日期演變特征進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。

從圖 1可以看出，初冰日期的年際波動較大，并且從上世紀(jì)80年代末至今大部分站點(diǎn)的初冰日期發(fā)生在11—12月份，其中韓家杖子初冰日期發(fā)生最早，在10月下旬至11月上旬；遼陽、三岔河最晚，在11月中旬至12月中旬。從上世紀(jì)80年代末至2013年的總體趨勢上可以看出，各水文代表站的初冰日期大部分呈上升趨勢，即推遲趨勢(撫順、朝陽站呈下降趨勢)，其中缸窯口、業(yè)主溝和凌海水文站的推遲程度最明顯。

圖1 代表站歷年初冰日期演變圖

續(xù)圖1 代表站歷年初冰日期演變圖

2.2 典型河流代表站封凍時間特征

結(jié)合選取的14處典型代表水文站封凍天數(shù)數(shù)據(jù)，對各站點(diǎn)封凍天數(shù)演變特征進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 代表站歷年封凍天數(shù)演變圖

續(xù)圖2 代表站歷年封凍天數(shù)演變圖

從圖2可以看出，封凍天數(shù)的年際波動較大，并且從上世紀(jì)80年代末至今大部分站點(diǎn)的封凍天數(shù)在80～120天之間，其中業(yè)主溝封凍天數(shù)最長，在120～140天之間；繭場最短，在60～100天之間。從上世紀(jì)80年代末至2013年的總體趨勢上可以看出，各水文代表站的封凍天數(shù)大部分呈上升趨勢，即延長趨勢(業(yè)主溝、缸窯口、登沙河和朝陽站呈下降趨勢)，其中撫順、凌海和韓家杖子水文站的延長程度最大。

3 河流冰情空間特征

3.1 典型河流代表站初冰日期空間特征

結(jié)合14個站點(diǎn)初冰日期數(shù)據(jù)，對典型河流代表站不同年代的初冰日期的空間分布特征進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3為多年(1987—2019年)平均的初冰日期分布圖。由圖可以看出，初冰日期從朝陽、阜新至撫順一帶發(fā)生最早，在11月1—12日之間；最晚發(fā)生在盤錦至遼陽地區(qū)，大致在11月23—27日之間。其余地區(qū)初冰日期發(fā)生在11月13—22日之間。

圖3 典型河流代表站不同年代的初冰日期的空間分布特征

3.2 典型河流代表站封凍天數(shù)空間特征

結(jié)合14個站點(diǎn)封凍天數(shù)數(shù)據(jù)，對典型河流代表站不同年代的封凍天數(shù)的空間分布特征進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。

圖4 典型河流代表站不同年代的封凍天數(shù)的空間分布特征

由圖可以看出，封凍天數(shù)在阜新、沈陽、鐵嶺、撫順、本溪和丹東地區(qū)最長，為108天以上；封凍天數(shù)最短在朝陽、葫蘆島和大連地區(qū)，為96天以下。遼寧省河流封凍日期呈中部和西部少部分地區(qū)較晚，在12月6日以后，朝陽地區(qū)在12月1日以后；而大連南部、阜新沈陽北部以及本溪丹東東部地區(qū)封凍日期最早，在11月26日之前。

4 河流冰情區(qū)劃分析

4.1 河流結(jié)冰期區(qū)劃

將遼寧省典型河道初冰日期所處的時間以旬(每個月分別有上旬、中旬和下旬)為單位，將初冰、終冰日期繪制到同一張圖中，從而進(jìn)行區(qū)域劃分，結(jié)果如圖5所示。

圖5 河道初冰、終冰日期區(qū)域劃分

由圖可以看出，初冰日期從朝陽、阜新至撫順一帶發(fā)生最早，在11月上中旬，最晚發(fā)生在盤錦至遼陽地區(qū)，大致在11月下旬。終冰日期在阜新、鐵嶺、撫順、本溪和丹東地區(qū)發(fā)生最晚，在4月上旬，最早發(fā)生在葫蘆島、盤錦至遼陽地區(qū)，大致在3月中下旬。

4.2 河流封凍天數(shù)區(qū)劃

遼寧省從上世紀(jì)80年代末至2019年，大部分站點(diǎn)的封凍天數(shù)大約在90～120天之間，并且其總體趨勢表現(xiàn)出延長趨勢。將河道封凍天數(shù)每10天劃分為一個等級，則遼寧省河流封凍天數(shù)區(qū)劃結(jié)果如圖6所示。

圖6 河道封凍天數(shù)區(qū)域劃分

由圖可以看出，在阜新、沈陽、鐵嶺、撫順、本溪和丹東地區(qū)最長，封凍天數(shù)最短在朝陽、葫蘆島和大連地區(qū)。從上世紀(jì)80年代末至今大部分站點(diǎn)的封凍日期平均發(fā)生在11—12月份，并且絕大部分代表站的封凍日期呈推遲趨勢。從上世紀(jì)80年代末至今大部分站點(diǎn)的解凍日期發(fā)生在2—3月份，并且各水文代表站的解凍日期大部分呈推遲趨勢。

5 結(jié)論

選取的14處水文站點(diǎn)初冰期從80年代到00年代變化總體較為穩(wěn)定，變異點(diǎn)主要出現(xiàn)在00年代后，受氣候變化影響，均呈現(xiàn)較為明顯的推遲變化趨勢，尤其是東南部河流初冰期推遲趨勢明顯。

遼寧省各典型河流封凍日期呈現(xiàn)遞增趨勢主因是解凍日期均有所推遲，除西部部分站點(diǎn)外，其余各站點(diǎn)解凍期從2000年以后均延遲10～15天。

本文對遼寧省河流冰情變化成因還未進(jìn)行具體分析，尤其是氣溫要素的變化，在后續(xù)研究中應(yīng)進(jìn)行河流冰情與氣溫的關(guān)聯(lián)分析。