劉增進(jìn)，李東琴，，張海濤，劉妞，，劉寧

(1．華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院，河南 鄭州 450045;2．中國水利水電科學(xué)研究院水資源所，北京 100038)

易貢藏布江的左岸支流稱為霞曲，發(fā)源于西藏自治區(qū)邊壩縣金嶺鄉(xiāng)僧達(dá)隆以西的嘎卜拉山，位于東經(jīng)93°33'—94°36'、北緯30°24'—30°54'． 霞曲流域面積為2 952 km2，河長82 km，落差1 990 m，蘊(yùn)含豐富的水電能源，流域內(nèi)主要涉及西藏自治區(qū)的邊壩縣．

霞曲流域多年平均降水量800 ～2 000 mm，分屬2 個降水帶．年降水量從東南向西北逐漸減少，降水量最大的區(qū)域位于東南部一帶，年降水量超過1 800 mm;降水量最小的是西北區(qū)域，年降水量不足1 000 mm．流域多年平均徑流量約35．4 億m3，多年平均流量約112 m3/s，干流水力資源理論蘊(yùn)藏量約33．56 萬kW．目前，西藏水資源尚未開發(fā)，自然生態(tài)環(huán)境保持完好，水資源開發(fā)利用程度比較低，工程性缺水比較嚴(yán)重．近些年，西藏地區(qū)在保護(hù)地區(qū)水生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，加大了中小型河流的規(guī)劃．霞曲流域開發(fā)利用的水資源量供不應(yīng)求，已嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)鼐用裆钆c經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此，研究霞曲流域降水量的變化規(guī)律具有重要意義．

筆者基于霞曲流域周邊站點(diǎn)1956—2010 年的降水資料，采用ARCGIS 軟件進(jìn)行空間插值獲取霞曲流域資料，再利用Mann －Kendall 檢驗(yàn)法、滑動平均法、累計(jì)距平法、小波分析法等對該流域降水量進(jìn)行系統(tǒng)地分析，為該流域的水資源綜合規(guī)劃以及合理開發(fā)利用提供參考．

1 研究方法

目前，針對降水趨勢性分析的方法［2－5］有很多，如累計(jì)距平法、線性傾向估計(jì)法、Mann －Kendall 檢驗(yàn)法、Spearman 秩序相關(guān)檢驗(yàn)法、小波分析法等． 線性傾向估計(jì)法的優(yōu)點(diǎn)是可以定性分析趨勢性變化，并對序列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn);Mann－Kendall 檢驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)［6］是序列數(shù)據(jù)不需要遵循某種分布，同時也幾乎不受異常值的干擾，計(jì)算過程比較簡單;累計(jì)距平法能根據(jù)曲線上下起伏的變化來判斷其長期的演變趨勢及持續(xù)性變化，得到突變點(diǎn)的時間;小波分析法［7－8］適用于研究水文及水資源多時間尺度變化規(guī)律，彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法僅能分析單一時間尺度規(guī)律的不足，基于Fourier 變化功能基礎(chǔ)，通過形象的圖像識別水文時間序列的各種尺度分布、變化及突變點(diǎn)分布．本文主要采用滑動平均法［9］、累計(jì)距平法［10］、Mann－Kendall 檢驗(yàn)法及小波分析法等對霞曲流域的降水量進(jìn)行分析．

由于霞曲流域范圍內(nèi)并沒有站點(diǎn)分布，距流域最近的站點(diǎn)為嘉黎站，位于霞曲流域西部．該流域處于念青唐古拉山脈，其獨(dú)特的地理位置使其形成了特殊的氣候區(qū)．對于高原上的山區(qū)，由于地形比較復(fù)雜，降水空間差異比較大，即使相隔很短的距離，降水量與降水特征也會有很大的不同．此次分別采用本站多月降水與本站年降水相關(guān)、相鄰站點(diǎn)相關(guān)性以及均值替代法3 種算法對降水資料進(jìn)行了插補(bǔ)延長．根據(jù)全國降水等值線圖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對霞曲流域進(jìn)行了站點(diǎn)加密，加密站點(diǎn)分布如圖1 所示．

圖1 霞曲流域插補(bǔ)站點(diǎn)分布圖

2 結(jié)果與分析

2．1 年降水量變化分析

根據(jù)霞曲流域1956—2010 年的降水資料，采用線性傾向法和滑動平均法分析降水量變化趨勢，其中顯著性水平分析應(yīng)用Mann －Kendall 趨勢分析法，結(jié)果如圖2 所示． 由圖可知:最大年降水量為2 090．1 mm(2003 年)，最小年降水量為1 155．8 mm(1968 年)，最大值是最小值的1．8 倍;年降水量變差系數(shù)為0．13，各年降水量之間差別不大;55 a 的降水量線性傾向率為2．998 8 mm/a，55 a 降水量增加了161．9 mm，但增加不顯著;Mann －Kendall 趨勢檢驗(yàn)值Z=1．66，且R2=0．055 3，沒有通過95%的顯著性檢驗(yàn)．這表明，霞曲流域年降水量具有增加趨勢，但不顯著．

圖2 霞曲流域年降水量及線性變化趨勢

為了分析霞曲流域降水階段性變化特征，采用累積距平法進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3 所示． 由圖可知:1956—1959 年，曲線呈下降趨勢，霞曲流域少雨占優(yōu)勢;1960—1965 年，曲線呈上升階段，霞曲流域處于多雨期;1965—1988 年，曲線呈波動式下降趨勢，霞曲流域以少雨占優(yōu)勢;1989—2008 年曲線呈波動式上升趨勢，霞曲流域處于多雨期． 由此可知，霞曲流域在1956—2010 年期間大致經(jīng)歷了少雨—多雨—少雨—多雨的4 個階段．

圖3 霞曲流域年降水變化情況

采用Mann－Kendall 突變檢驗(yàn)法對年降水進(jìn)行突變性分析，結(jié)果如圖4 所示． 由圖可知:1967—1989 年UF 曲線小于0，說明年降水量在該段時間內(nèi)處于下降趨勢;1990—2010 年UF 曲線大于0，表明年降水量在該段時間內(nèi)處于上升的趨勢． UF 和UB 曲線在臨界線(Uα=0．05= ±1．96)內(nèi)存在交點(diǎn)，但交點(diǎn)不唯一，因此只能判斷在1989 年附近降水量發(fā)生突變，再結(jié)合距平法可以判定1989 年為降水量增加的突變點(diǎn)．

圖4 1956—2010 年平均降水量Mann－Kendall 檢驗(yàn)

2．2 年降水量周期性分析

采用Morlet 小波對霞曲流域年降水量進(jìn)行周期性分析，結(jié)果如圖5—7 所示．通過小波方差確定序列的主周期，揭示不同時間尺度豐枯變化情況．小波方差可以表示降水時間序列波動能量跟隨尺度的變化情況，根據(jù)小波方差公式計(jì)算年降水時間序列的各時間尺度對應(yīng)的小波方差，由此可確定該流域降水時間序列的主周期．小波系數(shù)實(shí)部等值線圖可以反映不同時間尺度降水量的周期性變化及其在時間域的分布．

圖5 霞曲流域年降水小波方差

圖6 霞曲流域年降水小波等值線圖

圖7 霞曲流域不同時間尺度下年降水小波系數(shù)

從圖5 中可以看出，存在3 個比較明顯的峰值，取值分別為17、9、5 a．其中，17 a 左右的周期振蕩最強(qiáng)，為霞曲流域年降水的第1 主周期;9、5 a 分別對應(yīng)第2 主周期、第3 主周期．

從圖6 和圖7 中可知，降水量存在明顯的年際變化．隨著時間尺度的增大(從1 a 到32 a)，不同尺度振蕩的小波變換部分被分離開來．觀察發(fā)現(xiàn)，降水量存在17 ～25、13 ～17、9 ～17 a 及5 a 以下4 種尺度的周期變化．在17 ～25 a 尺度降水周期振蕩比較顯著，出現(xiàn)豐、枯交替的4 次振蕩．正負(fù)相位以17 ～25 a 左右的時間振蕩為例，在1963—1966 年，1973—1989 年、1987—1994 年、2001—2006 年等各時段為正相位，表示降水量偏多;而在1956—1962年，1967—1972 年、1980—1986 年、1995—2000 年等各時段為負(fù)相位，表示降水量偏少．其他尺度也伴隨相對多雨期和少雨期的循環(huán)交替過程．

3 結(jié) 語

1)通過線性傾向估計(jì)法、5 a 滑動平均法、累積距平法和Mann －Kendall 檢驗(yàn)法等對霞曲流域的降水量進(jìn)行分析．結(jié)果表明:霞曲流域降水量整體上呈現(xiàn)增長的趨勢，線性傾向率為2．998 8 mm/a，但是趨勢性表現(xiàn)得不顯著;年降水量增加的突變年份為1989年;年降水量在整個研究時域內(nèi)經(jīng)歷了豐枯交替4 個階段，年降水量具有17、9、5 a 的主周期變化．

2)霞曲流域氣象站點(diǎn)覆蓋力度有待加強(qiáng)，需加強(qiáng)站點(diǎn)監(jiān)控，以便更好地監(jiān)測流域的氣候變化，為流域水資源規(guī)劃提供豐富的高原氣象水文資料．

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