升钟水库流域气候变化分析

付世军 竹利 邹红

四川省升钟水库坝址位于四川省南充市南部县升水镇碑垭庙,嘉陵江支流西河中游。东经105°44′24″,北纬31°31′30″。西连盐亭、梓潼,北达剑阁、阆中,东西分布着大巴山余脉和剑门山余脉。在升水镇碑垭庙处建起拦河大坝,形成升钟水库。升钟水库大坝,最大坝高为79m,最大坝底宽528.15m,坝顶宽9.8m。升钟水库所在的地形属深丘地形,最高海拔826m,最低海拔490m,相对海拔336m。库区两岸高山连绵,坝址河谷宽420m,坝址处河床高程354m,地形分水岭高程都在800m以上。坝址以上控制流域面积1756km2,多年平均径流量5.59亿m3,水库按1000年一遇洪水设计,设计洪峰流量为9350m3/s,五日洪水总量为9.7亿m3,10000年一遇洪水校核五日洪水总量为14.05亿m3。水库性能为多年调节,总库容为13.39亿m3,正常高水位为427.4m,库容为10.681亿m3,死水位410.2m,相应库容为3.96亿m3,防洪库容为2.71亿m3。升钟水库是以灌溉为主,兼有防洪、发电、供水、航运、养殖、旅游等综合效益的大型一等一级水利工程。南部县气象站于1959年1月1日建站,站址位于南部县黄家坝农场侧(北纬31°22′东经106°02′),观测场拔海高度370.9m。期间有两次迁站,1967年1月由南部县黄家坝农场迁至南部县南隆镇金鱼桥村(北纬31°21′东经106°03′),观测场拔海高度365.0m。1998年1月由南部县南隆镇金鱼桥村迁至南部县南隆镇乌龟梁(北纬31°21′,东经106°04′),观测场拔海高度405.7m。主要是因为城市扩建,迁往郊外。水文站点分布及建站时间情况:碑垭(1974)、开封(1974)。本文主要是通过升钟水库库区气象记录(1959年至2006年)的气象观测资料进行分析,主要采用统计学的一些基本分析方法,结合回归和显著性检验理论对统计结果做进一步的一致性检测,最后得出升钟水库截流前后上游流域气候变化分析的诊断性结论。

1气候概况

1.1 气候特点

升钟水库属亚热带湿润季风气候区,受四川盆地特殊地形以及秦岭山脉的影响,具有冬暖、春早、夏旱、秋淋的气候特点,太阳辐射和日照时数是全国的低值区之一。四季分明,水热资源丰富,作物四季均能生长。春季虽然回暖早,但气温回升极不稳定,变化振幅大,低温和“倒春寒”常影响大春粮经作物的播种;夏季虽以夏旱和伏旱而著称,但大风、冰雹、暴雨和洪涝却又频繁出现,经常给工农业生产、国民经济建设和人民生命财产造成巨大的经济损失。秋季时间虽短,但阴雨寡照特别明显,是四川秋绵雨的重灾区之一;冬季由于有秦岭山脉的阻挡作用,冷空气不易入境,使其云雾较多,雨雪稀少而冬干,但北方势力强盛的冷空气也不时越过秦岭,造成寒潮大风。

1.2 降水量、气温、蒸发量特点

年平均降水量965.3mm,为降水充沛的地区。降水季节分配很不均匀,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,其降水仅占全年降水量的5%。1959年至2006年年降水量呈现减少趋势,但趋势不明显,递减速率24.6mm/10a(图1),没有通过显著性检验。年降水量的年际变化情况为:20世纪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年代降水明显偏少(平均860.2mm/a),进入21世纪以来降水偏少。近50年四季降水量变化趋势不同,春、秋季降水呈减少趋势,夏、冬季降水呈增加趋势。春、夏、秋、冬四季降水趋势系数分别为: -3.9mm/10a、5.0mm/10a、-28.9mm/10a、2.2mm/10a。由此可见近50年秋季降水明显减少。四季降水量趋势系数只有秋季的通过了0.01信度显著性检验,其他的都没有通过检验。

季降水量年代际变化:春季降水20世纪80年代和90年代降水偏少,60、70年代降水偏多,进入21世纪以来降水偏多;夏季降水除了80年代降水异常偏多,其他年代全部偏少;秋季降水80年代降水偏少,90年代降水异常偏少,60、70年代和21世纪以来降水偏多;冬季只有60年代降水偏少,其他年代降水偏多。

年平均气温16.9℃,1月平均气温5.9℃,7月平均气温27.0℃。极端最高气温42.4℃,极端最低气温-5.0℃。1959年至2006年年平均气温略微呈降低趋势,增长率为-0.018℃/10a,没有通过显著性检验(图2)。1980年之前基本都为正距平,1980年至1993年这段时间基本上为负距平,1994年后转为正距平,其中1996、2000、2005年除外。四季季节平均气温变化呈现不同趋势,秋季平均气温呈略微上升,气候倾向率为0.07℃/10a;而春、夏、冬季为下降趋势,气候倾向率分别为-0.067℃/10a、-0.063℃/10a、-0.008℃/10a。四季气温的趋势系数都没有通过显著性检验。

年蒸发量1122.6mm。年蒸发量年际变化明显,近44年呈现增加趋势,增长率为28.6mm/10a(图3),并且通过了0.05信度显著性检验。年蒸发量的年际变化情况为:20世纪60年代、70年代、90年代蒸发量偏多,80年代蒸发量偏少,进入21世纪以来蒸发量又偏多。近44年四季蒸发量都呈增加趋势,四季蒸发量趋势系数分别为:0.4154mm/10a、1.2887mm/10a、1.1239mm/10a、0.0286mm/10a。秋季蒸发量趋势系数通过了0.05信度显著性检验,说明这个季节蒸发量增加是明显的,春季、夏季和冬季蒸发量系数都没有通过显著性检验。季蒸发量年代际变化:春季蒸发20世纪80、90年代偏少,其他年代偏多;夏季60年代、80年代、90年代蒸发偏少,70年代和21世纪以来蒸发偏多;秋季除了90年代和21世纪以来蒸发偏多,其他年代全部偏少;冬季蒸发80年代、90年代偏少,其他年代偏多。

2水库上游建库前后气候对比分析

2.1 降水量

建库后整个时段与建库前时段相比,年、春、夏、秋季和主汛期的多年平均降水量都有所减少,其中秋季降水量减少明显,从建库前的年平均降水量302.3mm,下降到建库后的216.9mm,通过了0.01信度显著性检验;年降水量平均值减少87.3mm;冬季降水量略有增加。建库后10年与建库前10年相比,年、夏、秋季降水量减少,年降水量平均值减少111.8mm;春、冬季降水量分别增加3.9mm和11.8mm;主汛期降水变化比较显著,为减少145.1mm。

2.2 不同等级降水日数

建库后整个时段年、秋季和主汛期的降水日数都较建库前有所减少,年降水日数平均减少约5天,但是冬季降水日数略有增加,春季和夏季降水日数基本持平。建库后10年,年、秋季和主汛期降水较建库前10年降水日数略有减少,春、夏、冬季降水日数有所增加。年降水日数平均减少2天左右。

中雨日数,建库后整个时段和建库后10年,年、夏、秋和主汛期的中雨日数都减少,冬季中雨的日数增加。建库后10年的春季中雨日数比建库前10年略有增加。建库后10年,年中雨的日数较建库前10年减少大约4天。大雨日数,建库后整个时段年、秋季和主汛期,大雨的日数都较建库前时段减少,而春季和夏季略微持平。建库后10年除春季大雨日数是略微增加外,其他时段都在呈现减少趋势。暴雨主要发生在主汛期,建库后整个时段除秋季暴雨日数减少外,其他时段都略有增加。建库后10年除夏季暴雨日数较建库前10年略增加,其余统计时段都呈现减少趋势。大暴雨都发生在主汛期,建库后整个时段和建库后10年,年大暴雨日数都呈现减少趋势。

2.3 雨日强度

建库后整个时段年、春季、秋季和主汛期的雨日强度较建库前整个时段减小,夏季和冬季雨日强度基本没有变化。建库后10年,年、夏季、秋季和主汛期的雨日强度较建库前10年减少,春季和冬季雨日强度基本没有太大变化。

2.4 气温

建库后整个时段与建库前时段相比,年、秋、冬季和主汛期的平均气温都略微上升趋势,而春季和夏季呈现下降趋势。建库后10年与建库前10年相比,除了春季和夏季平均气温略有下降以外,其他时段的平均气温呈现增加态势。

2.5 蒸发量

建库后整个时段与建库前相比,除了冬季以外,其他季节以及年和主汛期的蒸发量都呈现显著增加态势。建库后10年与建库前10年相比,除了夏季和主汛期蒸发量较建库前10年有所增加,其他季节和年蒸发量变化呈现减少趋势。

综上所述,建库以后整个时段较建库前整个时段,以及建库后10年较建库前10年,年和主汛期降水量减少,主汛期蒸发量增加,年平均气温上升,年和主汛期降水日数减少,年日降水量≥10.0mm的日数减少,年大暴雨日数减少,年和主汛期雨日强度减少明显。

3升钟水库局地小气候诊断结论

升钟水库是在1987年竣工开始使用,刚好经过了地球从冷到暖的变化。建库后10年年平均气温徘徊在均值下方,到了临近21年代,平均气温迅速爬升,到2006年达到有史以来的最高值17.8℃,也创下了极值温度42.4℃。库区由原来的陆地下垫面转化为水面,由于水体的辐射性质、热容量和导热率不同于陆地,会改变库区与大气间的热交换,从而提高夜间和冬季温度,降低白天和夏季温度,使库区附近的气温得到调节。在我国季风区,由于降水多集中在暖季,所以大型水库一般都具有使其内部年降水量减少的作用。(1)夏季温度有所降低,增加人体舒适度;(2)升钟水库建成前后年降水和主汛期降水量都呈现减少趋势,降水日数也减少,这样对于水库蓄水不利,而由于冬季温度升高,冬季降水量增加明显;(3)由于下垫面的改变,导致蒸发量增加明显;(4)由于水体的下垫面对温度的影响,导致大暴雨等灾重天气日数有所减少,对于水库的防洪减灾有积极影响;(5)水体下垫面可以有效的净化空气,提高空气质量。局地小气候带来的不利影响主要是对于水库的主汛期蓄水不利。

参考文献

[1] 黄嘉佑.气象统计分析与预报方法[M].北京:气象出版社,2004:101～158.

[2] 张文忠.概率论与数理统计[M].成都:西南交通大学出版社:2005:80～161.