宜兴市区1961 年～2018 年旱涝特征及其变化趋势分析

毛玉芳，夏雪峰，夏鹏飞，许军良

（1.宜兴市新庄街道水利农机站，江苏 宜兴 214200;2.宜兴市芳桥街道水利农机站，江苏 宜兴 214200;3.宜兴市和桥镇水利农机站，江苏 宜兴 214200;4.宜兴市周铁镇水利农机站，江苏 宜兴 214200）

0 前言

随着全球气候变暖以及人类对水资源的不合理开发和利用，中国的洪涝干旱呈现出一种新的发展趋势：发生频率增加，洪涝范围扩大，影响范围扩大，灾害损失加剧[1]。在不断变化的环境下，生态，环境和社会经济发展对水资源的需求日益增加，区域干旱和洪涝的特点和发展趋势正成为当前研究的热点[1～4]。

每年汛期，在宜兴上游地区的大量客水和下游太湖水位共同影响下，平原区河网经常出现持久的高水位，给圩区防洪带来巨大的压力，特别是西面圩区地势较低，圩内防洪工程比较薄弱，洪涝问题较为突出。随着太湖流域、湖西区域防洪除涝工程的逐步实施，太湖流域能防御1954 年型50 年一遇洪水、湖西区的防洪标准达到20 年一遇。但是，地区城市化进程的加快，特别是圩区排涝动力的增加，导致洪水汇流速度加快；河道洪峰流量增大，迫使防洪压力不断增加，地表水和地下水都失去了自排条件，水涝灾害严重。因此，研究市区降雨空间的时空变化特征，对于了解宜兴市在气候变化下的洪涝灾害具有重要意义[5～6]。

1 区域概况

宜兴市位于江苏省南部，并处于沪杭宁三角中心地带东南接壤浙江长兴，西南临安徽广德，西北毗连金坛，向北同武进相傍，向西与溧阳相连，总面积达2038.7 km2（其中太湖面积约占总面积十分之一为208.7 km2）。宜兴市区属于太湖流域水系，河网纵横交错、星罗棋布。同时拥有太湖、东氿、滆湖、西氿、团氿等五大湖泊，除此之外还包括武宜运河、芜申运河、西溪河等大型河流，以及七里亭水库、横山水库、黄墅水库等水域。

2 资料来源

本文使用的数据来源于中国气象科学数据共享服务网(http://www.nmic.gov.cn/)提供的中国地面气候数据的月度数据。降雨采用宜兴市区周边2 个雨量站（[58345]溧阳、[58358]东山）的逐月降水实测资料，运用算术平均法构建流域月，季，年平均降水量的时间序列。从而对宜兴市区降水量分布与枯- 丰交替进行研究。数据年份为1961 年～2018 年，从统计学角度说，相对长的时间序列能够保证研究区域分析结果的可靠性。

3 年降水量时间变化特征分析

3.1 降水量年际变化特征

图1 宜兴市区年平均降水量变化及小波方差

由图1 可知，1961 年～2018 年宜兴市区年平均降水量为1158.7 mm，年平均降水量呈上升趋势，趋势方程为y=3.2184x+1063.7，年平均降水量以3.2184mm/a的速度递增。并且在58 a内增加了186.67mm。2016 年降水量最大为1952.7mm，1978 年降水量最低为671.7 mm，相差1281 mm。从宜兴市区年平均降水量变化的5 条移动平均曲线可以看出，1961 年～1993 年平均年降水量波动较小，呈缓慢上升趋势。1994 年～2006 年的年平均降水量具有较大的振幅，呈现下降趋势，200 年7 以后降水出现回升，并且在2016 年达到最大，整体来讲宜兴市雨量充沛。

小波方差可以反映不同时间尺度下降雨时间序列的波动能量分布，小波方差随时间尺度变化。该过程可以反映时间序列中包含的各种尺度（周期）的特征以及它们作为比例函数的优缺点（能量大小）。因此，通过小波方差图找到降雨过程中存在的主要周期非常方便。

从宜兴市区降水的小波方差图可以看出，有四个相对显著的峰值，分别对应27 a，17 a，10 a 和4 a 的时间尺度。其中，可测量时间尺度上的最大值对应于27 a 的时间尺度，可以看出时间波动在27 a 左右最强，这是该年度降雨变化的第一个主要时期;17 a 时间尺度对应于第二个峰值，这是降雨量变化的第二个主要时期，第三个和第四个峰值分别对应于10 a 和4 a时间尺度。它们依次为市区降雨的第三和第四主周期。这表明上述四个周期的波动决定了整个时域内降水降雨的变化特征。

3.2 降水季节性变化特征

图2 宜兴市区1961 年～2018 年四季降水量

从图2 可以看出，不同季节的降雨量占年降雨量的比例差异较大，其中夏季降水具有绝对优势。其次是秋季和春季，冬季的降水比重最少，春，夏，秋，冬季降水量与年降水量的比值分别为26.1%，40.5%，19.5%和13.9%。从降水的季节变化可知，58 a 左右宜兴市区的降水变化主要表现为夏季变化。宜兴市区的降水主要受太平洋和印度洋季风影响，季风环流随季节而变化。降水量明显增加，因此夏季降水集中，夏季降水量大，强度大，持续时间长，范围广，连续发生。地理分布的特点是从南到北逐渐减少。四季降水的年际变化很大，经常导致持续洪涝，年内降雨量分布不均，表现出明显的季节性，夏季降雨持续时间长，雨量大。一般来说，6 月～9 月的降雨量占年降雨量的50%以上。这一年的旱涝变化往往是由于流域的春季和夏季洪水以及秋季后的干旱模式造成的。

3.3 分季小波分析

为了分析不同季节降雨的振荡周期，对四季年降雨量进行了小波分析。四季年降水量序列的小波分析结果见图3。

图3 宜兴市区1961a～2018a 年降水量小波系数等值线图

由图3 可知，不同季节的振荡周期略有不同。如图3(a)所示，市区春季的年降水有 3 a～6 a、7 a～13 a 和 23 a～32 a 的振荡周期。7 a～13 a 的振荡周期明显，具有全球性。图3（b）表明，市区夏季降水的振荡周期为 3 a～8 a，9 a～18 a 和 19 a～32 a，振荡周期为19 a～32 a 为主要时期。三个振荡周期不是全球性的，1985 年以后主要时期变得更加强烈。图3（c）显示，秋季区域的年降水量具有 3 a～8 a 和 9 a～19 a 的振荡周期。在 1990 年～2018 年，振荡周期在 3 a～8 a 左右明显，9 a～19 a 左右的振荡周期在整个时域是显着的，是振荡的主要周期。图3（d）显示，冬季降水的年振荡周期约为3 a～9 a 和12 a～32 a。在整个时间域内两个震荡周期都较弱，规律性不强，且大部分为分界线说明冬季降水偏少。

对市区四个季节的降水量分别绘制小波方差见图4。

图4 宜兴市区1961 年～2018 年年降水量序列小波方差

对宜兴市区四季的年均降雨量做小波分析，结果见图4，宜兴市区春季年均降雨存在4 a、8 a、26 a 的主周期，第一个主循环是8 a，第二个和第三个主循环是26 和4 a，这表明在宜兴市区的春季降雨中主要存在约8 a 的振荡周期。对于宜兴市区夏季年均降雨，其主要周期依次为 4 a、7 a、10 a、17 a、27 a。峰值位于27 a，表明宜兴市区的夏季降水主要具有约27 a 的振荡周期。宜兴市区年平均降雨量的主要周期为4 a、9 a 和15 a。从宜兴市区的冬季小波方差图可以看出，第一、第二、第三和第四振荡周期分别为 4 a、7 a、19 a、27 a。第一主周期为 19 a。4 个季节年降雨的主周期各不相同，但它们也有相似性，都有共同4 a 的主周期，并且夏季年均降雨的主周期与全年年均降雨的主周期完全重合，进一步说明年降雨强度周期主要受夏季降雨强度影响。

4 结论

1）1961 年～1818 年宜兴市区年平均降水量为1158.7 mm，年平均降水量整体呈增长趋势。平均年降水量以3.2184 mm/a的速率增加。市区年平均降水量每年相对不同，研究期间内降水量最大相差1281 mm。

2）从宜兴市区降雨的小波方差图中可以看出，有4 个比较为明显的峰值，它们分别对应着27 a、17 a、10 a 和4 a 的时间尺度。其中，在可测的时间尺度内最大值对应着27 a 的时间尺度，可知在27 a 左右的周期震荡最强，为市区年降雨变化的第一主周期。

3）不同季节降雨量占年降雨量比重有较大差异，其中夏季降水量占绝对的优势，其次是秋季和春季，冬季的降水比重最少，春、夏、秋、冬四季降水量占全年降水量的比值分别为26.1%，40.5%，19.5%和13.9%。

4）市区春季、夏季、秋季、冬季年平均降雨量分别为4 a、8 a、26 a，4 a、7 a、10 a、17 a、27 a，4 a、9 a、15 a 和4 a、7 a、19 a、27 a；四季降水的第一个主要时期分别为8 a、27 a、15 a、19 a，夏季年平均降水的主要时期与年平均降雨量的主要时期相吻合。也说明了年均降雨变化特征主要体现为夏季降雨周期变化特征。