洪安涧河东庄水文站年降水特性分析

汪志鹏

（临汾市水文水资源勘测分局 山西临汾 041000）

1 东庄水文站概况

东庄水文站位于山西省古县岳阳镇东庄村洪安涧河上，集水面积987 km2，断面以上主河道长度35 km，主河道平均坡度11.6‰，主要支流有古县河和石壁河等，流域形状系数0.806。东庄水文站是按照区域规划原则设立的基本水文站，主要负责收集洪安涧河流域的基本水文信息，为区域调水、生态环境保护等水资源开发利用及下游地区的防洪服务。

2 降水量年内变化分析

东庄水文站属暖温带大陆季风气候，四季分明，其特征是：春季干旱多风，夏季高温多雨，秋季凉爽湿润，冬季寒冷干燥。年平均气温11.8℃，最热月7月份、平均气温24.9℃，最冷月1月份、平均气温零下4℃，极端最高气温39℃（1966年6月21日），极端最低气温零下23.4℃（1971年1月31日）。初霜日在10月20日左右，终霜日在4月15日左右，无霜期平均187 d。受季风作用的影响，东庄站降水量年内分配不均匀，季节变化非常明显。东庄站1956-2016年各月平均降雨量如图1所示。

图1 东庄站1956-2016年各月平均降雨量

分析统计东庄站多年降水值，可以得出

1）东庄站降雨年内分配呈现单峰型，年降水量峰值多出现在7月。

2）历年汛期6-9月降水占年降水比重大，占比在53%～87%之间，历年平均占比为70.5%。

3）汛期降水量又多集中在7、8 两月，两月降水量在85.2～473.5 mm 之间，年际差异很大。历年两月平均降水为243.9 mm，占汛期降水的65.9%，占全年降水的46.4%。

4）冬、春季节降水稀少，11月至次年4月历年平均降水量为77.0 mm，占年降水量比重为14.7%，其中12月至次年2月是东庄站降水最少的月份，历年平均降水量仅为14.2 mm，占年降水量比重为2.7%。

5）降水量的年内分配存在随机性，各年之间差异比较大。一般情况下，丰水年和偏丰水年，降水相对集中，汛期降水占全年降水比重相对偏大；枯水年和偏枯水年，汛期降水占全年降水的相对比重偏小。例如：1988年，东庄站年降水652 mm，属于偏丰水年，汛期降水量568.5 mm，占年降水的86.8%；而1986年东庄站年降水量为331.4 mm，属于偏枯水年，汛期降水量176.3 mm，占年降水的53.2%。相同量级的年降水，月分配也可能差异很大，例如，1983年与2005年年降水很接近，分别为546.8 mm 与548.5 mm，而汛期降水量分别为303.4 mm 与450.2 mm，差异明显。

3 降水量时序变化分析

1）降水量年际变化分析

降水量年际变化包括年际间的变化幅度和多年变化过程。用降水量变差系数Cv与极值比表示年际变化幅度，统计降水的丰、平、枯及连丰连枯特征来分析多年变化过程。

1956-2016年，东庄站多年平均降水量为525.1mm，年最大降水量为891.4 mm（2003年），年最小降水量为298.8 mm（1997年），最大降水量是最小降水量的2.98 倍，年降水的变差系数Cv为0.26，降水量年际之间差异较大。

点绘东庄站1956-2016年降水量模比系数差积曲线，如图2。从图中可以得出：1）东庄站年降水年际变化大，丰、平、枯变化剧烈。2）1956-1976年是一个较长时段的丰水期，这个时段虽然部分年份丰、枯交替出现，但其锯齿状上升的趋势十分明显；1976-2002是一个较长时段的枯水期，期间有小周期变化；2003-2016年属于平水年组。3）丰水年和枯水年持续出现的机会较少，大都以单独一年出现，而偏丰、偏枯和平水年表现为或单独一年或连续几年出现。

按1956—1959年、1960—1969年、1970—1979年、1980—1989年、1990—1999年、2000—2009年、2010—2016年，分别统计年段平均降水量，并与多年均值比较，如图3。结果表明，1956—1959年段、1960—1969年段及1970—1979年段普遍偏丰，与多年平均（1956—2016年）降水量相比，偏丰幅度在5.9%～15.2%之间；而1980—1989年段和1990—1999年段偏少幅度分别为4.4%、8.1%；2001—2010年段和2010—2016年段偏少幅度分别为1.2%、6.3%。在现有资料的基础上，从降水量的时序变化来看，东庄年降水的变化趋势是逐渐减少的。

图2 东庄站降水量模比系数差累积曲线图

图3 东庄站分年段降水量均值与多年均值比较

图4 东庄站降水量变化趋势线

通过对东庄站1956-2016年降水进行回归分析，东庄年降水回归方程及相关系数为y=-1.550 5x+573.12，R2=0.051 6（其中，y为年降水量，x为年份与1956 的差值加1），相关系数比较低。考虑到年降水的随机性比较大，对东庄站年降水数据进行5年滑动平均处理，如图4，东庄年降水回归方程及相关系数为y=-1.627 1x+577.37，R2=0.265 6（其中，y为5年平均降水量，x为年份与1956 的差值加1），年降水与年份的相关性有所提高。在现有资料的基础上，由回归方程可以得出，在未来一定时间内，东庄站年降水的减少速率为16 mm/10 a。

2）降水量周期性分析

水文过程是一种复杂的过程，既有较强的随机性，又具有一定的周期性。为了减小年降水的随机性对周期性分析的影响，分别点绘东庄站年降水3年、5年滑动平均过程线，如图5、图6。按相邻峰值或相邻谷值对滑动平均过程线进行周期性分析。

图5 东庄站3年滑动年降水过程线

图6 东庄站5年滑动年降水过程线

从3年滑动年降水过程线可以看出，存在较为明显的6—7年变化周期；从5年滑动年降水过程线可以看出，存在较为明显的11年变化周期，与太阳黑子活动的11年基本周期正好对应。

太阳活动的变化引起了一系列地球物理和水文气象的重大变化，水文现象的变化与太阳活动的变化紧密相关，太阳黑子具有11年左右的变化周期，东庄站年降水的变化周期与其基本一致。

4 结论

根据以上分析，东庄站年降水具有以下特征：

1）年内分配呈现单峰型，年内分配极不均匀，季节变化非常明显。汛期6-9月降水量占全年降水量的70%以上，其中7、8 两月集中全年降水量的一半左右。

2）年降水量年际差异较大，丰、平、枯变化剧烈。

3）在现有资料的基础上，从降水量的时序变化来看，东庄年降水的变化趋势是逐渐减少的。

4）年降水具有11年左右的变化周期。