赣江上游平江流域近30年不同量级降雨日数时空分布特征

刘声洪，黄旭华，刘惠英，兰盈盈

（1.南昌工程学院水利与生态工程学院，江西 南昌，330099；2.江西省水利科学院，江西 南昌，330029）

0 引言

降雨是流域水循环的重要环节，其时空分布不均匀性对旱涝等自然灾害的发生起决定性作用[1，2]。降雨日数作为衡量降雨的重要指标，与降水频率密切相关，能够反映降雨在时空上的分布特征，对气候变化和灾害防治具有重要的现实意义[3]。随着全球气候变暖，我国降雨结构发生了明显的变化，不同强度降雨雨量和雨日变化趋势表现出不同的空间分异格局[4]。研究发现，我国强降雨事件频率和降雨量明显增多，而小雨事件特别是痕量降雨事件显著减少[5-7]。目前，多数研究主要针对不同量级降雨，而探究不同量级降雨日数的变化特征对于揭示降雨结构的变化具有重要意义。

江西省兴国县水土流失问题严重，曾是我国水土保持八个重点区之一[8，9]，平江为兴国境内主要水系，其水土流失之烈，被称为赣南的“黄河”[10]。本文以赣江上游平江流域为例，运用多种方法对不同量级降雨日数的时空分布特征及变化趋势进行研究探索。研究可为流域的灾害防治及水资源综合开发利用提供科学依据。

1 数据来源及研究方法

1.1 区域概况

平江为赣江上游右岸一级支流，又称兴国江，位于江西省南部，流域地处东经 115°04′～115°52′，北纬 25°57′～26°37′；平江主要由潋江（东河）、濊水（北河）在兴国县城东南方向狮子口汇合，经埠口、龙口流入赣县江口入贡水，主河道长148km、比降1.26%、流域面积2 851km2，地貌以低山、丘陵为主，局部有中山、低山地分布；地处华南地层区，构造单元为赣中南褶隆赣州—吉安凹陷，主要为石炭纪和白垩纪砂岩、变质岩和第四纪松散堆积物，极易发生水土流失。受亚热带季风气候影响，雨量充沛，气候温暖，多年平均降雨量1 585mm，平均气温 18.8℃，无霜期 284d，日照为 1 861.4h[10，12]。

1.2 数据来源

本文使用的降水数据来源于江西省水文水资源监测中心，为保证资料的连续性及代表性，选用赣江上游平江流域内翰林桥、田村、龙口、富口、长竹、兴国、崇胜、城冈共9个站点1989-2018年的逐小时降水数据，雨量站点位置见图1。

图1 平江流域雨量站点分布

1.3 研究方法

本文将逐小时降雨数据按当日08:00至次日08:00为今日降雨，按水文行业标准，将降雨分为4个不同强度的降雨量级。日降雨0.1～9.9mm为小雨，10～24.9mm为中雨，25～49.9mm为大雨，≥50mm为暴雨。根据流域气候特征，季节划分为：春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）、冬季（12～翌年2月）。运用Mann-Kendall（M-K）趋势检验法来检验时间序列显著性，当Z1-a/2＞1.96或Z1-a/2＜-1.96时，表示上升或下降趋势通过了a=0.05的显著性检验[13-15]。空间插值采用反距离权重插值法，采样点离插值点越近，权重越大；反之，采样点离插值点越远，权重就越小[16，17]。

2 结果与分析

2.1 不同量级降雨日数的时间分布特征

平江流域1989-2018年不同量级降雨日数在不同的时间尺度上表现出不同的特征（表1）。小雨日年均值为100.84d，年内发生比率为27.6%，其年最大、小值分别为108.37d和97.67d，标准差为1.65d；小雨日主要集中在春季，其均值为33.59d，冬季次之；秋季最小，其均值为17.56d，夏季次之；月小雨日集中在1～6月且呈“双峰”型，3月主峰均值为14.15d，8月次峰均值为8.00d，最小值出现在10月，均值为4.96d；与小雨日相比，中雨日较小，年均值为29.64d，年内发生比率为8.1%，其年最大、小值分别为30.87d和27.43d，标准差为0.51d；中雨日主要集中在春季，其均值为11.73d，夏季次之，秋季最小其均值为3.86d，冬季次之；月中雨日集中在2～8月且呈“多峰”型，4月主峰均值为4.14d，次峰出现在8、11 月，均值分别为 2.80d、1.43d，最小值出现在12月，均值为0.91d。

大雨日较小，年均值为13.66d，年内发生比率为3.7%，其年最大、小值分别为14.40d和12.20d，标准差为0.42d；大雨日主要集中在春、夏两季，其均值为4.63d和4.17d，秋季最小，其均值为1.60d，冬季次之；月大雨日集中在3～8月且呈“多峰”型，6月主峰均值为2.35d，次峰出现在8、11月，均值分别为1.38d和0.68d，最小值出现在12月，均值为0.44d。

暴雨日最小，年均值为4.80d，年内发生比率仅为1.3%，其年最大、小值分别为6.03d和3.50d，标准差为0.53d；暴雨日主要集中在夏季其均值为2.41d，冬季最小其均值仅为0.19d，秋季次之；月暴雨日集中在5～8月，尤其是5、6月，6月达到峰值，为1.11d，最小值出现在1月，均值为0.05d。

总体来说，近30年来，平江流域降雨日数以小雨为主，小、中、大、暴雨日占总降雨日数的比率分别为67.71%、19.90%、9.17%、3.22%。各量级降雨日数年内分配不均，小、中、大雨日主要集中在春季，暴雨日主要集中在夏季；月小雨、中雨、大雨、暴雨日分别集中在1～6、2～8、3～8、5～8 月，峰值分别出现在 3、4、6、6 月，最小值分别出现在 10、12、12、1 月。

2.2 不同量级降雨日数的时空分布特征

2.2.1 年尺度上的空间分布特征

1989-2018年平江流域不同量级降雨日数年际基本特征值 d

平江流域1989-2018年不同量级降雨日数表现出明显的空间分异格局（图2）。小雨表现出较强的随机性及区域性，流域南部雨日较大并在翰林桥站附近形成一个106～109d的高值中心。中雨表现出较强的区域性，整体上呈现中部低四周高的分布特征，在流域中部形成一个27～28d的低值中心。大雨总体上表现出西低东高的分布特征，沿崇胜、澄江、富口站形成一条14～15d的雨量带。暴雨呈现出南低北高的空间分布特征，流域北部雨日最大为6～7d，流域南部形成一个3～4d的低值中心。

据M-K检验结果显示，小雨日数在空间分布上无明显变化但有2站通过a=0.05的显著性检验为上升趋势，中雨日数为西降东升，大雨日数呈现西南降东北升，暴雨日数大体上呈上升趋势。在显著性研究中，年尺度上仅有小雨日数有2站通过a=0.05的显著性检验且表现为上升趋势。

图2 1989～2018年平江流域不同量级降雨日数及Z值年尺度上的空间分布

2.2.2 季、月尺度上的空间分布特征

平江流域1989-2018年不同量级降雨日数在季、月尺度上具有统一性，其季尺度空间分布见图3。于小雨日数而言，其主要集中于1～6月且峰值为3月，1～2、6、11～12月小雨日于流域南部相对集中，其余月份也有少数月小雨日于流域南部相对集中。基于这一特点，春、冬两季小雨日较大且在流域南部较为集中，而夏、秋两季小雨日较小。对中雨日数来说，其月尺度上的各月中雨日空间分布随机性较强，故中雨日数于季尺度上的空间分布规律性也较差。于大雨日数而言，月尺度上因其各月大雨日较小使得雨日分布相对均匀，但在季尺度且有良好的空间分布特征，如夏、冬两季大雨日呈现出西低东高的分布特征。就暴雨日数而言，其雨日相比于其余量级降雨为最小，在月尺度中1～2、9～12月暴雨日都极小，而5～6月暴雨日相对较大且其呈现出南低北高的空间分布特征，说明流域暴雨主要集中在5、6月流域北部。受这一影响，季尺度上春、夏两季暴雨日尤其是夏季表现出鲜明地规律性，呈现南低北高的空间分异格局，而秋、冬两季由于暴雨日相对较小呈现出均匀分布的状态。

根据M-K检验结果表明，在月尺度上小雨日及中雨日表现相对活跃，11月小雨日及中雨日均通过a=0.05的显著性检验且表现为上升趋势，5、9、12月小雨日和2、4、6月中雨日均有部分站点呈显著变化；而大雨日仅2～3、11月中少数站点呈显著变化，暴雨日无显著变化。基于月尺度的结论，季尺度上，春季小雨日有4个站呈显著上升变化，秋季小雨日富口站呈显著下降变化，冬季中雨日翰林桥站呈显著下降变化，其余则无显著变化。

4 结论

通过对平江流域不同量级降雨日数时空分布特征进行多尺度研究得到结论如下：

（1）近30年来，平江流域小、中、大、暴雨日多年均值分别为 100.84d、29.64d、13.66d、4.8d，占总降雨日数的比率分别为67.71%、19.90%、9.17%、3.22%，降雨日数以小雨为主。各量级降雨日数年内分配不均，小、中、大雨日主要集中在春季，暴雨日主要集中在夏季；月小、中、大、暴雨日分别集中在 1～6、2～8、3～8、5～8 月，主峰值分别出现在3、4、6、6月，最小值分别出现在10、12、12、1 月。

（2）各量级降雨日数在不同时间尺度下的空间分布差异较大。总体来说，小雨日在各时间尺度上主要集中在流域南部；中雨和大雨日在年尺度上具有明显的空间分布特征，分别呈中间低四周高、西低东高的空间分布特征，在季、月尺度上差异较大；暴雨日在各时间尺度上均具有南低北高的空间分布特征。

（3）据趋势分析，小雨日表现相对活跃，在各时间尺度上均有部分区域呈显著变化，尤其是月尺度上11月雨日呈显著上升趋势；中雨日在月尺度上表现相对活跃，11月中雨日呈显著上升趋势；大雨日仅月尺度上有少数区域呈显著变化，而暴雨日在各尺度上均无显著变化。

图3 1989～2018年平江流域不同量级降雨日数及Z值季尺度上的空间分布