三门峡市降水量多年变化及系列代表性分析

平利昆

(河南省三门峡水文水资源勘测局，河南 三门峡472000)

0 引言

降水是水文循环中重要的一环，是研究区域水文循环系统的基础，对于水资源开发、防洪抗旱、农业生产和水利工程管理等方面影响很大。选择三门峡若干观测资料齐全且年份长的雨量站，分析三门峡多年降水量的丰枯变化规律，计算分析短系列资料的参数与长系列参数的差值，确定最短的有代表性的降水系列，可以为水资源高质量发展提供重要基础。

1 资料选用概况

全市范围内分布308个雨量观测点，降水资料连续性参差不齐，经过对资料的全面梳理、摸底排查，按照降水资料年份长，观测条件好、数据准确可靠的原则，在三门峡区域内尽量按照一县一站的基础上，选取了4个有代表性的雨量站。此次降水量评价采用了1956—2019年(64 a)降水系列。代表雨量站资料见表1。

表1 分析选用站及资料系列统计表

2 代表站降水量的多年变化

2.1 年降水量的变化趋势

统计计算了各个雨量站不同年代及1980—2019年(40 a)、2000—2019年(20 a)的多年平均降水量与1956—2019年(64 a)多年降水均值的比值(见表2)。从20世纪60至90年代，三门峡经历了丰-枯-丰-枯的交替变化。自2000年以来，基本处于枯水期。

表2 代表雨量站不同年代与多年平均均值比值表

注：60s指1960—1969年，其余类同。

2.2 年降水量最大最小值统计

三门峡属于暖温带半干旱内陆性气候，受副热带高压和西风环流影响，降雨量时空分布不均，年际变化大。1964年卢氏站的降水量多达1 200 mm，然后2012年只有不到350 mm，相差数倍。

2.3 降水量丰枯周期性分析

采用模比差积曲线法对三门峡降水量丰枯周期进行分析。可以看出4个代表站均有明显的2个丰、枯时期，周期长度20—30 a，例如：三门峡站在1956—1965年整体为上升趋势(丰水段)，1966—1982年整体为下降趋势(枯水段)，形成第1个丰枯周期，长度28a；1983—1986年为上升趋势(丰水段)，1987—2003年枯水段，形成第2个丰枯周期，长度为21 a。2004—2019年丰枯变化年际间变化较频繁，且变幅较大。见图1。

图1 差积曲线(∑(Ki-1))过程图

2.4 降水连丰、连枯年分析

对于水库、河道等防洪工程，为了保证工程安全，应充分考虑连丰年对工程的考验，另外社会经济发展与水资源息息相关，水是制约发展的最大因素。分析连丰或连枯的程度对优化配置水资源和水资源综合规划有着重要的意义。

2.4.1 连丰、连枯出现年数

降水资料一般服从P-Ⅲ型分布，文章采用频率分析法划分丰平枯水年。把频率<37.50%的年份作为丰水年，频率>62.50%的年份作为枯水年，然后统计丰水年或枯水年的连续年数，见表3。

表3 雨量代表站连续丰/枯年发生频次表

从表3可知，三门峡地区连丰年数平均是2—3年，连枯年数平均是为2—5年，最长是7年。连枯的平均年数要比连丰平均年数长，连续枯水年出现的次数也明显多于连续丰水年出现的次数。

2.4.2 连丰、连枯概率

采用游程理论分析各种历时连丰、连枯段发生的概率。分析得出：短历时连丰/枯的概率比长历时连丰/枯低，连续枯水年年数长于连续丰水年数。见表4。

表4 雨量代表站连丰/枯概率表

3 年降水量系列代表性分析

3.1 统计参数稳定性分析

降水量统计参数包括多年平均降水量、变差系数Cv和偏态系数Cs。自2019年起，到1956年止，倒时序计算累积均值模比系数，绘制年降水量均值模比系数图、模比系数的差积曲线图(2.3节已绘制)和变差系数模数(KCv)图，见图2、图3。从年降水量均值模比系数Kp～T图中可以看出，4个站年降水量累积均值从2000年之后变化很小，基本稳定，稳定时间是20年左右。年降水量模比系数(∑(Ki-1)～T)曲线上，4个站基本都是频繁起伏的过程线，说明年降水量年际间的丰枯变化虽然快但变幅不大。从KCv～T图中可以看出自1985年(35 a)后各个站的KCv逐渐趋于稳定。KCv值的稳定历时比Ki要长，且变化幅度要比Ki大。

图2 雨量代表站年降水量均值模比系数图

图3 年降水量KCv过程线图

3.2 长短系列统计参数的比较对照

3.3 长短系列不同年型的频次分析

对不同长度的降水量样本按P-Ⅲ线性适线后，按统计学将年降水量划分为特丰、偏丰、平、偏枯、特枯5种年型，对各个样本计算不同年型出现的频次，若某样本对应年型频次接近于长系列频次分布，则认为该短系列有一定的代表性。频次统计见表6，可知随着资料年份的增加，短系列的频次分布逐渐接近长系列的频次分布。其中三门峡站长系列5种年型的频次依次为13.00%、16.00%、38.00%、22.00%、13.00%，系列长度为40年时，5种年型的频次依次为15.00%、18.00%、35.00%、20.00%、13.00%，较接近长系列年型分布，代表性较好；其他站样本容量达40年时，各种年型分布较接近长系列的分布情况。

表6 代表站不同样本容量年降水量丰平枯频次表

4 结语

通过对三门峡4个雨量代表站降水量资料的评价，总结如下：①自1956至2019年经历了偏丰-偏枯-偏丰的交替变化过程。自20世纪60年代至90年代，降水经过了偏丰-偏枯-偏丰的交替变化过程。自2000年以来，降水量丰枯变化比较频繁，总体偏枯。②降水量年际变化较大。最大与最小年降水量相差数倍，短历时连丰/枯出现的概率比长历时高，连续枯水年数长于连续丰水年数。③变差系数稳定要比均值长，且变幅要比均值大，40 a系列的统计参数和5种不同丰枯年型频次分布均接近长系列，其代表性较好。为此，确定年降水量最短代表期为40 a。