近60a海河流域北三河水系气象水文要素变化特征分析

刘文静

(河北省廊坊水文水资源勘测研究中心,河北 廊坊 065000)

1 北三县概况

海河流域北三河水系地处北纬中纬度欧亚大陆的东部边缘,属温带大陆性季风气候,包含廊坊市的三河市、大厂县和香河县,紧邻北京市和天津市,国土面积1 250 km2(其中,平原1 172 km2,山区78 km2)。地势由北向南倾斜,高程在海拔10～30 m之间,平均海拔18 m左右,境内有泃河、引泃入潮、鲍丘河和潮白河等多条河流。详见图1北三河河流水系图。

图1 北三河河流水系图

2 资料与方法

2.1 资料来源

本文研究的数据来自海河流域北三河水系的三河市、大厂回族自治县和香河县共四个水文站、一个气象站的水文气象资料,资料包括平均气温、降水量、蒸发量和河道径流量等长系列的数据资料,时段为1956-2018年。

2.2 研究方法

本文研究主要涉及三种方法:线性倾向估计法、滑动平均法、Mann-Kendall突变检验法、小波周期分析法、相关关系法。

3 北三河水系气象水文要素变化特征分析

3.1 气象要素变化特征分析

3.1.1 趋势性

60多年来,研究区年平均气温呈现出明显的波动上升趋势,与全球变暖的趋势一致,多年平均气温12.13℃,平均增温率达0.23℃/10a,增温速率略低于同期全国平均水平(0.24℃/10a),详见图2。

图2 1956-2018年研究区历年平均气温

3.1.2 周期性

近60 a来,研究区温度周期很明显,从图3中可以看出,最高峰值对应在27 a,温度的主周期为27 a。

3.1.3 突变性

根据Mann-Kendall法对研究区温度进行突变性分析,由图4可见,1956-2018年UF曲线呈不规则的周期波动变化,1993年以后远超于α=0.05显著性水平临界值之间,表明研究区年降水在显著水平α=0.05下,变化趋势显著。1959-1960年上升趋势显著,1960-1970年呈下降趋势,1970-2018年呈明显上升趋势。序列出现1个突变点是1988年。

(直线为α=0.05显著水平临界值)

3.2 水文要素变化特征分析

3.2.1 降水量特征分析

1)趋势性

通过分析研究区1956-2018年63年的长序列降水资料,研究区多年平均降水量为596.6 mm,多年平均降水量下降速率为1.88 mm/a。(见图5)。

2)周期性

基于Matlab编程,对降水63年的资料进行周期分析(见图6),降水量主周期为28 a,次周期为15 a。

(直线为α=0.05显著水平临界值)

3)突变性

从图7中可以看出,研究区1956-2018年UF曲线呈不规则的周期波动变化,但介于α=0.05显著性水平临界值之间,表明该区年降水在显著水平α=0.05下,变化趋势不显著。1959-1963年下降趋势显著,1964-1996年呈上升趋势,1997-2010年下降趋势显著,2011-2018年呈上升趋势。序列出现2个突变点分别是1957年、1958年。

对各测站点雨量单独进行突变分析,突变点出现的年份统计结果见表1。根据文献资料和计算结果分析确定1979年为研究区突变点,1979年为同站所有突变点的居中点,且基本每个测站都存在这个突变点,因此1979年(含1979年)以前的资料为基础序列。

表1 研究区各测站降雨量突变点统计表

3.2.2 地表水资源量特征分析

1)趋势性

从图8可以看出研究区径流量明显减少,通过线性趋势分析可以发现,地表水资源量的减少速率为0.13×108m3/10a。地表水资源量明显减少,通过显著水平0.05检验,研究区逐年径流量变化趋势是显著的。

图8 北三县地表水资源量年际变化趋势

2)周期性

从图9上可以看出1956-1970年地表水资源量变化相对平稳,之后开始发生变化,到1982年波动达到峰值,即水系地表水资源量变化的主周期为27 a。

(直线为α=0.05显著水平临界值)

3)突变性

基于Matlab编程分析地区地表水资源量突变情况见图10,从图中可以看出地区地表水资源量在20世纪60年代有一明显的下降趋势,从21世纪初期下降趋势接近显著水平0.05的临界线。UF和UB的交点出现在1978年附近,可以确定地表水资源量七十年代末的下降是一个突变现象,具体时间划定为1978年。

4 结语

(1)北三河水系温度主要为(减-增)趋势,1956-1987年温度有下降趋势,但1987年后温度明显上升。研究区温度整体呈现升高趋势,上升速率为0.23℃/10a,略低于全国温度上升速率(0.24℃/10a)。

(2)北三河水系1956-2018年区域降雨量进行分析,可以发现降水量明显下降,下降速度为1.88 mm/a。降雨量主周期为28 a,面降雨量突变点出现在1957、1958年,各测站降雨量的突变时间主要集中出现在1979年左右。

(3)北三河水系多年平均地表水资源量为0.26×108m3。地表水资源量的减少速率为0.13×108m3/10a。通过显著水平0.05检验,逐年径流量变化趋势是显著的。