王 燕

（新疆博爾塔拉水文勘測(cè)局,新疆 博樂 833400）

1 資料選取

1.1 流域概況

博河、精河流域地處亞歐大陸板塊中部,受大陸干旱氣候影響,降雨頗少,且蒸發(fā)劇烈,氣候表現(xiàn)為常年干旱,年降水總量為73.2×108m3,平均年降水深291.6 mm[1-3]。經(jīng)計(jì)算,該流域年蒸發(fā)總量區(qū)間為780 mm~2500 mm,最大蒸發(fā)量出現(xiàn)在阿拉山口氣象站,這可能是氣流通過山口帶走的水汽成分多的原因。博河、精河水系主要包含烏爾達(dá)克賽河、大河沿子河、阿恰勒河、哈拉吐魯克河、保爾德河、阿拉特克河等。境內(nèi)共設(shè)有5 個(gè)氣象站：溫泉、博樂、阿拉山口、塔斯海、精河氣象站；主要水文站共計(jì)4 處,雨量站共計(jì)20 處,基本形成了布局合理的水文站網(wǎng)。

1.2 降水資料選取

本次共計(jì)收集24 處雨量站資料,根據(jù)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,抽取其中資料較好、系列較長(zhǎng)、地區(qū)分布均勻且能反映地形變化影響的15 站作為研究對(duì)象。此外,對(duì)因部分年份漏測(cè)導(dǎo)致降水量系列不連續(xù)的雨量站資料進(jìn)行了插補(bǔ)和延長(zhǎng),延長(zhǎng)方法為相鄰站比例系數(shù),運(yùn)用內(nèi)插法進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)。處理后結(jié)果為：溫泉?dú)庀笳狙娱L(zhǎng)3 年,博樂氣象站延長(zhǎng)2 年,阿拉山口氣象站延長(zhǎng)1 年。參證站統(tǒng)計(jì)資料共計(jì)260 站年,其中6 站年通過插補(bǔ)延長(zhǎng)得來,占比為2.3%,降水資料選用站見表 1。

表1 降水量選用站資料狀況表 單位：mm

續(xù)表1

2 統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析

一般來說,系列長(zhǎng)度越長(zhǎng),則代表性更好。為研究52 年來降水系列對(duì)博河、精河流域長(zhǎng)系列是否具有代表性,本次以較長(zhǎng)的溫泉、博樂、阿拉山口、精河氣象站和精河山口水文站為參證站,氣象資料選擇為1956 年起的52 年的所有信息。

2.1 參數(shù)計(jì)算方法

選用站中經(jīng)實(shí)測(cè)或插補(bǔ)后資料系列達(dá)到52 年（1956年～2007 年）,其均值采用算術(shù)平均值,對(duì)于經(jīng)插補(bǔ)仍不滿52年的,考慮到本地區(qū)資料少,站點(diǎn)地理位置差異較大,采用比值法修訂精度不高,故也都一律采用算術(shù)平均值。統(tǒng)計(jì)參數(shù)采用皮爾遜Ⅲ型曲線分析法即對(duì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果求得均值、偏態(tài)系數(shù)、變差系數(shù)并對(duì)其進(jìn)行占比分析[4,5]。變差系數(shù)計(jì)算公式如下：

偏態(tài)系數(shù)與變差系數(shù)相關(guān),根據(jù)長(zhǎng)系列資料分析,博河、精河流域地區(qū)降水系列偏差系數(shù)CS=2CV。

統(tǒng)計(jì)參數(shù)誤差評(píng)定公式按照以下公式計(jì)算：

式中：CV和CS表示變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù),兩者反映了數(shù)據(jù)的平均情況和離散程度；n表示模擬序列長(zhǎng)度,長(zhǎng)度隨著任意取值的模數(shù)發(fā)生改變；表示均值；表示的是個(gè)數(shù)按照距離平均值確定的標(biāo)準(zhǔn)差范圍定義的置信區(qū)間[6]。

2.2 CV值的計(jì)算和確定

參證站均用水文水利計(jì)算軟件、矩法和適線法計(jì)算CV值。各測(cè)站年降水量頻率曲線見圖 1。博河、精河流域年降水的CV值均較小,且CV值地區(qū)差異不大,1956 年~2007 年系列在0.3~0.37之間,阿拉山口氣象站CV值最大,為0.37；溫泉?dú)庀笳尽⒉窔庀笳竞途由娇谡綜V值均為0.3。

圖1 各站降水量頻率曲線圖

2.3 Cs值的計(jì)算和確定

利用比值法確定偏態(tài)系數(shù),CS/CV倍比值直接根據(jù)頻率計(jì)算適線估算,博河、精河流域地區(qū)參證站一般為1～3 倍。博河、精河流域地區(qū)降水參證站統(tǒng)計(jì)參數(shù)見表 2,根據(jù)表中數(shù)據(jù)選取2.0 作為最佳適線值。

表2 博河、精河流域地區(qū)降水參證站統(tǒng)計(jì)參數(shù)表

2.4 統(tǒng)計(jì)參數(shù)的誤差評(píng)定

根據(jù)2.1 所述統(tǒng)計(jì)參數(shù)的抽樣誤差公式,計(jì)算主要雨量站降水系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)誤差。主要雨量站降水均值參數(shù)誤差均小于5.13%,樣本抽樣誤差滿足要求,年降水均值估值精度較高。統(tǒng)計(jì)參數(shù)誤差見表 3。

表3 降水參證站統(tǒng)計(jì)參數(shù)抽樣誤差計(jì)算表

3 降水系列代表性分析

3.1 長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比分析

為了便于比較,《黃河流域（片）水資源調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)要求》規(guī)定統(tǒng)計(jì)1956年～2000年、1956年～1979年、1971年～2000年、1980年～2000 年4 個(gè)系列的降水特征值。長(zhǎng)系列確定為1956年～2007 年,將此系列按照不同時(shí)段切片,對(duì)比分析不同切片時(shí)段下統(tǒng)計(jì)參數(shù)的相對(duì)誤差,接著按照誤差的走勢(shì)來預(yù)測(cè)幅度[7,8]。實(shí)際操作后發(fā)現(xiàn)各個(gè)系列變化幅度都有所不同,參數(shù)變化較大的情況居多。以1980 年～2000 年系列為例,5 個(gè)測(cè)站平均降水量變化幅度在-5.1%～-29.0%之間,偏差是上述4 個(gè)系列中最大的。接著是1956 年～1979年系列、1971 年~2000 年系列和1956 年~2000 年系列,CV值變幅分別是-6.3%～-14.0%、-2.2%~-13%、-0.7%~0.7%,詳見表 4。

表4 降水量長(zhǎng)、短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比表

3.2 模比系數(shù)累積平均過程線分析

年降水系列均值與系列年限呈正相關(guān),隨年限增長(zhǎng)逐趨穩(wěn)定。為了細(xì)致研究各個(gè)代表站趨于穩(wěn)定降水的年限長(zhǎng)短,以2007 年為界,在相同坐標(biāo)系下逆序繪制不同代表站模比系數(shù)累計(jì)平均過程線,各測(cè)站模比系數(shù)累積平均曲線見圖 2。從模比系數(shù)累積平均過程線反映出,各代表站自2007 年向前累積到1965年,累積平均值與長(zhǎng)系列相比誤差均小于2%,系列均值趨于穩(wěn)定。

圖2 各代表站模比系數(shù)累積平均曲線

3.3 降水的豐枯變化

模比系數(shù)差積曲線可以比較準(zhǔn)確反映某一階段降水的周期變化規(guī)律,曲線的趨勢(shì)若斜率為負(fù),則表示該時(shí)間段年降水量比多年平均降水量小,定義為枯水期反之則定義為豐水期。若明顯在曲線中看到一條斜率接近0 的曲線,則表示該時(shí)間段為平水期。取上述代表站的系列降水資料,根據(jù)降水量和多年平均降水量比值計(jì)算出各測(cè)站模比系數(shù)值為ki,然后將每一年的（ki-1）按照時(shí)間順序依次相加,當(dāng)累積到最后年份時(shí)候即可形成一個(gè)系列Σ（ki-1）,最后按照年份為橫坐標(biāo),Σ（ki-1）為縱坐標(biāo)將結(jié)果整理并繪制到一個(gè)坐標(biāo)系中,可清晰觀測(cè)各測(cè)站豐枯情況,并且能直觀比較出各測(cè)站之間的豐枯程度。各站年降水量差積曲線見圖 3。

由圖3 可以看出,5 個(gè)參證站豐枯狀態(tài)幾乎相似,但在不同時(shí)段也存在明顯差異。比如,1955 年~1963 年（9 年）階段,5 個(gè)測(cè)站均存在明顯的“枯水-豐水-枯水”變化態(tài)勢(shì)。但從1965 年開始,5 個(gè)參證站就表現(xiàn)出兩種不同的曲線形狀：以溫泉?dú)庀笳竞筒窔庀笳緸榈湫偷摹耙弧弊中颓€、以精河山口站、精河氣象站、阿拉山口氣象站為典型的“W”字型曲線?！耙弧弊中颓€說明在這40 年間,兩參證站大體呈現(xiàn)為平水期。而“W”字型曲線則表明三個(gè)參證站都經(jīng)歷了明顯的枯水到平水再到豐水期的變化,枯水期最長(zhǎng)的時(shí)間段是1960 年~1980 年（21 年）。但反觀圖3,在1955 年~2007 年間,每一條曲線又或多或少具有斜率為正、負(fù)、零的三個(gè)階段,由此可見, 博河、精河流域1956 年~2007 年降水量系列基本包括一個(gè)較為完整的豐平枯周期, 周期內(nèi)有小的豐枯變化, 可以認(rèn)為所選用的樣本系列代表性相對(duì)較好。

圖3 各站年降水量模比系數(shù)差積曲線

降水量多年變化情況一般用比值法表示[10],表6 統(tǒng)計(jì)了博河、精河流域主要降水站不同時(shí)間段的降水量數(shù)值和偏差百分比。從表6 看出,1960 年~1969 年段和1970 年~1979 年段這二十年的降水量全部低于多年均值,最大偏小程度為-19.8%。從1980 年開始的二十年間,雨量幾乎全部偏多,1980 年~1989 年段只有溫泉?dú)庀笳酒?百分比為-4.5%,此外1990 年~1999 年段只有博樂氣象站和阿拉山口氣象站偏低,占比分別為-8.6%和-14.5%。2000 年～2007年普遍偏大,最大偏多33.9%。不同年代降水比較表以10年為單位比較了不同參證站與多年的年均降水量懸殊幅度,結(jié)合3.3 降水豐枯變化的相關(guān)分析可以明確博河、精河流域降水年均分配極不均勻。

表6 博河、精河流域地區(qū)主要降水站不同年代降水量比較表 單位：mm

4 降水時(shí)空分布分析

4.1 降水量的空間分布

博河、精河流域三面環(huán)山,只有東部為盆地,這種獨(dú)特的地域特征使得西風(fēng)環(huán)流不能越過三面大山達(dá)到兩條河所在流域,造成了博河和精河兩地的谷地和盆地普遍降雨減少,而西部、南部和北部的環(huán)山區(qū)域降水較多。北部缺口處水汽的進(jìn)入使得準(zhǔn)格爾盆地已然成為多降雨區(qū)。博河與精河?xùn)|高西低的地勢(shì)與降水東多西少分布也有一定關(guān)系,東至西依次為艾比湖區(qū)、托托河區(qū)、賽里木湖區(qū)和博河上游區(qū),降水量依次為101.4 mm、128.3 mm、449.9 mm、437.0 mm,有明顯的高低之分。而降水多的兩大區(qū)域,其中的各個(gè)縣城也有降水深度東到西依次增大的規(guī)律。

4.2 降水量的時(shí)間分布

博河、精河的降水時(shí)間分布也有規(guī)律可循,兩河流降水量年內(nèi)分布情況見表5,可見春夏秋冬降水屬夏季最多,冬季最少[9]。

表5 博河、精河流域地區(qū)主要降水站多年平均降水量四季分配表

5 總結(jié)

通過長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)特征分析、模比系數(shù)分析和降水豐枯變化分析了博河、精河流域1956年～2007年（長(zhǎng)系列）、1956年～2000年、1956年～1979年、1971年～2000年、1980年～2000年（短系列）下溫泉、博樂、阿拉山口、精河氣象站、精河山口水文站年降水量系列代表性和降雨量時(shí)空分布情況后發(fā)現(xiàn)52年降水系列代表性良好,時(shí)空分布多年來有一定規(guī)律性,自東往西,各縣降水依次遞減（空間分布不均勻）；20 世紀(jì)60~90 年代降水量逐漸趨于多年平均值水平（時(shí)間分布不均衡）。博河、精河流域降水較豐富,但是該流域氣候干旱,蒸發(fā)量多,水資源依舊緊缺,從短期看,應(yīng)該量入為出,節(jié)約用水,充分、有效、合理地利用配置有限的水資源。長(zhǎng)期看,人類應(yīng)該致力于生態(tài)保護(hù),營(yíng)造一個(gè)友好的生態(tài)系統(tǒng),使氣候環(huán)境得到一定改善。