尤李俊, 王少麗, 劉長榮, 張興波, 樊林生, 陶 園, 彭 舟

(1.中國水利水電科學研究院 水利研究所, 北京 100038； 2.黑龍江省農(nóng)村水利水電保障中心, 黑龍江 哈爾濱 150040； 3.綏濱縣水務(wù)局, 黑龍江 鶴崗 156200)

1 研究背景

IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)指出1905-2005年全球地表溫度上升了0.74 ℃[1],由此引發(fā)的自然災(zāi)害包括極端天氣氣候增加[2],強降雨事件頻率增多、強度增強[3]等。降雨作為氣候特征的最基本要素之一,直接影響洪澇災(zāi)害的產(chǎn)生和發(fā)展[4-5]。目前對長時間序列降雨特征分析多使用M-K突變檢驗方法[6-11],在此基礎(chǔ)上更多研究集中在區(qū)域降雨變化對徑流的影響作用[12-13]及其與區(qū)域旱澇急轉(zhuǎn)特征[14-16]方面?，F(xiàn)階段洪澇特征研究則側(cè)重于洪澇災(zāi)害等級與風險評估[17-18]及洪澇的時空分布特征[19-20]等。目前關(guān)于降雨特征對洪澇影響的研究有：李政等[21]對伊寧市 1956-2015年的強降雨變化特征以及對洪災(zāi)的影響的分析表明,伊寧市強降雨對總降雨起主導(dǎo)作用,洪災(zāi)發(fā)生頻次與強降雨量存在極顯著相關(guān)性；趙小偉等[22]基于氣象、水文中長期降雨預(yù)測結(jié)果,結(jié)合歷史典型暴雨洪水變化規(guī)律,量化了暴雨洪澇風險,認為北京城區(qū)下墊面不透水面積比例大,極端暴雨時城區(qū)積水頻發(fā)；郭帷等[23]通過對北疆近39年38個縣(市)的1 394次暴雨洪澇災(zāi)害事件的分析表明,年暴雨洪澇災(zāi)害呈顯著線性增加趨勢,年度災(zāi)損指數(shù)呈弱增加趨勢,年代際時間尺度上災(zāi)害強度不斷加強,大雨和暴雨以上日數(shù)是影響北疆暴雨洪澇災(zāi)害年際變化的主要因素。目前關(guān)于降雨洪澇特征的研究大部分都是以城市水文過程為基礎(chǔ),以城市防洪與安全為目的,現(xiàn)階段洪澇研究很少將側(cè)重點放在農(nóng)區(qū)和農(nóng)田方面。

另外,降雨量作為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要指標,對糧食產(chǎn)量產(chǎn)生了巨大的影響。三江平原是我國重要的商品糧基地[24],綏濱縣作為三江平原腹地,其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況直接影響三江平原糧食產(chǎn)量。近些年因澇災(zāi)造成的作物減產(chǎn)已威脅到農(nóng)業(yè)生產(chǎn),以2019年為例,綏濱縣年降水量為1 099.6 mm,受降水集中且雨量大的影響,內(nèi)澇嚴重,其中農(nóng)作物減產(chǎn)面積達160 km2,絕產(chǎn)面積為159 km2,直接經(jīng)濟損失達5.01×108元[25]。

目前關(guān)于三江平原的研究大多集中在土地利用變化[26-28]、景觀生態(tài)[29-30]、水資源水環(huán)境[31-33]等方面。針對三江平原降雨洪澇特征的研究有：國世友[34]利用線性趨勢法和M-K檢驗法分析了該地區(qū)夏季旱澇變化特征,結(jié)果表明近60年研究區(qū)夏季呈弱的雨澇趨勢,旱澇變化具有階段性,未來會有更明顯的雨澇趨勢；張洪玲等[35]利用降雨數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)對暴雨洪澇災(zāi)害進行了綜合分析,將黑龍江劃分為5個等級風險區(qū),三江平原大部分為高風險區(qū)和次高風險區(qū),綏濱縣位于次高風險區(qū)?，F(xiàn)有的研究更多是從定性的角度去描述三江平原的降雨洪澇特征,并沒有將二者結(jié)合進行定量分析。

為了定量分析降雨與洪澇災(zāi)害特征，本文利用綏濱縣1957-2019年的逐日降雨資料,統(tǒng)計分析了小雨、中雨、大雨和暴雨的雨日情況、突變特征、最大1 d、最大3 d和年降雨量以及澇災(zāi)發(fā)生情況,將澇災(zāi)發(fā)生率與各特征降雨量頻率計算結(jié)果相結(jié)合,分析致澇原因,以期為三江平原區(qū)域防洪除澇研究提供科學依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

綏濱縣位于黑龍江省鶴崗市東北部，處于黑龍江與松花江匯流的三角地帶,是三江平原的重要組成部分。綏濱縣北部與俄羅斯隔江相望,西部與蘿北縣接壤,南部與樺川縣和富錦市隔江相連[36],地理坐標為131°08′12″～132°31′00″E,47°11′55″～47°45′23″N,總面積為3 344 km2?？h域內(nèi)水系發(fā)育,河流縱橫,有大小河流25條,其中黑龍江水系5條,松花江水系20條。區(qū)域內(nèi)地勢平坦,無高山丘陵,地勢西高東低,由西南略向東北傾斜[37]。綏濱縣屬中溫帶大陸性季風氣候區(qū),春秋季晝夜溫差大,夏季炎熱短暫,雨量充沛,冬季嚴寒漫長,多西風和西北風。境內(nèi)自然資源豐富,土壤肥沃,耕地面積大且集中連片,目前綏濱縣已成為黑龍江省產(chǎn)糧大縣之一,是國家重要的商品糧基地[25]。圖1為綏濱縣地理位置圖。

圖1 黑龍江省綏濱縣地理位置圖

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

采用1957-1961、1967-1994、1999-2019年綏濱縣氣象站逐日降水量資料，并以距縣城40 km的二九〇農(nóng)場農(nóng)業(yè)氣象站的1962-1966和1995-1998年逐日降雨數(shù)據(jù)作為補充,共計63 a的逐日降雨數(shù)據(jù),代表了綏濱縣的降雨特征。根據(jù)國家防洪總指揮部編制的降雨強度等級劃分標準,即24 h(20:00-20:00)降水總量在0.1～9.9 mm之間時為小雨；在10.0～24.9 mm之間時為中雨；在25.0～49.9 mm之間時為大雨；在50.0～99.9 mm之間時為暴雨；在100.0～249.9 mm之間時為大暴雨；250 mm及以上時為特大暴雨,統(tǒng)計綏濱縣63 a小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨的雨日，同時,分析最大1 d、最大3 d和年降雨量特征。由于逐日降雨數(shù)據(jù)中沒發(fā)生過特大暴雨,本文暫不考慮特大暴雨的情況。

2.3 研究方法

對綏濱縣降雨洪澇特征的研究主要包括降雨量趨勢分析、突變分析、降雨頻率分析以及綏濱縣澇災(zāi)程度分析。本文選取線性傾向估計和趨勢系數(shù)方法進行各降雨量特征值和各量級雨日變化趨勢分析[38]；利用M-K突變檢驗法對各量級降雨序列進行突變識別,分析其變化規(guī)律及可能存在的突變特征[39-41]；采用皮爾遜Ⅲ(P-Ⅲ)型頻率曲線進行各量級降雨頻率分析[38,42-43]。

3 結(jié)果與分析

3.1 年降水量變化特征分析

3.1.1 降水量年內(nèi)變化 通過對綏濱縣1957-2019年降水實測資料分析,得到綏濱縣月均降水量分布情況如圖2所示。由圖2可以看出,綏濱縣降水量年內(nèi)分布不均勻,降水主要集中在7、8月,占全年的44.45%；其次是6、9月,占全年的27.43%。從季節(jié)劃分來看,春、夏、秋、冬季降水量占年降水總量的比例分別為16.98%、59.52%、20.52%、2.98%,夏季降水量占年降水總量的一半以上,月均降水量最大值出現(xiàn)在8月,為120.1 mm,其次為7月,月均降水量為116.0 mm,7、8兩月的月均降水量相差并不大。

圖2 1957-2019年綏濱縣月均降水量分布 圖3 1957-2019年綏濱縣年降水量變化趨勢

3.1.2 降水量年際變化 利用線性傾向估計對綏濱縣年降水量年際變化趨勢進行分析，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，綏濱縣平均年降水量為531.0 mm，最大年降水量為1 099.6 mm，最小年降水量為292.0 mm，其分別發(fā)生在2019和1986年。2018-2019年降水量增加最為明顯,而在1981-1982年降水量減少最為明顯。1957-2019年縣域降水量總體呈增加趨勢,趨勢系數(shù)為0.075,降水量增幅為5.44 mm/10 a。

對1957-2019年綏濱縣年降水量進行P-Ⅲ型頻率曲線分析,結(jié)果如圖4所示。圖4顯示，頻率為1%、2%、10%、20%的年降水量分別為882.1、831.7、700.3、632.9 mm。

圖4 綏濱縣年降水量P-Ⅲ頻率曲線 圖5 1957-2019年綏濱縣年降水量M-K檢驗

3.1.3 年降水量突變分析 運用M-K檢驗對1957-2019年綏濱縣年降水量進行分析,結(jié)果如圖5所示。由圖5中UFk曲線的變化可以看出,年降水量大致呈“減-增-減-增”趨勢變化,1960-1979年和1998-2008年呈減少趨勢,1979-1998年和2008-2019年呈增大趨勢。其中1968-1979年年降水量呈明顯減少趨勢,平均降幅為21.3 mm/a。1980-1991年呈顯著上升趨勢,平均增幅為30.15 mm/a。UFk與UBk曲線無交點,表明研究時段內(nèi)年降水量沒有發(fā)生突變。

3.2 各量級雨日變化趨勢與突變分析

統(tǒng)計分析1957-2019年綏濱縣各量級雨日情況,結(jié)果見表1。由表1可知,1957-2019年平均小雨雨日為93.57 d,中雨雨日為11.91 d,大雨雨日為3.08 d,暴雨雨日為0.71 d；小雨和大雨雨日隨時間呈減少趨勢,其趨勢系數(shù)分別為-0.075 8和-0.046 9,中雨和暴雨雨日隨時間呈微弱增加趨勢,其趨勢系數(shù)分別為0.029 8和0.038 7。小雨雨日和大雨雨日的減幅分別為0.425和0.043 d/10a,中雨雨日和暴雨雨日的增幅分別為0.062和0.001 d/10a。由于大暴雨在研究時段內(nèi)僅發(fā)生過2 d,樣本量不足,因而本文暫不討論。

表1 綏濱縣各量級雨日序列分析結(jié)果

利用M-K突變檢驗對1957-2019年綏濱縣各量級雨日進行分析,結(jié)果見圖6所示。

圖6 1957-2019年綏濱縣各量級雨日突變分析

由圖6(a)可知,小雨雨日呈“增-減-增-減”趨勢。1958-1965年和1982-2016年小雨雨日增加；1965-1982年和2016-2018年小雨雨日減少。其中1978-1982年小雨雨日明顯減少,平均減幅為3 d/a。UFk與UBk曲線有多個交點,交點年份2011和2016年在0.05顯著性水平內(nèi)。2010年小雨雨日為112 d,2011年小雨雨日減少為97 d，2011年為突變年份；2016年小雨雨日為107 d，之后小雨雨日逐年減少，2016年為突變年份。

由圖6(b)可知,中雨雨日呈“減-增-減-增”趨勢。1960-1967年、1972-1980年、1987-1992年和1996-2011年中雨雨日呈下降趨勢；1967-1972年、1980-1987年、1992-1996年與2011-2019年中雨雨日呈增加趨勢。其中1966-1967年和1976-1980年中雨雨日顯著減少；1967-1972年與1980-1983年中雨雨日顯著增加。UFk與UBk曲線無交點,說明中雨雨日未發(fā)生突變。

由圖6(c)可知,大雨雨日呈“減-增-減-增”趨勢。1960-1986年大雨雨日呈波動下降趨勢；1986-2000年大雨雨日呈增加趨勢；2000-2015年大雨雨日又呈下降趨勢；2015-2019年大雨雨日呈上升趨勢。1967-2019年的UFk曲線都超出了0.05顯著性水平的下限,說明大雨雨日變化趨勢顯著。UFk與UBk曲線無交點,說明大雨雨日未發(fā)生突變。

由圖6(d)可知,暴雨雨日呈“減-增-減-增”趨勢。1957-1964年和1968-2015年暴雨雨日呈下降趨勢；1964-1968年和2015-2019年暴雨雨日呈上升趨勢。UFk曲線超出了0.05顯著性水平的下限,說明暴雨雨日變化很顯著。UFk與UBk曲線無交點,說明暴雨雨日未發(fā)生突變。

綜上所述,根據(jù)各量級雨日序列分析圖和突變分析UFk曲線圖可以看出,盡管小雨和大雨雨日隨時間呈減少趨勢,中雨和暴雨雨日隨時間呈微弱增加趨勢,但2015年以來,大雨和暴雨雨日均有明顯的增加,澇災(zāi)發(fā)生的潛在風險增大。

3.3 最大1 d、最大3 d降水量變化趨勢

圖7為1957-2019年綏濱縣最大1 d和最大3 d降水量年際變化分析。如圖7所示,最大1 d和最大3 d降水量的最大值均在2019年,分別為107.3和141.6 mm；最大1 d降水量最小值在2004年，為23.6 mm；而最大3 d降水量最小值在2003年，為27.3 mm。最大1 d降水量均值為50.85 mm,趨勢系數(shù)為0.008，增幅為0.083 mm/10a；最大3 d降水量均值為64.02 mm,趨勢系數(shù)為-0.023 7,減幅為0.305 mm/10a。

圖7 1957-2019年綏濱縣最大1 d和最大3 d降水量年際變化

采用P-Ⅲ型頻率曲線對最大1 d和最大3 d降水量進行分析,結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，頻率為1%、2%、10%、20%的最大1 d降水量分別為108.6、99.6、76.7、61.7 mm；頻率為1%、2%、10%、20%的最大3 d降水量分別為136.8、125.3、96.6、82.6 mm。

圖8 綏濱縣最大1 d和最大3 d降水量P-Ⅲ型頻率曲線

利用M-K突變檢驗分析最大1 d和最大3 d降水量,結(jié)果如圖9所示。圖9顯示，最大1 d和最大3 d降水量均呈現(xiàn)“減-增-減-增”的趨勢。由圖9(a)可知，1957-1979年和1997-2015年最大1 d降水量呈減小趨勢,1979-1997年和2015-2019年呈增大趨勢。其中1974-1979年最大1 d降雨量明顯減小,平均減幅為1.85 mm/a。UFk與UBk曲線雖有交點,但僅僅為2條曲線的重合點,最大1 d降水量沒有發(fā)生突變。由圖9(b)可知，1957-1977年和1996-2015年最大3 d降水量呈減小趨勢,1977-1996年和2015-2019年呈增大趨勢。UFk與UBk曲線在0.05顯著性水平內(nèi)有2處交匯點，分別為1981與1997年。1981年最大3 d降水量為82.1 mm,比1980年增加了33.5 mm,1981年后降水量增加趨勢變大。1997年最大3 d降水量為59.5 mm,比1996年減少了32.1 mm,為降水量由增大趨勢到減少趨勢的突變年份。因此最大3 d降水量在1981和1997年發(fā)生了突變。

圖9 1957-2019年綏濱縣最大1 d和最大3 d降水量突變分析

4 澇災(zāi)及其影響因素

4.1 澇災(zāi)發(fā)生的概率

從現(xiàn)有統(tǒng)計資料可知,1980-2019年的40 a內(nèi)綏濱縣發(fā)生澇災(zāi)27次,澇災(zāi)發(fā)生率為67.5%。參考《黑龍江省綏濱縣澇區(qū)治理工程可行性研究報告》,受澇面積≥0.99 hm2[25]的澇災(zāi)40 a中有12次,為便于區(qū)分,本文將這12次澇災(zāi)稱為大型澇災(zāi)。因此,40 a內(nèi)大型澇災(zāi)發(fā)生率為30%。20世紀80年代發(fā)生澇災(zāi)的年份有：1981年、1983-1985年及1988年，共發(fā)生5次,均為大型澇災(zāi),澇災(zāi)發(fā)生率和大型澇災(zāi)發(fā)生率都為50%。20世紀90年代發(fā)生澇災(zāi)年份有：1990-1992年、1994年、1996-1999年，共發(fā)生8次,澇災(zāi)發(fā)生率為80%,其中大型澇災(zāi)3次分別發(fā)生在1991年、1998-1999年,發(fā)生率為30%。21世紀前10年內(nèi)都發(fā)生了澇災(zāi),澇災(zāi)發(fā)生率高達100%,其中大型澇災(zāi)2次分別發(fā)生在2005年和2009年,發(fā)生率為20%。21世紀10年代發(fā)生澇災(zāi)年份為：2013年、2016年和2018-2019年，共發(fā)生4次,澇災(zāi)發(fā)生率為40%,其中2013年和2019年為大型澇災(zāi),發(fā)生率為20%。

在此基礎(chǔ)上,將澇災(zāi)發(fā)生情況與年降水量、最大1 d和最大3 d降水量不同頻率雨量值相結(jié)合進行分析,其結(jié)果如表2所示。由表2可知,降水頻率80%的年降水量為421.8 mm,1980-2019年內(nèi)降水量大于421.8 mm的年份有32 a,其中有10 a發(fā)生了大型澇災(zāi),澇災(zāi)發(fā)生率為31.25%；在相同降水頻率下,最大1 d和最大3 d降水量分別達到34.4和43.3 mm,40 a內(nèi)最大1 d和最大3 d降水量分別大于34.4和43.3 mm的均有32 a,前者有11 a發(fā)生了大型澇災(zāi),澇災(zāi)發(fā)生率為34.38%,后者有10 a發(fā)生了大型澇災(zāi),澇災(zāi)發(fā)生率為32.25%；將降水頻率80%下的3個結(jié)果平均,得到澇災(zāi)發(fā)生率為32.29%。

由表2還可以看出,5年一遇降水量時澇災(zāi)發(fā)生率為45.77%；10年一遇降雨量時澇災(zāi)發(fā)生率為66.67%；30年一遇和大于30年一遇降水量情況下,澇災(zāi)發(fā)生率為100%。由此可以得出,大于等于30年一遇降水頻率下,澇災(zāi)發(fā)生頻率與年降水量、最大1 d和最大3 d降水量情況下的澇災(zāi)發(fā)生頻率相同；10～20年一遇降水頻率下,澇災(zāi)發(fā)生頻率大于最大1 d降水量時所對應(yīng)的澇災(zāi)發(fā)生頻率,小于年降水量情況對應(yīng)的澇災(zāi)發(fā)生率；小于10年一遇降水頻率下,澇災(zāi)發(fā)生頻率與最大3 d降水量所對應(yīng)的澇災(zāi)發(fā)生頻率相近。

表2 1980-2019年綏濱縣降水量特征與大型澇災(zāi)發(fā)生頻率

4.2 澇災(zāi)發(fā)生的原因

4.2.1 自然因素

(1)氣候原因。綏濱縣東、南、北三面為黑龍江和松花江環(huán)抱,境內(nèi)水系發(fā)育,河流縱橫。該縣屬中溫帶大陸性季風氣候區(qū),四季明顯,氣候多變。春季寒冷干燥；夏季多陣雨和雷陣雨,易出現(xiàn)洪澇災(zāi)害；秋季濕潤多雨；冬季寒冷漫長。區(qū)內(nèi)多年平均降水量為531.0 mm,降水年內(nèi)分布不均勻,6-9月降水量占全年降水總量的71.88%左右,由于降水集中,過量的雨水易造成土壤飽和與地表積水,不能及時排出,極易形成內(nèi)澇。

(2)地形地勢。綏濱縣位于平原區(qū),境內(nèi)多灘地、沼澤、泡塘等。地勢西高東低[37],地面平均比降在1/6000～1/10000左右,海拔高程大多在55～77 m之間,地貌形態(tài)屬于階地、高漫灘、低漫灘,一級階地分布于黑龍江與松花江之間較高的部分,地面高程為60～77 m；高漫灘分布于一級階地外圍與低漫灘之間,地面高程為58～62 m,為特大洪水淹沒區(qū)；低漫灘分布于黑龍江、松花江及其支流兩側(cè),地面高程為55～60 m,該區(qū)經(jīng)常被洪水淹沒。由于綏濱縣境內(nèi)地勢低平[36],比降小,多泡沼,不利于排水[44],因此當夏季多陣雨和雷陣雨時,降雨易滯蓄于低洼地區(qū)[45],無法及時排到外江,易形成澇災(zāi)。

(3)外江水位頂托。黑龍江由綏濱縣北部邊界流過,松花江是黑龍江右岸最大支流,流經(jīng)綏濱縣東部和南部邊界[46]。綏濱縣內(nèi)河流大多以雨水補給為主,河流徑流量年內(nèi)分布不均,黑龍江6-9月份徑流量占總徑流量的70%,松花江6-9月徑流量占總徑流量的58%,每年7-9月為夏汛洪水,徑流量大。由于綏濱縣境內(nèi)地形、植被及永凍層等良好的產(chǎn)流條件,加之夏季雨量充沛而集中,兩江都容易形成集中洪水。另外松花江綏濱段為平原性河道,地勢低平,水流緩慢,受黑龍江外水頂托,徑流下泄不暢,豐水年易發(fā)生洪澇。以2013年為例,綏濱縣最大1 d降水量30.7 mm出現(xiàn)在8月15日,此時黑龍江水位為58.67 m,松花江水位為61.65 m,外江水位已經(jīng)高于綏濱縣低漫灘區(qū),而此時境內(nèi)降水量大,受外江水位的頂托作用,內(nèi)水外排更加困難,這也是致澇因素之一。

4.2.2 人為因素

(1)下墊面變化。由相關(guān)文獻[47]、[48]可知,自建國以來,三江平原的耕地面積一直呈增加趨勢,濕地和水面面積都有所減少，圖10為1990-2019年綏濱縣水稻種植面積變化情況。由圖10可以看出,耕地面積從1990年的1 266.42 km2增加到2019年的1 727.99 km2,增長率為15.38 km2/a。20世紀90年代中期,三江平原的糧食種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化,由種植大豆、小麥為主逐步向種植大豆、玉米和水稻轉(zhuǎn)換,尤其是水田發(fā)展迅速[49]。1990-2014年水田呈波動增長趨勢,2015-2019年水田呈減少趨勢。1990年水稻種植面積占總種植面積的10.07%,到2014年水稻種植面積達到近30年來最大值,占耕地面積的88.67%。其中2010-2014年水稻種植面積呈快速增長趨勢,2016年為近5年內(nèi)面積最少的一年,占總耕地面積的76.36%。與20世紀80年代發(fā)生5次大型澇災(zāi)相比,近30年內(nèi)大澇災(zāi)發(fā)生次數(shù)減少。1990-1999年發(fā)生大型澇災(zāi)3次,此時段水稻種植面積占耕地總面積的平均比例為16.4%；2000-2009年發(fā)生大型澇災(zāi)2次,此時段水稻種植面積平均占比為38.86%；2010-2019年發(fā)生大型澇災(zāi)2次,此時段面積平均占比為79.25%。由此可知，2000-2009年大型澇災(zāi)發(fā)生次數(shù)少,一方面是由于水稻平均面積從20世紀90年代的220.65 km2增加到582.98 km2,另一方面是大雨和暴雨雨日呈減少趨勢、最大1 d和最大3 d降水量呈減小趨勢所致；雖然大雨和暴雨雨日近年有所增加,但由于近10年水田年均面積比前10年增加了774.07 km2,水田對雨水的調(diào)蓄作用更加明顯,導(dǎo)致澇災(zāi)發(fā)生率不足20世紀80年代的一半。

圖10 1990-2019年綏濱縣水稻及其他作物種植面積變化情況

(2)澇區(qū)治理工程。綏濱縣現(xiàn)有澇區(qū)治理工程始建于20世紀60、70年代,至今已有40多年,存在一系列問題導(dǎo)致工程無法滿足排澇需求。如治澇標準低、骨干工程排水標準偏低、溝道排澇標準不足3年一遇等,導(dǎo)致排水不暢；在原工程建設(shè)時,田間配套工程不完善,致使排澇工程未能完全發(fā)揮作用；工程建成運行后,骨干工程多年運行缺乏維護,溝道淤積及塌陷、防洪建筑物過流能力不足、排水能力下降等因素都加劇了澇災(zāi)的形成。

5 討 論

對1957-2019年綏濱縣的降水年際變化趨勢和M-K突變檢驗分析結(jié)果表明,年降水量呈增加趨勢,1979年為降水量趨勢轉(zhuǎn)折年份,1960-1979年降水量呈現(xiàn)減少趨勢,這與邢貞相等[50]的研究結(jié)果相似。不同的是本文認為1998年為綏濱縣年降水量由減少趨勢轉(zhuǎn)為增大趨勢的轉(zhuǎn)折年份,而邢貞相等[50]認為鶴崗市年降雨轉(zhuǎn)折年份為1997年,由于邢貞相等[50]的數(shù)據(jù)來源是水文站的氣象觀測數(shù)據(jù),再通過GIS中的泰森多邊形得到市級的年降雨數(shù)據(jù),此結(jié)果可能與綏濱縣氣象站實測數(shù)據(jù)有偏差。雖然轉(zhuǎn)折年份略有差別,但其增大和減少趨勢并無太大變化,因此認為本文結(jié)論與現(xiàn)有研究結(jié)論一致。

本文通過M-K檢驗法中UFk與UBk曲線是否存在交點來進行降水量突變年份判斷,但在一些研究中[51-54],將其與滑動t檢驗法相結(jié)合來確定突變點,以克服M-K突變檢驗分析當交叉點較多時出現(xiàn)虛假突變點的問題,兩種方法同時滿足顯著性時即可相互印證。在后續(xù)研究中,可用滑動t檢驗方法進一步驗證降水量突變年份。

本文通過參考《黑龍江省綏濱縣澇區(qū)治理工程可行性研究報告》中受澇面積≥0.99 hm2為大型澇災(zāi)的定義,進而進行了大型澇災(zāi)頻率分析。但在實際生產(chǎn)中,水田淹水時無法精準判別其為正常情況還是遭受了澇災(zāi),所以受澇面積的定義還需要進一步商榷。而且澇災(zāi)的等級劃分不能只通過單因素來確定,還應(yīng)該綜合考慮澇災(zāi)的受災(zāi)面積、減產(chǎn)面積、絕產(chǎn)面積、受災(zāi)人口、經(jīng)濟損失等因素,因此后續(xù)研究中可收集相關(guān)數(shù)據(jù)及其來源,進一步深入研究澇災(zāi)的等級劃分。

關(guān)于澇災(zāi)影響因素分析中,在已知近30年縣域內(nèi)耕地面積呈增長趨勢的情況下,由于沒有更詳細的澇災(zāi)數(shù)據(jù),無法將耕地面積與受澇情況進行匹配分析,所以后續(xù)需繼續(xù)探討耕地面積增加與澇災(zāi)數(shù)量變化的關(guān)系。

6 結(jié) 論

利用綏濱縣1957-2019年共63 a的逐日降雨量資料,通過線性傾向估計、M-K突變檢驗分析降雨量年內(nèi)年際變化、降雨量特征值和各量級雨日的變化趨勢和突變情況,將P-Ⅲ型頻率曲線降雨結(jié)果與澇災(zāi)發(fā)生情況相結(jié)合分析綏濱縣澇災(zāi)發(fā)生頻率及原因。主要結(jié)論如下：

(1)降水量年內(nèi)分布不均勻,夏季降水量占全年降水量的一半以上。年均降水量為531 mm,研究時段內(nèi)降水量總體呈增大趨勢,平均增幅為5.44 mm/10a,年降水量呈“減-增-減-增”的變化趨勢,研究時段內(nèi)未發(fā)生突變。

(2)小雨和大雨雨日隨時間呈減少趨勢,中雨和暴雨雨日隨時間呈微弱增多趨勢。研究時段小雨雨日的變化趨勢為“增-減-增-減”,中雨、大雨和暴雨雨日的變化趨勢均為“減-增-減-增”。小雨雨日的突變年份為2011和2016年,其余量級雨日均未發(fā)生突變。

(3)最大1 d降水量呈增加趨勢,平均增幅為0.083 mm/10a；最大3 d降水量呈減小趨勢,平均降幅為0.305 mm/10a。最大1 d和最大3 d降水量均呈現(xiàn)“減-增-減-增”的變化趨勢。最大1 d降水量未發(fā)生突變,最大3 d降水量在1981和1997年發(fā)生了突變。

(4) 1980-2019年內(nèi)澇災(zāi)發(fā)生率為67.5%,大型澇災(zāi)發(fā)生率為30%。當降水量大于等于30年一遇時,大型澇災(zāi)發(fā)生率為100%,且與年降水量、最大1 d和最大3 d降水量對應(yīng)的澇災(zāi)發(fā)生頻率相同；小于10年一遇降水頻率下,大型澇災(zāi)發(fā)生頻率與最大3 d降水量所導(dǎo)致的澇災(zāi)發(fā)生頻率相近。由于綏濱縣夏季降水量大；地形平坦,產(chǎn)流條件好；黑龍江和松花江夏季水位高,江水頂托以及治澇工程不完善,導(dǎo)致了縣域內(nèi)排水不暢,是澇災(zāi)發(fā)生率較高的主要原因。

(5)1990-2019年水田面積占耕地總面積的平均比例以每10年翻倍的速度增長,大型澇災(zāi)發(fā)生率在前10年為30%,后20年下降至20%。雖然縣域內(nèi)澇災(zāi)發(fā)生率居高不下,但由于水田面積大幅度增加,其對雨水的調(diào)蓄作用更加明顯,導(dǎo)致大型澇災(zāi)發(fā)生率與20世紀80年代的50%相比下降明顯。