德州市中长期降雨量变化特征初探

2015-12-15张洪亮

海河水利 2015年1期

关键词：德州市库区降雨量

张洪亮，王恒，李楠

（1.德州市水资源管理办公室，山东德州253014；2.德州市水利局河道工程管理处，山东德州253014）

德州市中长期降雨量变化特征初探

张洪亮1，王恒2，李楠1

（1.德州市水资源管理办公室，山东德州253014；2.德州市水利局河道工程管理处，山东德州253014）

利用德州市水文局1950—2010年50年降水量资料，采用回归分析、趋势线分析、5点滑动平均等方法对德州市近50年来降雨量的变化特征进行科学分析，得到了年降雨量、季节降雨量以及年代降雨量的变化特征，同时还得到了相应拟合方程并确定了其变化趋势。研究结果表明：德州市近50年来降水量变化存在下降趋势，春季降雨量表现出不断增加的趋势，夏季、秋季和冬季降雨量则表现出不断下降的趋势，季节降雨量最大值出现在夏季，最小值出现在冬季，20世纪60年代是近50年中降雨量最多的10年、80年代是降雨量最少的10年、其余各年代降雨量变化稳定（均在均值附近上下摆动）。

德州市；降雨量；变化特征

德州市位于山东省西北部、黄河下游北岸，处于东经115°45′～117°36′、北纬36°24′～38°0′。德州市属于温带季风气候，主要特点表现为：四季分明、冷热干湿界限明显，春季干旱多风回暖快，夏季炎热多雨，秋季凉爽多晴天，冬季寒冷少雪多干燥。年均降雨量560.1 mm，频率20%、50%、75%、95%分别为693.8、547.4、446.0、323.9 mm。

近50年来，德州市年降水量显著减少，并存在年际、年内和区域降水分布不均等问题，加大了洪涝和干旱的经济损失。目前，国内对多年降雨量变化特征分析较多，但对于德州市定位深入分析研究甚少。笔者根据德州市气象部门提供的近50年来各月降水资料系列，对德州市降水量的变化特征和变化趋势进行分析。

1 研究方法

为了科学分析全年的降水变化特征，根据气象学上的标准将全年划分为4个季节，分别是春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—次年2月）。研究过程主要采用回归分析、趋势线分析、5点滑动平均等方法。

2 降雨量变化特征分析

2.1 年降雨量变化特征

由图1可以看出，德州市近50年的最大降雨量出现在1964年，为1 049.8 mm；最小降雨量出现在1968年，为302.4 mm；近50年平均年降雨量为560.1 mm。从年降水量来看，德州市的降水表现出一定的规律性，除1964年发生特大降雨外，其余各年份降雨量均在平均降雨量附近上下摆动。用5点滑动平均法对年降雨量拟合，得到一元线性递减方程：

由式（1）可知，一元线性方程系数K=-2.287 2＜0，表明近50年来德州市年降雨量呈逐年下降的趋势。

图1 德州市近50年降雨量变化

2.2 季节降雨量变化特征

德州市春季平均降水量为75.2 mm，占全年降水量的13.4%；夏季平均降水量为378.9 mm，占全年降水量的67.6%；秋季平均降水量为90.7 mm，占全年降水量的16.2%；冬季平均降水量为15.4 mm，占全年降水量的2.7%。

采用5点滑动平均法对各季节降雨量进行分析，分别得到拟合方程。

从图2—5，可以得出以下结论：①春季降雨量表现出平稳增加的趋势，除1963年春季降雨量最大外，其余各年份均平稳变化；②夏季降雨量表现出下降的趋势，这与年降雨总量的变化趋势保持一致，说明德州市的夏季降雨量对全年降雨量贡献最大，其相关性最密切；③秋季降雨量表现出下降趋势，与夏季降雨量相比较，其下降速率较为缓慢，对年降雨量影响不大；④冬季降雨量表现出下降趋势，这也与当地气候密切相关，冬季随着气温的降低降雨量会逐渐下降，但在全球气候的影响下，冬季降雨量和降水量也在不断下降，这也是与实际情况相吻合的。

图2 德州市近50年春季降雨量变化

2.3 不同年代降雨量变化特征

德州市20世纪50年代年平均降水量为586.41mm；60年代年平均降水量为620.54 mm；70年代年平均降水量为596.49 mm；80年代年平均降水量为459.74 mm；90年代年平均降水量为559.51 mm；21世纪初期平均降水量为540.20 mm。

图3 德州市近50年夏季降雨量变化

图4 德州市近50年秋季降雨量变化

图5 德州市近50年冬季降雨量变化

由图6可知，20世纪60年代是近50年中降雨量最多的10年，贡献量最大的是1964年，这也是近50年中最大降雨量的年份；80年代是降雨量最少的10年，其平均降雨量低于平均降雨量560.1 mm；其余各年代降雨量变化稳定，均在均值附近上下摆动。根据拟合年代平均降雨量数据，得到递减线性方程：

由式（6）可知，一元线性方程系数K=-15.74＜0，表明各年代降雨量表现出一定的递减趋势，这与近50年来平均降雨量的变化趋势也是一致的。

图6 德州市近50年不同年代平均降雨量变化

3 结论

（1）德州市近50年来降水量变化存在下降趋势，最大值和最小值全部出现在20世纪60年代，分别是1964年的1 049.8 mm、1968年的302.4 mm，20世纪70年代—21世纪初期均没有出现较大、特大降雨量，近50年降雨量变化较为稳定。

（2）季节降雨量最大值出现在夏季，最小值出现在冬季，特别是夏季降雨量对全年降雨量贡献量最大。近50年来春季降雨量表现出不断增加的趋势，夏季、秋季和冬季降雨量则表现出不断下降的趋势，夏季降雨量的减少是导致近些年年降雨总量减少的主要原因。

（3）不同年代降雨量变化趋势同整个序列变化趋势一样，表现出逐渐减少的趋势。20世纪60年代是近50年中降雨量最多的10年，贡献量最大的是1964年，这也是近50年中最大降雨量的年份；80年代是降雨量最少的10年，其平均降雨量低于平均降雨量560.1 mm；其余各年代降雨量变化稳定，均在均值附近上下摆动。

图4 计算值与实测值对比

3 数值模拟结果与分析

对2012年全年的水库水动力特性进行了模拟，夏季水库流速分布如图5所示，冬季水库流速分布如图6所示。通过数值模拟发现，夏季由于来水量较多，水库内流速较大，最大流速为0.34 m/s，位于水库入口河道内。水流进入库区后，水面开阔，过水断面面积增加，流速减小，库区中部流速约为1.3 cm/s。夏季库区内水流流态较好，无环流出现，水流较平顺，这对增加水体交换能力提供了有利的水力条件。

冬季由于来水量较少，库区内整体流速较小，入口河道内水流流速为1.7 cm/s，库区内流速约为0.8 cm/s。冬季库区内水流流态较好，无环流出现，水流较平顺。但由于流速较小，对水体交换不利。