漓江上游小溶江水库流域降雨变化分析

许景璇

（桂林水文中心，广西 桂林 541000）

0 引言

桂林是享誉中外的旅游胜地，漓江是桂林风景的灵魂，然而漓江流域汛期洪涝灾害频发，严重影响桂林旅游的发展。近年来，漓江上游建成青狮潭、斧子口、川江和小溶江等水库，形成漓江上游水库群。水库群联合调度，共同发挥拦蓄洪水、错峰泄洪等功能，桂林城区的防洪压力得以减轻。

降雨是导致漓江流域洪涝灾害的重要影响因素，在全球气候变暖和人类活动加剧的背景下，漓江流域降雨变化特征更趋于复杂。目前，国内关于不同区域降雨变化特征的分析已有许多的研究成果，而关于漓江上游水库流域气候变化特征的相关研究较少。小溶江水库作为漓江上游重要水库之一，其运行调度在漓江上游水库群防洪调度中发挥着举足轻重的作用。故深入研究小溶江水库流域降雨变化特征，探讨漓江流域气候变化对于水文水资源的影响以及进一步制定流域防洪对策具有重要现实意义。鉴于此，本文基于漓江上游小溶江水库流域1979-2018年的降雨资料，采用线性趋势、Mann-Kendall分析法和小波分析法等分析其趋势、突变及周期特征，以期为漓江流域防洪调度及生态环境保护提供科学依据。

1 研究区概况

漓江属珠江流域西江水系，为西江支流桂江上游河段的通称，位于广西壮族自治区东北部，发源于桂林市兴安县西北部的猫儿山，自北向南依次流经兴安县、灵川县、桂林市城区、阳朔县和平乐县，漓江上游是指桂林水文站以上的河段，主要由干流大溶江以及灵渠、小溶江、甘棠江、桃花江、南溪河等支流组成，是桂林市的重要水源地[1]。

漓江上游现在主要有青狮潭、小溶江、川江、斧子口4座大中型水库，4座水库联合运行，汛期洪水调度，枯水期补水调度，可使桂林市的防洪标准提高至100年一遇[2]。

图1 研究区域及雨量站点分布图

2 数据来源与分析方法

（1）数据来源。选用小溶江水库流域内金石、砚田、塔边3 个雨量站40年（1979-2018年）的降雨资料对漓江上游小溶江水库流域的降雨变化进行分析。

（2）分析方法。对小溶江水库流域内3个雨量站40年的降雨资料进行趋势变化、突变特征及周期特征的研究。采用线性趋势、Mann-Kendall 趋势分析法[3]进行趋势分析，通过Mann-Kendall 突变检验法[4]进行突变检验，应用小波分析法[5]进行周期分析。

3 结果与分析

3.1 降雨变化趋势分析

采用线性趋势分析法对金石、砚田、塔边雨量站的降雨序列进行趋势分析，结果见图2。

图2 小溶江水库流域降雨变化趋势图

表1 小溶江水库流域降雨变化趋势显著性检验结果

由图2 可知，1979-2018年小溶江水库流域内金石雨量站的降雨呈下降趋势，下降速率为1.73，年降雨量平均值为2 641.6 mm，最大值出现于1998年，最大降雨量多达3 650.1 mm，最小值出现于2007年，最小降雨量仅为1 943.0 mm。而砚田、塔边雨量站的降雨均呈现上升趋势，上升速率分别为12.44 和26.24，砚田站年降雨量平均值为2 805.0 mm，最大值出现于2015年，最大降雨量为3 885.5 mm，最小值出现于2007年，最小降雨量为2 047.0 mm；塔边站降雨量平均值为2 622.0 mm，最大年降雨量为2015年的3 831.5 mm，最小年降雨量为2007年的1 411.9 mm。

采用Mann-Kendall 趋势分析法进一步分析小溶江水库流域内金石、砚田、塔边雨量站降雨变化趋势的显著性程度，分析结果见表1。经计算，在显著性水平α=0.05时，金石、砚田、塔边雨量站降雨量的Mann-Kendall 秩相关检验值U分别为-0.027、1.563和3.444。说明金石站的降雨呈不显著的下降趋势，砚田站的降雨呈不显著的上升趋势，塔边站的降雨呈上升趋势且上升趋势显著。

3.2 降雨突变分析

采用Mann-Kendall 突变分析法对金石、砚田、塔边雨量站的降雨序列进行突变分析，结果见图3。

由图3 可知，金石站降雨序列的UF 曲线和UB曲线在1991年之前、2000年和2017年前后均出现相交现象，考虑到1991年之前太过靠近于序列前端，而2017年则太靠近序列末端，作为突变年则结果可靠性不强，所以将2000年作为金石降雨出现突变的时间较为合理。对砚田站的降雨序列进行Mann-Kendall 突变分析发现，曲线UF 和曲线UB相交于2011年，表明砚田降雨序列突变点为2011年。塔边站降雨序列的曲线UF 和曲线UB 在1989年存在明显的相交现象，表明塔边降雨序列在1989年发生突变。

图3 降雨突变分析结果图

3.3 周期分析

采用小波分析法对金石、砚田、塔边1979-2018年降雨序列进行周期性研究，首先对降雨序列的小波系数实部值进行计算，利用Matlab 软件对其进行进一步处理和修饰，得到图4 的降雨小波系数实部等值线图，其中横坐标表示年份，纵坐标表示时间尺度即周期，由此可以观察降雨序列在逐年尺度下的变化特征。

图4 降雨小波系数实部等值线图

由图4 可知，金石站降雨存在3～10 a、17～24 a周期，砚田站降雨存在2～6 a、16～21 a 周期，塔边站降雨存在5～8 a、15～23 a周期。

绘制小波方差图，通过小波方差进一步分析金石、砚田、塔边降雨序列的主周期，从而揭示降雨序列的变化情况，结果见图5。由图5可知，金石站降雨小波方差存在两个比较明显的峰值，依次为8 a和23 a，其中23 a所对应的峰值最大，说明23 a周期震荡最强，为金石站降雨序列的第一主周期，8 a 尺度对应的峰值次之，则8 a时间尺度为第二主周期；同理，砚田站降雨小波方差的第一主周期为19 a，第二主周期为5 a；塔边站降雨小波方差的第一主周期为22 a，第二主周期为17 a，第三主周期为6 a。

图5 降雨小波方差图

4 结论

（1）通过线性趋势分析法和Mann-Kendall 趋势分析法得出，1979-2018年小溶江水库流域内，金石站降雨呈不显著的下降趋势，下降速率为1.73；砚田站降雨呈不显著的上升趋势，上升速率为12.44；塔边站降雨呈显著的上升趋势，上升速率为26.24。

（2）经Mann-Kendall 突变检验，初步判定金石、砚田、塔边3个雨量站的降雨序列分别在2000、2011年和1989年发生突变。

（3）采用小波分析法对金石、砚田、塔边1979-2018年降雨进行周期性研究，结果表明，金石站降雨存在3～10 a、17～24 a 周期，其中23 a 为金石降雨序列第一主周期，8 a 为第二主周期；砚田站降雨存在2～6 a、16～21 a周期，第一主周期为19 a，第二主周期为5 a；塔边站降雨存在5～8 a、15～23 a周期，第一主周期为22 a，第二主周期为17 a，第三主周期为6 a。