长江上游甘孜流域历史降雨时空变化分析

蒲 娅，朱 朋

（长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局攀枝花分局， 四川 攀枝花 617000）

1 研究区概况

甘孜流域为长江流域上游的一部分， 流域面积约3.28万km2。 流域内海拔3343～5813m，以高海拔山区为主，地处川西高原气候区，流域内降雨主要集中在5—10月，多年年均降雨量596.8mm。由于该流域海拔高差较大，且为峡谷地形，适合开发水力资源，因此修建了一系列水电站，为流域内居民供电［1］。 降雨变化会影响到流域内水电站群的发电效益， 严重的情况会影响到水电站群的安全运行。 本文根据流域内降雨站点的降雨数据， 分析甘孜流域1980—2018年间降雨的时空变化趋势， 为流域水电站群的运行策略制定提供数据支撑［2-3］。

2 研究方法及数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 趋势分析法

趋势分析法［4］是指通过对有关指标的变化趋势进行分析，找到该指标的发展方向的一种研究方法的总称，比较常用的为回归方法。 本研究只针对降雨这一要素进行趋势变化分析，因此，选用适用于单变量趋势分析的一元线性回归法， 对流域内3个降雨站点的降雨数据进行趋势分析。 一元线性回归模型如下：

式中 y为因变量的值；x为自变量的值；b为常数项。

本研究中，为研究降雨随时间变化的趋势，以年份为自变量，年降雨量为因变量，分析年降雨量的历史变化趋势。

2.1.2 突变检验法

常见的突变检验分析方法有Mann－Kendall检验法、有序聚类法、滑动T检验法和R/S检验法等［5］。 其中，Mann－Kendall检验法［6］具有以下特征：①不需要对数据序列进行分布检验，不用剔除极值；②允许数据序列存在缺测值，可为不连续的序列；③其主要分析对象为数据序列的数量级，而非数据本身；④对时间序列检验时，不用考虑其是否为线性趋势。基于以上四点，该方法获得了世界气象组织的推荐，在世界各地被广泛应用，具有一定的权威性。 因此，本研究选用Mann－Kendall检验法对流域内3个降雨站点的降雨数据进行突变检验。

Mann－Kendall的原理为利用符号规则：

将时间序列X构造为一个秩序列：

假设时间序列随机独立，则可定义统计量：

再将序列按降序排列，构造统计量，从而形成统计量U的双曲线，给定显著性水平a=0.05，当两条曲线交点位于置信区间［－1.96，1.96］时，则可将对应的时间点作为可能的突变点。

2.2 数据来源

本研究所使用的数据下载于中国气象数据网，根据坐标筛选，甘孜流域内降雨站点有3个，其站点编号分别为：56034，56038，56146。 所获取的降雨数据尺度为日尺度， 时间范围为1980年1月1日—2018年12月31日。 降雨站点的空间分布如图1。

图1 流域概况图

3 结果

3.1 降雨时空趋势变化分析

由图2和图3可知， 流域内3个降雨站点的降雨变化趋势均为增加。 年均降雨量从上游的56034站（528mm）往下游的56146站（662mm）逐级增加，表明流域内降雨量存在空间差异性。 1980—2018年间，56034，56038 和56146 号 站 点 的 年 降 雨 量 分 别 以0.684，1.9553，0.8313mm/a的速度增长。 其中，56034号站点的变化趋势较为明显，呈现先下降，后增加的趋势，但整体仍表现为增加。 而56038和56146号站点变化趋势则没有56034号站点明显， 其变化较为散乱，整体为增长趋势。 需要通过进一步的突变诊断分析其变化趋势。

图2 甘孜流域1980—2018年降雨趋势分析

图3 甘孜流域1980—2018年降雨量统计

对于月均降雨而言，从图4可看出：每个站点的各月降雨分配都比较相似，降雨量主要集中在5—10月，而11—4月降雨量较少。 整体来说，56146站点的各月降雨量在3个站点里基本都是最高的，说明该站点全年降水都比其他两个站点要多。 56034站点和56038站点降雨最多的月份为7月，而56146站点降雨最多的月份为6月，且明显高于其他月份。

结合图1～图4可发现， 流域内上游降雨量最少，下游降雨量最多，中游降雨量介于上下游之间。 流域内降雨整体变化趋势为逐年增加， 并且中游的降雨量增加趋势最为明显。 造成这种现象的原因可能是流域通过径流将上游水资源输送到下游， 使下游水量增加，加速了下游的水循环过程，使其降雨增加。

图4 各站点月均降雨量

3.2 M-K检验

根据Mann-Kendall检验法，甘孜流域内3个降雨站点的年降雨数据被用来进行突变诊断， 结果如图5。可以发现：56034站降雨的M-K检验结果中，UFk和UBk线出现多次交叉，分别在1982，2011，2015， 2017年，且都在置信区间内，说明该站点的降雨变化趋势发生了4次转变。 56038站降雨在2016年发生一次突变，其变化趋势在该年发生了改变。 而对于56146站降雨而言，其交点较多，总共有11个交点，结合图2中该站点降雨时程分布， 可发现该站点逐年的降雨波动极大，对检验结果有一定影响。综合图2和图5，可认为该站点降雨突变点为1990和2000年。

图5 甘孜流域1980—2018年降雨M-K检验

4 结语

甘孜流域内降雨自1980—2018年， 整体呈现上升趋势。 上游、 中游和下游的年降雨量分别以0.684，1.9553，0.8313mm/a的速度增长。 流域内降雨主要集中在5—10月，而且逐月降雨和年降雨量的空间分布具有相似性。经M-K突变检验，上游站点降雨突变年份为1982，2011，2015，2017年，中游站点突变年份为2016年，下游站点突变年份为1990和2000年。面对逐年增长的降雨量， 流域内径流量将出现一定增长，能带来一定的发电效益。