新安江上游流域降水时空分布及变化特征研究

钟维斌

（黄山水文水资源局,安徽 黄山 245000）

降水作为区域水资源的输入项,其异常是区域水旱灾害的直接驱动[1]。分析研究降水量的时空分布和变化趋势,按照其变化特点,可为农作物的种植、采收提供更准确的时间定位,对农业经济长足发展提供有力支撑；为城市水资源分配提供依据,保障城市生活供水质量；能够推测、监测未来的降水情况,有助于调整供水需求,建立相应的预警措施。同时探究不同等级降水量的变化趋势和特征,可以预警突发性强降水,避免水位激增、城市积水,人为调节水位平衡,有助于对雨涝灾害进行预防,做好相应的抗灾工作,为民众疏散、救援、改进防洪措施等工作提供参考,减少国家经济损失[2]。

1 流域概况

新安江上游流域地处安徽省南部。属亚热带湿润季风气候,四季分明,气温年平均值在15.8℃～17.9℃之间；雨量充沛,多年平均降水量1869.5 mm,年降水日数在120 天～200 天,主要集中在3 月～6 月份；湿度较大,年平均相对湿度在80%左右,夏季最大,春秋季次之,冬季最小。流域地形总的为西高东低,海拔范围在86 m～1630 m 之间。水系双支：南支正源率水、北支横江,见图1。率水为新安江正源,发源于皖赣两省交界的五龙山脉怀玉山主峰六股尖,最高海拔1630 m,流域面积1522 km2,河道长度138 km；横江发源于黟县五溪山脉的白顶山,海拔高程1130 m,流域面积997 km2,河道长度75 km,至断面上游3500 m 处汇入率水,率水与横江汇合后始称新安江。

图1 新安江上游流域水系图

2 数据选取

分析资料选用屯溪、上溪口、黟县、休宁雨量站1956年～2020年,岩前雨量站1957年～2020年,五城雨量站1958年～2020年,呈村雨量站1976年～2020年实测降水数据。

3 降水量时空分布

3.1 时间分布

3.1.1 年际变化规律

降水量年际变化包括年际间的变化幅度和多年变化过程[3]。年际变幅通常用年降水量极值比以及年降水变差系数CV来表示；多年变化过程主要指降水丰、平、枯及连丰、连枯的周期变化特征,其分析方法主要有差积曲线法和均值比较法。

使用1956年～2020年7 个雨量站点降水数据,资料年限不足站点通过与邻近长系列雨量站建立相关关系,插补延长补齐降水资料,再使用泰森多边形法计算流域多年面雨量,绘制多年平均面降水量变化过程线,见图2。本流域多年平均面降水量为1869.5 mm,折合水量为49.9 亿m3,年最大降水量为2698.0 mm 发生在1999年,年最小降水量1132.8 mm 发生在1978年,年际间极值比为2.38,年降水变差系数CV为0.20,年际变化较大,多年降水量整体呈现缓慢增加趋势。

图2 多年平均面降水量变化过程线

利用多年面降水数据绘制差积曲线图,见图3,可知本区年际降水呈丰、枯周期性交替变化,交替变化周期在8年～13年,平均交替周期为11年,具体变化情况见表1。

表1 流域面降水量不同时间系列均值统计表

图3 降水差积曲线图

3.1.2 年内变化规律

本流域地处亚热带边缘,距海较近,常为冷暖气流交汇处,同时受季风影响,春暖多雨、梅雨显著、秋伏多旱[4]。

年内各月降水量分配不均,主要集中在3 月～7 月,约占全年降水量65%。年内最大月降水量出现的6 月,约占全年的18%；最小月降水量在12 月,仅占全年的3%,月极值比6.2。流域多年平均面降水量月分配见表2。

表2 多年平均面降水量月分配表

3.2 空间分布

3.2.1 地区分布规律

绘制流域多年平均降水量等值线见图4。该区域有两个暴雨中心,主暴雨中心在皖赣交界的流口～阳台一带,多年平均降水量在2200 mm 以上；次暴雨中心在黄山西南的芳田附近,多年平均降水量2000 mm 左右,一个降水低值区在休宁～屯溪一带,多年平均降水量约为1800 mm。整体呈现西向东、上游向下游、山地向盆地递减的趋势。主要成因是本流域为山区性流域,山地倾斜、山峰陡峻,面对季风的来向十分有利于低空气流水汽抬升切变为暴雨天气,形成暴雨中心。而在地势较低处,水汽受到周围山体阻滞,不足以抬升形成抬升雨,此区域为降水低值区。

图4 流域多年平均降水等值线图

3.2.2 垂直分布规律

在同一地理位置上,地形高程较大的地方降水量一般比地形高程较低的地方降水量大[5]。

使用流域内21 个雨量站点1972年～2020年平均降水量与高程建立关系,分析研究降水在垂直方向上的分布规律,见图5。可以看出降水量随海拔升高而增大,两者具有线性相关关系,横江流域相关系数R2较高达0.89 为强相关关系；而率水流域为弱相关关系,相关系数R2为0.62。其他无雨量站点地区的降水量可以通过两个流域高程～降水量关系线推求。

图5 多年平均降水量与高程关系图

3.3 不同降水等级的降水天数分析

3.3.1 年际变化规律

选用屯溪雨量站作为流域代表站,对降水天数变化进行分析,多年降水天数变化过程见图6,降水天数明显有减少趋势,减少速率为5.9 d/10 a。

图6 多年降水天数变化趋势图

根据日降水量的大小,可以将降水分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨6 个级别[6],其对应的日降水量见表3。

表3 雨量等级划分

对1956年～2020年65年间不同等级降水天数进行统计见表4。通过该表可以看出,小雨是主要的降水等级,平均每年104 天,最多为150 天,最少为74 天,各年下小雨的天数主要分布在88 天～115 天之间,即全年有1/4～1/3 的天数在下小雨；极值比为2.03,年际变化幅度较大。其次是中雨,每年降水天数主要分布在 27 天～35 天之间,平均每年下中雨天数为31 天,极值比为1.72,年际间的差异相对小些。再次为大雨,每年降水天数主要在11～18 天之间,极值比为5.00,年际间差异最大。暴雨和大暴雨年次数都较少,暴雨平均每年出现5天,而大暴雨有43%的年份未出现。

表4 各年不同等级降水天数

绘制各年不同等级降水天数变化图,并形成线性趋势变化线见图7。可以看出,小雨、中雨降水天数波动不明显,大雨、暴雨及大暴雨降水天数波动明显；小雨降水天数整体呈现下降趋势,递减速率为6.5 d/10 a,中雨多年降水天数变化趋势线与均值线基本一致,大雨、暴雨及大暴雨均呈上升趋势,特别是暴雨上升趋势明显,上升速率为0.3 d/10 a。

图7 各年不同等级降水天数变化趋势图

3.3.2 年内变化规律

统计分析各月不同等级降水天数见表5。可知新安江上游流域降水天数主要集中在3 月～6 月,占全年降水天数的42%。各月降水均以小雨为主,3 月小雨降水天数最多。大雨以上级别降水天数从3 月开始明显增多,至6 月达到极大值共有286 天。暴雨、大暴雨易发在4 月～7 月,占多年发生天数的79%,故防大汛重点时期在4 月～7 月。

表5 各月不同等级降水天数

4 结论

通过对新安江上游流域降水分析研究,发现此流域降水丰沛、水资源丰富。

1）流域降水量时间分布不均,年际降水量呈丰枯周期性交替变化,变化周期约为11年,年内降水量主要集中在3 月～7 月。

2）流域降水量空间分布差距大,平面空间上呈现上游向下游递减的趋势,而垂直空间上降水量随海拔升高而增大。

3）流域每年降水以小雨为主,中雨为辅,大雨、暴雨及大暴雨相对较少。从趋势分析来看,降水天数呈减少趋势,主要是小雨降水天数减少明显；大雨、暴雨及大暴雨呈现上升趋势,极端气候易发频发,需引起关注。

4）流域降水天数主要集中在3 月～6 月,占全年降水天数的42%。暴雨、大暴雨易发在4 月～7 月,占多年发生天数的79%,防大汛重点时期在4 月～7 月。