张家口察汗淖尔流域多年降水情况分析

孟子君

(河北省张家口水文勘测研究中心,河北 张家口 075000)

0 引言

降水是地表水资源的重要来源,降水情况时空分布差异较大[1-2]。降水及蒸发情况对水资源评价影响较大[3-4]。为了获取张家口察汗淖尔流域多年降水情况,为流域水资源评价提供参考,收集流域范围内多个水文站的降水资料。通过统计分析,对多年降水变化情况进行研究。

1 流域概况

察汗淖尔流域(河北省内)位于内蒙古高原的南缘西侧(河北省坝上西侧),北部康保县卢家营乡最高海拔1 550 m,南部尚义县八道沟镇最高(山脉)海拔1 560 m,东部康保县忠义乡最高海拔1 390 m,西部尚义县大营盘乡(察汗淖尔)最高海拔1 275 m。降水是察汗淖尔流域水资源的主要来源之一,是该地区水资源量的决定性因素。此次评估中,搜集了河北省张家口市察汗淖尔流域及周边地区的17个雨量站从建站到2016年的长系列实测资料。经过分析整理,发现察汗淖尔流域的降水量呈波动减小趋势,20世纪80年代开始,减少趋势显著。年内降水季节性分配极不均匀,6-9月降水量最大,10月至次年2月降水量较少,然而6-9月降水量占比有减少趋势。

2 降水情况分析

2.1 降水量年际变化趋势分析

此次评估中17个雨量站(以下图中称“全”),包括属于察汗淖尔流域内的芦家营、大囫囵、李家地、邓油房、大苏计、大青沟水库、哈拉沟等7个全年雨量站(以下图中称“内”),以及察汗淖尔流域周边地区的满德堂、康保、丹青河、土城子、公会、海流图、单晶河、大河、套里庄、尚义等10个全年雨量站(以下图中称“外”)。流域外的雨量站数据丰富了研究内容,对察汗淖尔地区降水量变化研究有指导作用。由图1分析知,察汗淖尔流域内雨量站数据与周边雨量站降水量数据高低变化基本一致,年降水量大致有减小趋势,察汗淖尔流域内的雨量站平均多年降水量减小趋势比流域外的雨量站显著。

图1 降水量年际变化对比图

不同时期降水量变化不同,如图2所示,通过分析上世纪50年代以来逐个年代的各站的平均降水量,发现察汗淖尔流域内外雨量站不同时期的降水量丰枯情况变化一致,80年代开始降水量明显减少,1980-2010年间年降水量有显著减少,2010年以后减少的趋势放缓。相比50-70年代,平均年降水量80年代平均减少30 mm,90年代平均减少10 mm,21世纪00年代平均减少20 mm,10年代平均减少5 mm。图1与图2对比也可以发现,1980年以后,降水量减小趋势更加明显。所以,1980年以来,降水的变化较大。

图2 不同年代平均降水量

察汗淖尔流域内各区域的多年平均年降水量值是340～380 mm,降水量值由东南向西北递减,西北部降水量偏小,即河北境内察汗淖尔中部区域的降水量小于外部。

2.2 降水量年内分配变化趋势分析

流域多年平均降水量为359.0 mm,降水量年内分配极不均匀,季节性差异很大。其中连续最大四个月(6-9月)降水量约占全年总降水量的70%～80%,7-8月降水量占全年的50%左右;3-5月降水量占全年总量的10%～20%;10-次年2月降水量较少,这5个月降水量占比不超过10%,且这其中的降水一般主要以10月为主,见图3。

图3 流域内多年降水量平均年内分配

2.3 年降水量的计算

张家口市察汗淖尔流域内各乡镇降水量采用等值线量算法计算,共选用1956-2016年系列的雨量站17处。计算方法是首先根据各雨量站资料系列计算得到年平均降水量,依据降水量特征资料,结合地形影响,绘制年降水量等值线图,然后分别量算各乡镇年降水量。

2.3.1 年降水量的计算

计算公式

(1)

式中:Xp设计年降水量(mm);X区域年降水量均值(mm);Kp模比系数。

若设计区域面积较小,区域内等值线少,值可直接在区域重心处用内插法查读。若设计区域面积较大,等值线多,则应采用加权法计算。先分别求出相邻两等值线间的均值,再量算出两等值线间的面积,二者乘积之总和再除以区域总面积。即:

(2)

式中:X区域年降水量均值(mm);fi区域内相邻两等值线间的面积(km2);xi平均年降雨量(mm);F设计区域总面积(km2)。

2.3.2 年降水量计算结果

由1956-2016年降水量计算结果得知,河北省张家口市察汗淖尔流域多年平均降水量为359.0 mm。变差系数Cv平均为0.23,偏差系数(Cs)与变差系数(Cv)的比值为2.5,年降水量偏丰年P=20%的降水量为427.2 mm,平水年P=50%的降水量为351.8 mm,偏枯水年P=75%的降水量为301.6 mm,枯水年P=95%的年降水量为236.9 mm。河北省张家口市察汗淖尔流域内14个乡镇中,多年平均降水量以尚义县八道沟镇最大,为373.9 mm;康保县芦家营乡最小,为350.1 mm。河北省张家口市察汗淖尔流域各乡镇降水量成果见表1。

表1 河北省张家口市察汗淖尔流域各乡镇降水量成果表

3 蒸发

蒸发是影响区域水资源的重要气象因素,尤其对湿地尤大,所以蒸发是地区水资源量除降水之外的另一个决定性因素。此次评估收集到河北省尚义、张北和康保3个蒸发站从建站到2016年的长系列实测蒸发皿蒸发资料。经过分析整理,发现察汗淖尔流域的蒸发年内变化主要受气温和相对湿度的影响,呈单峰性分布,4-7月蒸发量较大,同时,在影响潜在蒸发的多种因素作用下,年蒸发量有减少趋势。

3.1 蒸发数据的“三性”检验

此次评估蒸发数据来源于张北、尚义、康保三个蒸发站从建站以来所有的实测铜质Ф20口径蒸发皿蒸发量(mm)数据,通过同站长系列和同年各站的对比分析,修正了个别异常极值,插补了个别缺失数据,数据的可靠性、一致性和代表性满足进一步分析、计算的要求。

3.2 蒸发数据分析

受年内各月的气温、降水和风的变化影响,蒸发量在年内的分配不均,为了研究各站的年内蒸发规律,对三站多年平均各月蒸发皿蒸发资料进行统计,该流域铜质Ф20口径蒸发皿与E601蒸发器转化系数为0.6～0.7。

根据6-9月两种仪器的换算比值并结合经验,本次采用折算系数为0.64,结果如图4、图5、图6,尚义、张北和康保3个站的蒸发量分别为1 170 mm、1 166 mm和1 124 mm。

图4 尚义多年平均月蒸发量统计

图6 康保多年平均月蒸发量统计

由图可知,三个站的蒸发规律一致,年内形成以5月蒸发量为峰值的单峰型分布。4-7月是蒸发量最大,约占全年总蒸发的57%,其中5月蒸发量最大,6月次之;11-12月、1-2月蒸发量最小,约占全年总蒸发的9%,其中1月最小,12月稍多于1月。因此,该区的蒸发主要受气温、相对湿度和风等影响,冬季温度低,蒸发以升华和少量的蒸发为主。春夏季温度较高,蒸发量较大,同时夏季相对湿度增加、风力减弱的影响强于温度升高的影响,所以5、6月蒸发大于7、8月蒸发,且5月蒸发量最大,6月次之。

4 结语

通过收集流域范围内17个水文站的降水、蒸发数据,经统计分析:察汗淖尔流域多年降水量年际变化较大,年内分配极不均匀,季节性差异大。自1980年以后,察汗淖尔流域降水量减小趋势显著。通过计算察汗淖尔流域多年平均降水量为359.0 mm。变差系数Cv平均为0.23,偏差系数(Cs)与变差系数(Cv)的比值为2.5。流域范围蒸发特征较为一致。