石油河玉门市水文站降水量年际变化分析

摘 要：选取石油河玉门市水文站1979—2022年降水资料，计算分析了降水时程分布特点及年内分配规律，并计算分析降水统计参数、频率计算、典型年确定等，基本反映玉门市站降水特点及石油河流域出山口降水的基本规律，为该流域中下游防汛抗旱提供了基本的水文统计资料。

关键词：降水量；频率；统计参数；典型年降水量

中图分类号：P426.614 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）05–0-03

石油河发源于祁连山区肃北蒙古族自治县分水梁山与海拔5 010 m的石油河脑和海拔4 924 m的雅儿河脑，原玉门市区（老君庙）以上干流长80 km，在上赤金分成小石河子、东河、西河、清水河等数条河流；在下赤金堡又称赤金河。石油河全长220 km，流域面积656 km2，多年平均流量0.86 m3/s。石油河径流以冰川、积雪融水和山区降水补给，年均径流量0.848亿m3。

石油河代表站为玉门市水文站，于1954年11月设站，1960年4月撤销，1977年7月重新设立，位于甘肃省玉门市老市区老君庙，流域面积656 km2，1977年观测至今。下游赤金堡站1955年设立，1960年撤销，资料不全[1-3]。

1 降水量的时空分布

1.1 降水量的时空分布特征

石油河玉门市水文站降水时空分布特点与疏勒河流域降水时空分布特点一致，属于大陆性干旱半干旱气候，主要受到来自西伯利亚的冷空气和局部天气的影响，全年气候干燥冷热变化剧烈，表现为汛期（5—8月）降水量相对较多而集中，春季雨水少而不稳定，冬季降雪不均的特点。测试站海拔在2 000 m以上，5—8月有较强的气旋交锋，易产生暴雨，引发洪水，且每年6月气候最不稳定，如历年最大日降水量为2000年6月25日101.6 mm[4-5]。

1.2 降水量的时空分布规律

据玉门市站1979—2022年降水资料，汛期连续最大4个月的降水量均为5—8月，占年降水量的53.7%～95.1%，连续枯季5个月的降水量占年降水量的8.9%～18.0%，冬季3个月降水量为0.4～22.6；最大月降水量出现在7月或8月，占年降水量的5.3%～45.8%，最小月降水量出现在12月，占年降水量的0.0%～11.6%。

从各月降水量多年平均年内分配统计表（表1）可知，连续最大4个月为5—8月，累计降水量为132.9 mm，占年降水量67.9%。

2 降水量的年际变化规律分析

2.1 降水量年际变化

根据本站1979—2022年年降水资料，并点绘年降水量过程线，从图1中可以看出：

年降水量随时间变化呈锯齿形状，且年际分布变化极不均匀，年降水量＞250 mm的年份有7次，＜150 mm的年份有8次，150～250 mm之间的年份有19次。

年降水量随时间的线性关系为：y=-1.150 4 x+2 493.2（R2=0.065 1）。揭示1977—2022年石油河玉门市水文站降水量变化趋势呈减小趋势。"年降水量自2010年以来，年降水变化比较剧烈，且年降水量变差较大。

2.2 降水量的年际变化规律

点绘玉门市站年降水量模比数差积曲线（图2），年降水量的丰枯变化过程明显，差积曲线的斜率上升表示年降水量处于偏丰或丰水段，差积曲线的斜率下降表示年降水量处于偏枯或枯水段，差积曲线斜率没有变化表示年降水量处于平水段。

一方面，玉门市站差积曲线的斜率下降速度较快，表明年降水量处于偏枯或枯水阶段；另一方面，表明年降水量呈现急剧震荡减少下行的趋势，并且在这一过程中有上升的可能，出现阶段性的降水量颇丰年份。从图2可以看出，均线上、下重要拐点的连线所形成的两条直线，是玉门市站的降水丰枯能力外包线，显示了降水丰枯极值化，对了解降水丰枯年份分布规律具有指导作用。

2.3 降水量年际的各月变化规律

第一，通过点绘历年各月降水量过程线图，发现5—9月降水量和5—9月累计降水量过程线均线都呈下降趋势，5、9月下降的速度较慢，6—8月下降速度较快，并且呈现间歇性向上跳跃反弹的能量趋势；近几年汛期各月降水量过程线表明降水量偏少，根据间歇性跳跃规律分析，预示着未来各月降水量有可能会增加，尤其是5、6月过程线来看，将是降水量偏丰的年景。具体历年各月降水量过程线线性关系如表2所示。

第二，通过点绘历年各月降水量过程线图，发现降水量1—5月和10—12月累计降水量过程线均线都为上升趋势，1—5月上升的速率较慢，10—12月上升速率较快；从非汛期时序10—12月到1—5月排列看出，降水量过程也是递减的一个过程，并且呈现间歇性向上跳跃反弹的能量趋势。根据间歇性跳跃规律分析，预示着未来各月降水量有可能会增加，将是降水量偏丰的年景。历年各月降水量过程线线性关系如表2所示。

2.4 降水量的年际变化特征分析

降水年际变化的总体特征常用变差系数Cv值或年极值比（最大、最小年降水量的比值）来表示，能反映一个地区降水过程的相对变化程度，Cv值（或年极值比）大表示降水的年际变化剧烈，Cv值小（或年极值比）表示降水的年际变化相对稳定。

2.4.1 降水特征参数的计算

降水总体特征统计参数为均值x，变差系数Cv，偏差系数Cs。实际工作中3个参数的确定方法如下：

x=xi（1）

Cv=（2）

式（1）、式（2）中：Ki=xi / x，Ki称为模比系数或变率。

由于实际观测资料的序列长度较短，实践证明用理论公式计算偏差系数误差较大，常用Cs/Cv的倍比关系通过经验频率（点据）与理论频率曲线配合最佳的方法确定，公式如下：

Cs/Cv=k（3）

式（3）中，k的取值范围一般为0.5～4.0。

石油河玉门市站降水量特征值统计（1979—2022年）如表3所示。从表3中可以看出，均值为191.8 mm，Cv值0.33；最大年降水量为1979年360.0 mm，最小年降水量为1997年107.0 mm，年极值比3.36。Cv值或年极值比在年际变化中有显著的变差，具有较强的区域特点。

2.4.2 降水经验频率分析

选取1979—2022年降水资料做经验频率曲线（图3），降水变量xi为纵坐标，以累积频率为横坐标，将各个x对应的频率点绘在坐标中，即得出了经验频率（点据）。频率计算公式如下：

P=（4）

式（4）中：P为排序中第m个序列对应的经验频率，m为排序后序列号数；n为资料的序列长度。经验频率计算成果如表4所示。由此可见，1979年年降水量是50年一遇。

3 典型年降水量分析

通过对石油河玉门市水文站1977—2022年降水资料频率计算分析，按照代表站典型年降水量的年内分配计算统计，选择了偏丰年频率P=20%、平水年频率P=50%、偏枯年频率P=75%、枯水年频率P=95%进行计算分析，并对典型年降水量月分配统计、汛期5—8月降水量分配统计，具体结果如表5所示。

4 结论

对玉门市水文站1977—2022年降水量资料进行了较深入的统计分析，得出以下结论：

第一，汛期5—8月降水量占年降水量的66.3%～78.7%，连续枯季5个月的降水量占年降水量的7.7%～17.8%。

第二，1977—2022年降水量变化呈递减趋势；年降水量随时间变化呈锯齿形状，分布不均匀，年降水量极端年份（17次）与正常年份（19次）发生频次基本相当。

第三，通过点绘历年各月降水量过程线图，发现降水量在5、9月下降的速率较慢，6—8月下降的速率较快，并且呈现间歇性向上跳跃反弹的能量趋势；根据间歇性跳跃规律分析，预示着未来各月降水量有可能会增加，尤其是从5、6月过程线看，将是降水量偏丰的年景。

第四，经本站1977—2022年降水量特征值统计，均值为191.8 mm，Cv值0.35，最大年份降水量1979年为360 mm，频率是50年一遇的降水量。

第五，通过对本站降水资料频率计算分析，确定了典型年降水量的年内分配。

第六，这些成果基本反映了本站降水特点及本河流域出山口降水的基本规律，且对该流域中下游公共设施建设、农业灌溉、防汛抗旱提供了基本的水文统计参考资料，具有实际意义。

参考文献

[1] 蓝永超，胡兴林，肖生春，等.近50年疏勒河流域山区的气候变化及其对出山径流的影响[J].高原气象，2012，31（6）： 1636-1644.

[2] 杨有成，刘进琪.甘肃江河地理名录[M].兰州：甘肃人民出版社，2013.

[3] 魏莎力.呼伦贝尔市林区降水量变化特征分析[J].安徽农学通报，2023，29（18）：122-125.

[4] 赵再强.彭阳县1957—2019年降水量变化特征分析[J].内蒙古科技与经济，2023（13）：101-103.

[5] 孙婉怡，祝从文.东亚副热带季风季节循环年际变化对华北夏季降水的影响[J].大气科学，2023，47（5）：1466-1480.

作者简介：张瑞娟（1981—），女，甘肃徽县人，工程师，主要从事水文资料审核、整编、水资源评价等工作。