張家口察汗淖爾流域多年降水情況分析

孟子君

(河北省張家口水文勘測研究中心,河北 張家口 075000)

0 引言

降水是地表水資源的重要來源,降水情況時空分布差異較大[1-2]。降水及蒸發情況對水資源評價影響較大[3-4]。為了獲取張家口察汗淖爾流域多年降水情況,為流域水資源評價提供參考,收集流域范圍內多個水文站的降水資料。通過統計分析,對多年降水變化情況進行研究。

1 流域概況

察汗淖爾流域(河北省內)位于內蒙古高原的南緣西側(河北省壩上西側),北部康?？h盧家營鄉最高海拔1 550 m,南部尚義縣八道溝鎮最高(山脈)海拔1 560 m,東部康?？h忠義鄉最高海拔1 390 m,西部尚義縣大營盤鄉(察汗淖爾)最高海拔1 275 m。降水是察汗淖爾流域水資源的主要來源之一,是該地區水資源量的決定性因素。此次評估中,搜集了河北省張家口市察汗淖爾流域及周邊地區的17個雨量站從建站到2016年的長系列實測資料。經過分析整理,發現察汗淖爾流域的降水量呈波動減小趨勢,20世紀80年代開始,減少趨勢顯著。年內降水季節性分配極不均勻,6-9月降水量最大,10月至次年2月降水量較少,然而6-9月降水量占比有減少趨勢。

2 降水情況分析

2.1 降水量年際變化趨勢分析

此次評估中17個雨量站(以下圖中稱“全”),包括屬于察汗淖爾流域內的蘆家營、大囫圇、李家地、鄧油房、大蘇計、大青溝水庫、哈拉溝等7個全年雨量站(以下圖中稱“內”),以及察汗淖爾流域周邊地區的滿德堂、康保、丹青河、土城子、公會、海流圖、單晶河、大河、套里莊、尚義等10個全年雨量站(以下圖中稱“外”)。流域外的雨量站數據豐富了研究內容,對察汗淖爾地區降水量變化研究有指導作用。由圖1分析知,察汗淖爾流域內雨量站數據與周邊雨量站降水量數據高低變化基本一致,年降水量大致有減小趨勢,察汗淖爾流域內的雨量站平均多年降水量減小趨勢比流域外的雨量站顯著。

圖1 降水量年際變化對比圖

不同時期降水量變化不同,如圖2所示,通過分析上世紀50年代以來逐個年代的各站的平均降水量,發現察汗淖爾流域內外雨量站不同時期的降水量豐枯情況變化一致,80年代開始降水量明顯減少,1980-2010年間年降水量有顯著減少,2010年以后減少的趨勢放緩。相比50-70年代,平均年降水量80年代平均減少30 mm,90年代平均減少10 mm,21世紀00年代平均減少20 mm,10年代平均減少5 mm。圖1與圖2對比也可以發現,1980年以后,降水量減小趨勢更加明顯。所以,1980年以來,降水的變化較大。

圖2 不同年代平均降水量

察汗淖爾流域內各區域的多年平均年降水量值是340～380 mm,降水量值由東南向西北遞減,西北部降水量偏小,即河北境內察汗淖爾中部區域的降水量小于外部。

2.2 降水量年內分配變化趨勢分析

流域多年平均降水量為359.0 mm,降水量年內分配極不均勻,季節性差異很大。其中連續最大四個月(6-9月)降水量約占全年總降水量的70%～80%,7-8月降水量占全年的50%左右;3-5月降水量占全年總量的10%～20%;10-次年2月降水量較少,這5個月降水量占比不超過10%,且這其中的降水一般主要以10月為主,見圖3。

圖3 流域內多年降水量平均年內分配

2.3 年降水量的計算

張家口市察汗淖爾流域內各鄉鎮降水量采用等值線量算法計算,共選用1956-2016年系列的雨量站17處。計算方法是首先根據各雨量站資料系列計算得到年平均降水量,依據降水量特征資料,結合地形影響,繪制年降水量等值線圖,然后分別量算各鄉鎮年降水量。

2.3.1 年降水量的計算

計算公式

(1)

式中:Xp設計年降水量(mm);X區域年降水量均值(mm);Kp模比系數。

若設計區域面積較小,區域內等值線少,值可直接在區域重心處用內插法查讀。若設計區域面積較大,等值線多,則應采用加權法計算。先分別求出相鄰兩等值線間的均值,再量算出兩等值線間的面積,二者乘積之總和再除以區域總面積。即:

(2)

式中:X區域年降水量均值(mm);fi區域內相鄰兩等值線間的面積(km2);xi平均年降雨量(mm);F設計區域總面積(km2)。

2.3.2 年降水量計算結果

由1956-2016年降水量計算結果得知,河北省張家口市察汗淖爾流域多年平均降水量為359.0 mm。變差系數Cv平均為0.23,偏差系數(Cs)與變差系數(Cv)的比值為2.5,年降水量偏豐年P=20%的降水量為427.2 mm,平水年P=50%的降水量為351.8 mm,偏枯水年P=75%的降水量為301.6 mm,枯水年P=95%的年降水量為236.9 mm。河北省張家口市察汗淖爾流域內14個鄉鎮中,多年平均降水量以尚義縣八道溝鎮最大,為373.9 mm;康?？h蘆家營鄉最小,為350.1 mm。河北省張家口市察汗淖爾流域各鄉鎮降水量成果見表1。

表1 河北省張家口市察汗淖爾流域各鄉鎮降水量成果表

3 蒸發

蒸發是影響區域水資源的重要氣象因素,尤其對濕地尤大,所以蒸發是地區水資源量除降水之外的另一個決定性因素。此次評估收集到河北省尚義、張北和康保3個蒸發站從建站到2016年的長系列實測蒸發皿蒸發資料。經過分析整理,發現察汗淖爾流域的蒸發年內變化主要受氣溫和相對濕度的影響,呈單峰性分布,4-7月蒸發量較大,同時,在影響潛在蒸發的多種因素作用下,年蒸發量有減少趨勢。

3.1 蒸發數據的“三性”檢驗

此次評估蒸發數據來源于張北、尚義、康保三個蒸發站從建站以來所有的實測銅質Ф20口徑蒸發皿蒸發量(mm)數據,通過同站長系列和同年各站的對比分析,修正了個別異常極值,插補了個別缺失數據,數據的可靠性、一致性和代表性滿足進一步分析、計算的要求。

3.2 蒸發數據分析

受年內各月的氣溫、降水和風的變化影響,蒸發量在年內的分配不均,為了研究各站的年內蒸發規律,對三站多年平均各月蒸發皿蒸發資料進行統計,該流域銅質Ф20口徑蒸發皿與E601蒸發器轉化系數為0.6～0.7。

根據6-9月兩種儀器的換算比值并結合經驗,本次采用折算系數為0.64,結果如圖4、圖5、圖6,尚義、張北和康保3個站的蒸發量分別為1 170 mm、1 166 mm和1 124 mm。

圖4 尚義多年平均月蒸發量統計

圖6 康保多年平均月蒸發量統計

由圖可知,三個站的蒸發規律一致,年內形成以5月蒸發量為峰值的單峰型分布。4-7月是蒸發量最大,約占全年總蒸發的57%,其中5月蒸發量最大,6月次之;11-12月、1-2月蒸發量最小,約占全年總蒸發的9%,其中1月最小,12月稍多于1月。因此,該區的蒸發主要受氣溫、相對濕度和風等影響,冬季溫度低,蒸發以升華和少量的蒸發為主。春夏季溫度較高,蒸發量較大,同時夏季相對濕度增加、風力減弱的影響強于溫度升高的影響,所以5、6月蒸發大于7、8月蒸發,且5月蒸發量最大,6月次之。

4 結語

通過收集流域范圍內17個水文站的降水、蒸發數據,經統計分析:察汗淖爾流域多年降水量年際變化較大,年內分配極不均勻,季節性差異大。自1980年以后,察汗淖爾流域降水量減小趨勢顯著。通過計算察汗淖爾流域多年平均降水量為359.0 mm。變差系數Cv平均為0.23,偏差系數(Cs)與變差系數(Cv)的比值為2.5。流域范圍蒸發特征較為一致。