黄 亚,肖伟华,陈立华

(1.广西大学土木建筑工程学院,广西南宁530004；2.中国水利水电科学研究院水资源所,北京100038)

龙滩水库流域1959年～ 2014年气温、降水变化特征分析

黄 亚1,肖伟华2,陈立华1

(1.广西大学土木建筑工程学院,广西南宁530004；2.中国水利水电科学研究院水资源所,北京100038)

运用线性趋势法、滑动平均法、Mann-Kendall突变检验法以及Morlet连续复小波等气象统计分析方法对龙滩水库流域的气温、降水变化趋势、突变位置、周期性进行了分析。结果表明,龙滩水库流域过去的56年间气温经历了由低温到高温的突变过程,气候倾向率在0.141 ℃/10 a左右,降水呈现略微下降趋势,变化幅度23.6 mm/10 a左右；气温增幅从东北向西南方向增加,降水倾向率则从西北向东南逐渐减少；流域内冬季的气温升温幅度最为明显,增温幅度达0.21 ℃/10 a左右,降水倾向率则秋季最大,达-3.71 mm/10 a；龙滩水库流域气温及降水的突变点在2001年～2002年间,第25年的变化强度最为剧烈,流域下一个周期将进入枯水、高温期。

气候变化；气温；降水；龙滩水库流域

气候变化正在以深刻的方式影响着全球,任何区域的气候状态都要受大气候背景的影响。大量研究表明,中国也经历着气温上升,降水区域变化的过程。这与全球气候变化的趋势是一致的[1]。气候变化正对供水、防洪、水生态环境安全造成多方面的影响[2-4]。不同区域的气候变化特征不尽相同,都具有各自的特殊性。目前,国内关于不同地区气候变化下气温、降水的变化特征分析研究已有许多研究成果[5-9]；而关于龙滩水库流域气候变化特征相关研究较少,仅窦庆荣等[10]对龙滩水库黔西南淹没区的气温变化特征进行了研究；舒兴武等[11]对龙滩水库贵州库区局部气候变化分析。相关研究表明,水库流域既是气候变化敏感区域,又是生态环境脆弱带[12-13]。水库作为重要的供水水源,其运行调度在缓解水资源矛盾中发挥着举足轻重的作用[14-15]。由于气候变化以及人类活动的影响日益加剧,龙滩水库流域气候以及水生态环境已经发生了相应的改变。本文利用气象研究分析了流域内气温、降水的变化特征,可以充分了解龙滩水库流域内气候要素受全球气候变化影响程度以及趋势,对气候变化给水库流域带来的影响研究,流域生态建设和水资源的可持续利用管理有重要的指导意义。

1 研究区概况

龙滩水库地处中国西南部，坝址坐落于中国西南部广西、云南和贵州的三省的交界处(见图1),水库是一座兼具发电、防洪、灌溉等多功能的大型水利枢纽工程,是红水河梯级开发的龙头水库,其流域总面积98 500 km2。流域所在水系为珠江水系干流的红水河中上游,占红水河流域面积的71.2%。

图1 研究区域及气象站点分布

龙滩水库流域地处喀斯特山区,属于亚热带气候区,气候温和多雨,地势自西北向东南倾斜,流域平均海拔高程1 450 m。流域内各地的多年平均降雨量在760～1 860 mm之间,汛期(4月～10月)占全年水量的88.4%,多年平均月降雨量最大值出现在6月份,占多年平均降雨量的19%,其次是7月、8月和5月,流域内各地区多年平均气温在12.3～21.3℃之间。

2 数据来源与分析方法

2.1 数据来源

本文所用气象资料通过中国气象数据共享网下载获取,选取龙滩水库流域内12个气象站(1959年～2014年)以及流域邻近的8个气象站(1959年～2014年)56 a的月平均气温及月降水数据,对部分站点缺测数据利用ArcGIS克里金插值以及多元回归插值进行补全,构建龙滩水库流域1959年～2014年的月平均气温、月降水数据时间序列。

2.2 分析方法

本文对龙滩水库流域气温和降水的季节变化、年际变化进行了研究,季节分析时,以3月～5月为春季,6月～8月为夏季,9月～11月为秋季,12月～2月为冬季进行分析。文中采用线性趋势分析[16]、滑动平均[17]分析气温、降水时间序列的趋势性变化；采用累计距平法[18]辨析气温、降水年际变化的阶段性；采用Mann-Kendall非参数统计检验方法[19]确定气温、降水序列的突变位置；采用Morlet连续复小波法[20]分析气温、降水多时间尺度的周期性。

3 结果与分析

3.1 年际变化趋势分析

气温年际变化趋势分析表明：龙滩水库流域年均气温为16.3 ℃,最高温度为17.3 ℃(1998年),最低温度为15.6 ℃(1976年)；20世纪70年代起,气温便呈上升趋势,特别是90年代后升温速率明显加快,增温速率达0.623 ℃/10 a。据线性回归及5年滑动平均分析,龙滩水库流域近56年来气温升温趋势明显,气候倾向率在0.141 ℃/10 a左右(见图2a),较全国近50年的气候倾向率(0.22 ℃/10 a)[21]以及整个广西气温倾向率(0.148 ℃/10 a)[22]略低；而相比全球近50年(1956年～2005年)的气候倾向率0.13 ℃/10 a则略高。这表明流域与全球气候变暖的趋势一致,气温变幅较其他地区有一定的差异。

流域多年平均降水量为1 085.5 mm,最大值为1 331.2 mm(1965年),最低723.2 mm(2011年)。流域降水在20世纪70年代后表现出较强波动性变化,降水量在波动中呈现明显的下降趋势。特别是进入21世纪后,降水减少趋势尤为明显。这与全国平均年降水量波动略有减少的整体趋势相同[6],也与陈立华等[23]研究西江流域干流所得趋势一致,降水倾向率为23.6 mm/10 a(见图2b)。

图2 龙滩水库流域年气温及降水变化趋势

3.2 空间分布趋势分析

从各气象站的气温变化趋势分析,除贵阳、兴义、盘县3个气象站点呈现略微下降的趋势外,其余的17个气象站点的气温都呈现出升温的态势,但升温幅度有一定的不同。其中气温增幅最大的是昆明气象站,增温幅度达到了0.404 ℃/10 a,其次是宜良和玉溪气象站,分别达到了0.389 ℃/10 a和0.258 ℃/10 a。另外,从地理位置分布上看,温度变化呈一定的分布规律,气温由西北向东南逐渐增加,而气温倾向率则是由东北向西南方向增加。

从各个站点的降水情况看,均出现了降水量减少的趋势。其中,宜良、安顺降水量减少趋势尤为明显,降水倾向率均达到了-4.0 mm/10 a；其次是沾益和盘县,降水倾向率分别达到了-3.9 mm/10 a和-3.4 mm/10 a。从地理位置上分析,流域东部降水明显比流域西部降水多,且降水主要集中在流域的中东部地区,而降水倾向率则是在流域的中部出现较大的变化,且从西北向东南逐渐减少。

3.3 季节变化特征分析

在气温的季节变化上,龙滩水库流域各个季节都有一定的升温。其中,增幅最大的是冬季,达到0.21℃/10a；秋季次之,为0.16 ℃/10 a；夏季为0.11 ℃/10 a。春季增温幅度最小,为0.09 ℃/10 a(见表1)。全国四季气温倾向率分别为：冬季0.39 ℃/10 a,秋季0.20 ℃/10 a,夏季0.15 ℃/10 a,春季0.28 ℃/10 a[24]。可见,龙滩水库流域四季温度变化趋势与全国四季温度变化趋势基本一致；但是龙滩水库流域四季增温速率明显低于全国水平。

在降水的季节变化上,四季均呈现不同程度的减少趋势,其中秋季减幅最大,为-3.71 mm/10 a；夏季次之,为-2.52 mm/10 a；春季-1.33 mm/10 a；冬季减少幅度最小,为-0.30 mm/10 a,见表1。全国四季降水倾向率分别为：秋季-4.48 mm/10 a,夏季0.39 mm/10 a,春季-2.86 mm/10 a,冬季-1.37 mm/10 a[25],表明在全球气候变化的背景下,龙滩水库流域四季降水量变化趋势与全国四季降水量变化趋势基本一致,但是在夏季减少的趋势与全国呈现出的略微增加趋势略有差异,且其他季节的减少趋势明显低于全国水平。流域内降水在季节分配上发生了一定的变化,具体表现为暖季降水有逐渐减少的趋势,地区暖干性增强。

表1 龙滩水库流域气温与降水量季节变化

3.4 变化趋势突变分析

图3 气温变化趋势突变

由图3a分析可知,1997年以前UF<0,气温呈现出不显著的波动降低趋势；1997年以后UF>0,气温开始逐渐上升,在2001年UF与UB出现交点,且交点在0.05显性水平临界值内；在2010年后继续呈现波动上升趋势,并且超过了显著性水平0.05时的上限临界值,气温增温趋势达到显著程度。根据累积距平分析,1959年～2014年水库流域年平均气温累积距平呈先下降后上升的“U”字形趋势,1959年～1985年呈现下降趋势,1986年～1996年维持了一个短暂的平稳时期,1997年～2014年呈现上升趋势,说明流域内气温经历了从下降到上升的过程(见图3b)。结合两种方法的分析结果判断龙滩水库流域年平均气温可能在2001年左右发生了由低温到高温的突变。

从图4a所示,1986年以前UF>0,降水呈不显著的增长趋势；1986年以后UF<0,说明降水呈波动下降趋势,下降趋势不明显,随着时间的推移,在2002年UF与UB相交,交点在0.05显性水平上下临界值内；在2010年以后UF超过0.05显性水平的下限临界值,且继续呈减少的趋势,表明降水减少的趋势已经达到显著程度。累积距平分析表明,1959年～2014年龙滩水库流域降水量经历了较为明显“升→降”的变化过程(见图4b),按照降水量年际变化过程龙滩水库流域56 a的降水量序列可以分为如下的几个时段(持续期5 a以上)：两个上升段即1959年～1985年、1992年～2001年；两个下降段即1986年～1991年、2002年～2014年,降水增长趋势持续时间明显大于下降趋势持续的时间,且下降主要发生在20世纪90年代以后。结合两种方法的分析结果,判断龙滩水库流域降雨量在2002年左右可能发生了由多到少的突变。

3.5 变化周期性分析

由龙滩水库流域年气温Morlet小波变换系数实部等值线图分析可知,流域气温的变化表现具有一定的周期性,气温小波系数等值线在3～7 a、9～11 a、23～26 a左右的时间尺度上较为密集,在25 a时间尺度上存在峰值,说明在25 a左右的周期震荡最强。

降水量Morlet小波变换系数实线等值线图分析表明,流域降水表现为不同时间长度的周期性,在3～7 a、9～11 a、23～26 a左右的时间尺度上较为密集。年降水量的小波方差在3 a、10 a、25 a的时间尺度上存在峰值,其中25 a左右周期震荡最强,为第一主周期,第二、三周期依次约为10 a、3 a,在25 a的时间尺度上,龙滩水库降水1959年～1968年、1972年～1985年、1993年～2002年、2006年～2014年为正相位,即丰水期,其他时段为枯水期。在25 a、10 a尺度周期上表现出未来一段时间降水量可能进入一个相对较少的时期。

4 结 语

(1)龙滩水库流域近56年来气温整体呈上升趋势,气温倾向率达到0.141 ℃/10 a,这比全国及全球变暖的趋势要缓和很多；降水呈下降的趋势,降水倾向率达到23.6 mm/10 a,这与全国平均年降水量波动略有减少的趋势相同。

(2)气温和降水变化具有一定的空间分布规律,气温由西北向东南逐渐增加,倾向率则是由东北向西南方向增加；降水主要集中在流域中部,整体上东部多余西部,倾向率由中西部地区向东南以及西南方向逐渐减少,流域西南地区即云南省东北部,温度高与流域其他区域,降水量明显少于流域其他区域。

(3)气温的季节性表现为冬季增温显著,其次是秋季和夏季,春季增幅最小,各季节增温速率低于全国平均水平；降水在秋季显著减少,冬季减幅最小,除了夏季减少趋势与全国呈略微增加的趋势有一定差别以外,其他季节减少趋势均低于全国平均水平,整个地区暖干性呈增强态势,夏季和秋季暖干程度高于春季和冬季。

(4)龙滩水库流域气温突变时间在2001年左右,降水突变在2002年左右,较气温突变时间稍晚；流域气温存在25 a的强显著周期,降水也存在25 a的强显著周期,同时还存在3 a、10 a的小尺度变化周期,根据周期变化情况预测未来将进入相对的少雨高温期,流域的暖干程度将继续增强,流域西南地区暖干程度尤为剧烈。

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(责任编辑 陈 萍)

国内高程最低、内压最高的穿江大直径钢衬输水隧洞胜利贯通

2016年12月22日，杭州市第二水源千岛湖配水工程分水江穿江控制段暨施工8标隧洞全线贯通。国内高程最低、内压最高的穿江大直径钢衬输水隧洞，在整个工程16个标段中率先完成洞挖，标志着杭州市第二水源千岛湖配水工程建设取得重大进展。

千岛湖至闲林水库输水洞线全长112.34 km，是一项涉及杭州市近千万居民福祉的重大民生工程，也是杭州市“五水共治”“保供水”的核心工程，在“两美”浙江战略部署中具有重大意义和作用。千岛湖配水工程从千岛湖淳安县境内取水，通过输水隧洞将水引至杭州市余杭区闲林水库，为下游原水输水工程提供优质千岛湖水，同时在输水线路途中向建德市、桐庐县及富阳区部分区域供水。

华东勘测设计研究院承担了该工程8、9、11三个标段的总承包任务，其中8标题包括三个施工支洞和施工工区，两个长度和高度达到20 m的地下阀室，两段浅埋段，两条放水竖井。其中输水隧洞穿分水江段作为输水线路全线施工难度最大、风险最高、技术含量最高的区段，其顺利贯通对整个工程影响重大，为工程按期向杭州市民提供优质千岛湖水奠定了坚实的基础。

为确保工程永久运行安全，防止隧洞内优质的千岛湖水不发生渗漏，不与分水江水连通，穿江段全长采用厚24 mm的钢板衬砌，钢管内径5 m，江底段钢管底板结构高程-50 m，由于隧洞与千岛湖贯通，江底隧洞需承受最大内水压力高达160 m。

千岛湖配水工程总承包标段是华东院承接的首个采用钻爆法开挖的穿江隧洞施工项目，也是承接的首个大型水利工程总承包项目，华东院联合中铁十八局集团有限公司共同实施该穿江隧洞段施工。自2016年1月开始，隧洞从分水江左右岸地下检修阀室开始往江底挺进。总承包项目部在参建各方的配合下，采用TSP物探、地质雷达、红外探水、水上钻探、超前钻孔取芯、超前探孔探水、钻灌一体机超前灌浆等技术，成功解决了江底隧洞涌水、涌泥等世界级难题，胜利实现穿江隧洞贯通。

(华东勘测设计研究院)

Analysis of Temperature and Precipitation Characteristics in Longtan Reservoir Basin during 1959-2014

HUANG Ya1, XIAO Weihua2, CHEN Lihua1

(1. College of Architecture and Civil Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, Guangxi, China;2. Water Resources Department, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China)

The changing trends, mutation positions and periodicity of atmospheric temperature and precipitation in Longtan Reservoir Basin are analyzed by using meteorological methods of statistical analysis such as linear trend method, sliding average method, mutation test method of Mann-Kendall and continuous complex wavelet of Morlet. The results show that: (a) in past 56 years, the atmospheric temperature of basin had experienced a mutation process from low to high with a tendency rate of nearly 0.141℃/10 a, while the precipitation showed a slight downward trend with a variation range of nearly 23.6 mm/10 a; (b) the atmospheric temperature tendency rate increases gradually from northeast to southwest, while the precipitation tendency rate decreases gradually from northwest to southeast; (c) the rising extent of atmospheric temperature in winter is the most obvious, and the increase range of temperature is about 0.21 ℃/10 a, while the precipitation tendency rate in autumn is the largest, reaching -3.71 mm/10 a; and (d) the atmospheric temperature and precipitation in Longtan Reservoir Basin had a mutation point around in 2001-2002 and the shock at the 25thyear is the strongest, so the following cycle of river basin would enter the period with water depletion and high temperature．

climate change; temperature; precipitation; Longtan Reservoir Basin

2016-04-21

国家自然科学基金资助项目(51669003)；广西水利厅科技项目(201402)

黄亚(1990—),男,四川内江人,博士研究生,研究方向为水文学及水资源．

P467

A

0559-9342(2017)02-0018-05