杨 俊，徐 智，兰立军，孙栋元，武兰珍，李晓霞，张 军，王兴繁

(1.甘肃省水利厅 水土保持中心，甘肃 兰州 730000；2.甘肃农业大学，甘肃 兰州 730070)

降水作为关键的水文气象要素之一，在区域水文循环过程研究、水资源演变规律研究、气候变化特征研究等方面具有举足轻重的作用。同时，降水作为水文循环的重要环节和水资源的直接来源，是决定区域水资源时空分布特征和陆地水循环的重要因素，也是区域自然地理特征、生态系统形成与演化过程的重要表征要素与关键环节[1-3]。降水量变化特征及趋势分析是研究气候变化、水文预报、区域水资源分布的重要方式和重要依据，降水量的季节、年内、年际等变化特征，不仅直接影响着区域地表及地下水量，还影响自然生态环境、社会经济活动等诸多方面，乃至全球的水分平衡[4-8]。因此，研究区域降水量变化特征，对科学管理与配置区域水资源、掌握区域气候演变规律、做好自然灾害综合防治工作具有重要价值。本研究分别选取黄土高原庙龙沟、榆林沟和田家沟3条典型小流域的3个雨量站降水观测资料作为基础数据，采用线性倾向拟合、累积距平、滑动平均、Mann-Kendall突变检验等方法，对黄土高原典型小流域降水序列进行研究，分析其降水量年内变化、年际变化、年代变化、突变特征，从而为流域水资源管理、生态保护、自然灾害防治等提供技术支撑和数据参考。

1 研究区概况

1.1 庙龙沟流域

庙龙沟流域位于庄浪县北部，属黄土丘陵沟壑区第三副区，流域总面积64.01 km2，冬春两季干燥寒冷，夏秋两季湿润温暖，降水年内分布极不均匀，年际变化大，且多以暴雨形式出现。

1.2 榆林沟流域

榆林沟流域地处庄浪县境内，属黄土丘陵沟壑区第三副区，流域总面积41.81 km2，降水年际变化大，时空分布不均。

1.3 田家沟流域

田家沟流域位于泾川县北部，是泾河的一级支流，流域面积35.67 km2，气候属典型的大陆性气候，四季分明，气候干燥，蒸发量大，气温多变，降水量少而集中，年际变化大。

2 资料与方法

2.1 数据来源

庙龙沟流域采用威戎镇站(1966—2016年)、榆林沟流域采用庄浪站(1956—2016年)、田家沟流域采用泾川站(1956—2016年)逐月、逐年观测数据作为基础资料，所有数据均来源于甘肃省水文局。

2.2 研究方法

采用线性倾向拟合法、滑动平均法、累积距平法、Spearman秩次相关检验法、Mann-Kendall趋势检验及突变检验法，对降水变化趋势、突变特征等进行分析。

3 结果与分析

3.1 降水年际变化特征

各流域降水特征值见表1。由表1可知，庙龙沟流域1966—2016年年均降水量为437.80 mm，最大年降水量出现在2013年，为731.00 mm，最小年降水量为1995年的240.00 mm，相差491 mm，极值比为3.05；榆林沟流域1956—2016年年均降水量为515.28 mm，最大年降水量出现在2013年，为802.50 mm，最小年降水量为1997年的271.40 mm，相差531.10 mm，极值比为2.96；田家沟流域1956—2016年年均降水量为552.74 mm，最大年降水量出现在2003年，为803.50 mm，最小年降水量为1972年的287.70 mm，相差515.80 mm，极值比为2.79。

表1 各流域降水特征值

图1为年降水过程线变化图，图2为降水量累积距平变化图。由图1(a)可知，庙龙沟流域年降水量呈现微弱增加趋势，线性倾向率为0.028，从线性倾向趋势看出庙龙沟流域降水量以0.28 mm/10a的速率增加；从5 a滑动平均过程线看出，降水序列呈减少—增加—减少—增加波动变化趋势，呈现多段下降—上升—下降—上升变化过程；由图2可知，庙龙沟流域年降水量呈现2个时段升降变化过程，1966—2002年呈下降趋势，2002—2016年呈上升趋势。由图1(b)可知，榆林沟流域年降水量呈减少趋势，线性倾向率为-0.571，从线性倾向趋势可知榆林沟流域降水量以5.71 mm/10a的速率减少；从5 a滑动平均过程线看出，降水序列呈减少—增加—减少—增加波动变化趋势，呈现多段上升—下降—上升—下降变化过程；由图2可知，榆林沟流域年降水量呈现3个时段升降变化过程，1956—1976年呈上升趋势，1976—2003年呈下降趋势，2003—2016年呈上升趋势。由图1(c)可知，田家沟流域年降水量呈现减少趋势，线性倾向率为-1.584，从线性倾向趋势可知榆林沟流域降水量以15.84 mm/10a的速率减少；从5 a滑动平均过程线看出，降水序列呈减少—增加—减少的波动变化趋势，呈现多段下降—上升—下降—上升变化过程；由图2可知，田家沟流域年降水量呈2个时段升降变化过程，1956—1970年呈上升趋势，1970—2016年呈下降趋势。

图1 典型小流域年降水过程线变化

图2 典型小流域降水量累积距平变化

采用Mann-Kendall趋势检验法和Spearman秩次相关检验法验证1956—2016年期间降水变化趋势及其在置信水平α=0.05下的显著性，结果见表2。由表2可知，庙龙沟流域降水的Mann-Kendall趋势检验统计量Z=0.292，且|Z|=0.292小于Zα/2=1.96，Spearman秩次相关系数rs=0.043>0，且统计量|T|=0.321

表2 降水变化趋势统计检验值

3.2 降水年内变化特征

图3为3个流域多年月平均降水量，庙龙沟流域、榆林沟流域、田家沟流域降水量年内分配极不均匀，降水量均主要集中于7—9月，庙龙沟流域3个月累计降水量为242.72 mm，占全年总降水量的55.4%，榆林沟和田家沟流域3个月累计降水量分别为286.67和313.16 mm，分别占年降水总量的55.8%和56.7%。总体上，黄土高原典型小流域降水主要集中于7—9月份，期间降水量占全年降水量的55%以上。

图3 典型小流域多年月平均降水量

3.3 降水年代变化特征

根据数据资料，年代划分为:1956—1959年为20世纪50年代，1960—1969年为20世纪60年代，1970—1979年为20世纪70年代，1980—1989年为20世纪80年代，1990—1999年为20世纪90年代，2000—2009年为21世纪00年代，2010—2016年为21世纪10年代。对庙龙沟、榆林沟、田家沟流域年代降水量进行分析，结果分别如表3、4和5所示。

表3 庙龙沟年代降水量特征值

由表3可知，过去51 a庙龙沟流域在20世纪70—90年代年均降水量均低于多年平均值437.80 mm，20世纪60年代和21世纪10年代降水偏丰，两个年代的年均降水量均高于500 mm，同时各个时段降水量呈现不同极值变化特征。

由表4可知，过去61 a榆林沟流域在20世纪60—70年代和21世纪10年代年均降水量高于流域多年平均降水量515.28 mm，尤其是20世纪60年代和21世纪10年代降水颇丰，年均降水量高于570 mm；20世纪50年代、80—90年代和21世纪00年代年均降水量均低于多年平均值，尤其是20世纪末，流域年均降水量不足500 mm，属枯水季。同时各个时段降水量呈现不同极值变化特征。

表4 榆林沟年代降水量特征值

由表5可知，过去61 a田家沟流域除20世纪50—60年代年均降水量颇丰，高于600 mm外，其余年代除21世纪10年代外，年均降水量均低于多年平均降水量552.74 mm。各个时段降水量呈现不同极值变化特征。

表5 田家沟年代降水量特征值

3.4 降水突变分析

图4为庙龙沟、榆林沟、田家沟流域降水数据Mann-Kendall突变检验分析结果。由图4UF和UB曲线交点大致判断，庙龙沟流域降水量发生突变的年份为1969年，榆林沟流域降水量发生突变的年份分别为1957年和1978年，田家沟流域降水量发生突变的年份分别为1957年和1969年。

图4 典型小流域突变检验

4 结 论

(1)庙龙沟、榆林沟、田家沟流域年均降水量分别为437.80、515.28和552.74 mm，极值比分别为3.05、2.96和2.79。庙龙沟流域年降水量呈现微弱增加趋势，以0.28 mm/10a的速率增加，1966—2002年呈下降趋势，2002—2016年呈上升趋势。榆林沟流域年降水量呈减少趋势，以5.71 mm/10a的速率减少，1956—1976年呈上升趋势，1977—2003年呈下降趋势，2003—2016年呈上升趋势。田家沟流域年降水量呈减少趋势，以15.74 mm/10a的速率减少，1956—1970年呈上升趋势，1970—2016呈下降趋势。

(2)庙龙沟、榆林沟、田家沟降水量年内分配极不均匀，降水量均主要集中于7—9月，分别为242.72、286.67和313.16 mm。总体上，黄土高原典型小流域降水主要集中于7—9月份，期间降水量占全年降水量的55%以上。

(3)庙龙沟、榆林沟和田家沟流域降水量在不同年代呈现不同变化规律，同时各个时段降水量呈现不同极值变化特征。

(4)采用Mann-Kendall突变检验法对庙龙沟、榆林沟、田家沟流域降水数据进行突变检验分析，其对应突变年份分别为1969年、1957年和1978年、1957年和1969年。