抚仙湖流域1964—2021年气象干旱演变特征分析.pdf

:/.:/第 卷 增 人民珠江 年 月 收稿日期:作者简介:谷桂华()女本科教授级高级工程师主要从事水文水资源分析研究 :.抚仙湖流域 年气象干旱演变特征分析谷桂华李红明火寿华(云南省水文水资源局玉溪分局云南 玉溪)摘要:根据抚仙湖流域及其附近区域 个雨量站 年的逐月降水资料基于标准化降水指数()采用一元线性回归分析法、秩次检验法、系数法分析流域干旱总体变化趋势及未来持续性及其对抚仙湖水位的影响 得到:年抚仙湖流域 呈波动不显著下降趋势变化流域总体向干旱化趋势发展未来将继续维持干旱化趋势但持续性较弱春季最易发生气象干旱各代表站发生轻旱及以上气象干旱的概率在 流域气象干旱形势很大程度影响抚仙湖水位的变化在流域产汇流过程的作用下抚仙湖水位变化对流域降水的响应约滞后 个月关键词:干旱演变水资源湖泊水位抚仙湖流域中图分类号:.文献标志码:文章编号:()自 年以来抚仙湖流域水资源量不断减少给流域经济社会发展及生态环境带来较大影响 湖泊水位持续波动下降长期低水位运行使湖泊水生态危机日益显现 干旱与水资源短缺两者间具有相互关系干旱类型通常分为气象干旱、水文干旱、农业干旱和经济社会干旱其中气象干旱是影响最直接的干旱也是其他类型干旱发生的主要原因气象干旱是导致流域水资源量减少的重要因素 湖泊水资源持续损失成为影响地区经济社会发展的主要问题之一为做好抚仙湖流域水资源科学管理研究对流域干旱演变规律进行分析尤为重要 目前对流域干旱特征研究的较新成果主要有:韩冬梅等基于海河流域气象数据和 的 种全球气候模式模拟数据通过构建分时预估模型预测海河流域未来(年)干旱时空演变冯仕远等基于西北地区有关气象资料采用(标准化降雨蒸散指数)分析计算 年干旱进程结合其他多种方法对近 西北干旱时空变化特征进行分析陈亚利等基于 年辽河流域气象数据应用标准化降水蒸散指数()结合其他方法探究流域气象干旱特征等 近年来抚仙湖水位的有关课题也有学者关注和研究如李加龙等运用 水动力模型对抚仙湖 年水位进行了模拟谷桂华等基于抚仙湖海口水位站 年日水位观测数据分析抚仙湖水位的变化趋势和水位系列的跳跃性并基于 法和 法全面分析湖泊生态水位需求等目前针对抚仙湖流域水资源减少、湖泊水位持续下降的相关分析还不多基于标准化降水指数 对抚仙湖流域气象干旱总体趋势、未来干旱持续性和空间分布特征等进行分析探寻流域气象干旱与抚仙湖水位下降之间的规律可为气候变化背景下抚仙湖流域水资源管理、湖泊水生态保护和流域干旱预警提供参考 抚仙湖流域概况抚仙湖属珠江源头第一大湖是中国内陆目前水质最好、蓄水量最大的深水型贫营养淡水湖泊位居滇中湖群五大湖泊(抚仙湖、星云湖、杞麓湖、阳宗海和滇池)的中心部位处于昆明、玉溪、曲靖人民珠江 年增刊 三大城市和个(旧)开(远)蒙(自)城市群的中心跨玉溪市的澄江市、江川区和华宁县地理坐标为:东经 、北纬 抚仙湖流域面积.(水域.)最高蓄水位.时相应蓄水量.亿 占九湖蓄水总量的.、全国淡水湖泊蓄水总量的.流域范围统一属澄江市托管涉及 个镇(街道)、个村(居)委会、个村(居)民小组 年末流域内有人口.万人 根据流域气候及降雨特征抚仙湖流域一般春季为 月、夏季为 月、秋季为 月、冬季为 月至次年 月 抚仙湖流域河湖水系分布见图 图 抚仙湖流域水系和代表站点分布示意 数据与方法.数据来源降雨数据选择抚仙湖流域内梁王河站、海口站和流域附近的茶尔山站、江川站共 个站 年月降水资料其中茶尔山站 年 月缺测资料缺失率仅.采用相关分析法进行插补和延长用泰森多边形法计算流域面降水量 抚仙湖水位数据为澄江海口水位站 年完整的年平均水位资料(国家高程基准)代表站点分布相对位置见图 以上雨量站和水位站均为水文部门国家基本站数据每年均由云南省水文水资源局组织复审验收成果合理可靠.研究方法.标准化降水指数 法干旱指数是研究干旱的核心和基础但其计算表达方式多样并且不同的干旱指数具有一定的使用条件和范围滇中地区干旱指数研究可选用标准化降水指数 本次选用标准化降水指数(简称)进行抚仙湖流域气象干旱研究由于降水量的分布一般不是正态分布而是一种偏态分布所以在进行降水分析和干旱监测、评估中采用 分布概率来描述降水量的变化 就是在计算某时段内降水量的 分布概率后再进行正态标准化处理最终用标准化降水累积频率分布来划分干旱等级其等级划分见表 表 标准化降水指数干旱等级划分等级类型无旱.轻旱.中旱.重旱.则当前系列为增加趋势反之为减小趋势)秩次检验法(简称 法)是世界气象组织推荐并广泛使用的时间序列突变检验法 虽然线性趋势法也可以进行显著性检验但由于 法不需要序列服从一定的分布也不受少数序列异常值的干扰 因其检测范围宽人为干扰少人民珠江 年增刊 定量化程度高在水文和气象领域得到了广泛的应用 故采用 法进行抚仙湖流域 值变化趋势的显著性检验.系数法 系数能较好地反映序列趋势持续性的强弱程度可定量表征时间序列的持续性或长期相关性在气象水文变化研究中被广泛应用 值介于 和 之间其大小反映序列的持续性或反持续性强度的大小:当 .时时间序列未来变化趋势与过去相反 越接近 反持续性越强当.时则时间序列为随机序列其前后变化无关当.时时间序列未来变化趋势与过去一致 越接近 持续性越强 结果分析.年际变化特征.历史干旱情况基于年时间尺度的 计算结果对干旱年份个数进行统计 在 年的 里抚仙湖流域发生轻旱及以上的年份共 干旱发生率为.主要以轻旱为主 其中轻旱的发生率为.、中旱和重旱的发生率为.、特旱的发生率为.见图 图 抚仙湖流域 年旱情类型发生率 年仅发生 以轻旱为主的间歇性干旱 年为重旱到中旱的连续 干旱 年为重旱到轻旱的连续 干旱 年发生 间歇性轻旱 年为中旱轻旱特旱重旱轻旱的连续 干旱、年分别发生了中旱和轻旱 从这样的干旱情势统计可大致看出抚仙湖流域发生干旱的频率有增加的趋势最严重的一次干旱是 年的连续 干旱旱情级别高且持续时间长造成的社会经济损失也空前严重 抚仙湖流域各类干旱发生年份见表 表 抚仙湖流域 年干旱情况等级类型 年数/年份轻旱、中旱、重旱、特旱.干旱总体变化趋势图 所示抚仙湖流域 年 值变化过程可建立 一元线性回归方程:.一元线性回归方程决定系数.由于斜率 .抚仙湖流域 总体呈下降趋势下降速率为./说明抚仙湖流域过去 里在由湿转干趋势变化即流域在向干旱化演变图 年抚仙湖流域年时间尺度的 变化取置信度 .用 秩次检验法计算得到坎德尔秩次相关检验值 .检验临界值(/).由于 (/)说明过去 间抚仙湖流域标准化降水指数 减小变化的趋势不显著即抚仙湖流域干旱化的趋势不显著.干旱持续性根据 系数法计算得到 .介于.和 之间说明抚仙湖流域标准化降水指数 系人民珠江 年增刊 列存在突变为弱跳跃流域未来 趋势与过去一致为减小趋势由于 接近于.说明其持续性较弱 则综合判定抚仙湖流域未来将继续维持与过去 一致的干旱化趋势但维持性较弱.年内干旱变化特征图 所示 年根据季时间尺度的 计算结果统计春、夏、秋、冬季发生轻旱及以上干旱 的 概 率 依 次 为:.、.、.、.可见年内最容易发生干旱的时期是春季其次是夏季图 年抚仙湖流域各季节轻旱及以上发生率流域发生春夏连旱的共有 分别是、和 年夏秋连旱的共有 分别是、和 年秋冬连旱的共有 分别是、和 年夏秋冬连旱的 (年)、春夏秋连旱的 (年)绘制季时间尺度的 变化过程见图 春、冬季 变化趋势不明显但是夏、秋季 值相对下降趋势较明显下降速率分别为./和./说明夏、秋季在呈干旱化趋势发展.各代表站干旱发生概率以年为尺度计算各代表站干旱(轻旱及以上干旱)发生概率 年抚仙湖流域各代表站发生轻旱及以上的概率在 )春季)夏季)秋季)冬季图 年抚仙湖流域季时间尺度的 变化.流域气象干旱对湖泊水资源的影响在抚仙湖流域降水是区域水资源量的主要来源 气象干旱往往造成流域水资源量的减少从而造成流域内湖泊水位的下降 通过抚仙湖流域 年 值与湖泊年平均水位变化对比(图)可看出水位变化相对于 值变化在年度上具有滞后性当年 值的减小一般造成次年抚仙湖水位的下降 尤为明显的是 年包括了重旱、特旱的连续干旱年份导致抚仙湖水位 年逐年大幅下降 年 值上升后 年水位才逐渐有所上升但随着 年后 值的不断减小湖泊水位从 年又开始持续下降 这充分说明流域气象干旱形势很大程度影响抚仙湖水位的变化人民珠江 年增刊 图 抚仙湖流域 年 与湖泊水位变化对照.讨论近 来抚仙湖水位的不断下降除了受抚仙湖 星云湖出流改道工程实施的影响外(星云湖水量不再流入抚仙湖)还与 年以来流域连续多年的气象干旱有着密切联系抚仙湖水位的变化对流域气象干旱有一定的迟滞响应为了定量化分析抚仙湖流域气象干旱对湖泊水位的时滞影响分别选择 年以来的特旱年(年)和重旱年(年)流域降水与抚仙湖月平均水位(降水对应当月和次月)建立对照关系见图)特旱年(年)重旱年(年)图 抚仙湖流域月降水与湖泊月平均水位变化对照通过特旱年和重旱年抚仙湖流域月降水变化与湖泊月平均水位变化过程比对发现在月尺度上流域降水与其对应当月抚仙湖月平均水位的关系十分不对应但是与次月的抚仙湖月平均水位变化基本对应说明抚仙湖水位变化对流域降水的响应大约滞后 个月 这是由于从流域降水到湖泊水位变化需经历流域产汇流过程:流域降水量扣除流域内植物截流、洼地填蓄、下渗、蒸发等产生的径流(产流)以坡面漫流、壤中流、地下水流和河道水流方式汇聚进入湖泊(汇流)促成抚仙湖水位的上升因此抚仙湖水位变化对流域降水的响应约滞后 个月在流域人类活动作用下抚仙湖流域 年的 年连旱导致抚仙湖年均水位在 年期间持续下降了.蓄水量相应减少了.亿 年后随着流域旱情的解除抚仙湖水位从 年逐年得到恢复 年又发生春夏秋连旱导致抚仙湖年内最高水位没有恢复到年初水位年末水位下降到了法定最低运行水位以下 和 年(轻旱)抚仙湖水位持续下降 年期间年均水位下降了.蓄水量相应减少了.亿 可见在人类活动和气候变化共同作用下抚仙湖水位和蓄水量变化对流域气象干旱有着较强的响应性 结论和建议.结论)年抚仙湖流域 呈波动不显著下降趋势变化流域总体向干旱化趋势发展未来将继续维持干旱化趋势但持续性较弱)春季最易发生轻旱及以上的气象干旱各代表站发生轻旱及以上气象干旱的概率在 )流域气象干旱形势很大程度影响抚仙湖水位的变化 在流域产汇流过程的作用下抚仙湖水位变化对流域降水的响应约滞后 个月)仅基于标准化降水指数 进行抚仙湖流域气象干旱分析该方法虽在滇中地区适用但在滇中抚仙湖流域的具体适用性还有待深入研究.建议抚仙湖流域未来还将继续维持干旱化趋势而抚仙湖水位自 年 月以来一直持续低于法人民珠江 年增刊 定最低运行水位 .目前甚至已经低于最小生态水位 .在流域继续旱化、水资源持续减少态势下抚仙湖水位势必还将继续下降为应对流域旱化可能给抚仙湖带来的水资源、水生态、水环境危机提出以下建议)继续深入研究抚仙湖水文干旱对气象干旱的响应以及定量分析干旱对抚仙湖水生态、水环境的影响)加强抚仙湖流域水资源管理和保护 大力推进节水型社会建设加强流域水资源综合调度管理积极探索清水入湖途径)加强流域水资源监测和干旱监测预警 尽快完善抚仙湖水资源监测体系构建科学的现代化监测站网为打好“湖泊革命”攻坚战、实现精准治湖和科学治湖提供基础保障参考文献:邴建平.长江 鄱阳湖江湖关系演变趋势与调控效应研究.武汉:武汉大学.王红瑞洪思扬秦道清.干旱与水资源短缺相关问题探讨.水资源保护():.周根富解文静.海河流域近 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