甘肃省近60年来水资源演变及趋势预测研究

气象水文海洋仪器Meto气象水文海洋仪器Metoooical,HydooicalandMarienstruents第3期2008年9月o.3p.2008肃省近60来资源变趋势测究王优(甘肃省水文水资源勘测局兰州730000)摘 要:本文利用41水资源代站自建站来的原始测序列来析甘肃省表水资源的化规律以对其演趋势进行长期预测分内陆河域河流域长江流分别做趋势析著性检和跳跃检验,从一个更加切加真实更加直的角度来识甘肃省地水资源量演变规律,并运用比较合甘肃省干旱半干旱地区的水文模拟模型来对未来15各代表站降水量和流量进行长期的测和展望,希望能给水资源管理者提供有利决策支撑据。键词:演变趋势;规律;预研究;水资源;甘肃省图分类号:TV121文献识码:A文章编号:100009X(2008)000707aerreoceseltinandtnncyfatearchfansunteat60arsWangQou(asuHydrologyandWaterRsoucsSurveyingBueau,Lanzhou730000,Chin)act:Theartilehasuedtheoriinalobservatonequencesince41waterrpreentatiestatonsweresetptoanalzeansusufacewaterchangerulesandcarryonitsultrlontermforecasttoitseolutontendency.Theinlandrierbain,theellowieralleyandtheangtzeiervalleyweresparatelytomakethetrendanalyis,theproinenceexainatonandthejupexainatontounderstandtheeolutonrulesofsufacewaterquantityofansuProincefromaotherorepreise,orereal,oreisualanleandtousehydroloicalimulatonodelwhichisoresitabletoaridandsearidareasofourproincetoforecastpreipitationandruoffofeeryrpreentatiestatonsultrlontermfor15yearsinthefuture.opfullyitcanproidetheadantagouspolicmaingstrutdataforthewaterreourcessperintendent.eyrseolutontendency;rulesforecastresearch;waterreources着气温变暖,人类活动对降水径流的影响的日增大,我省水资源情势究竟发生了怎样的变化,过去演变规是什么,现在将会向什么方向展,将对我省工农业生产和国民经济发展产怎样的影响和决定性的作用体现在哪里?自建以来近60年,我省资源调查价工作曾全面展开3次,每次评价成果都在证明水资源呈减少趋势本课题我省典型表站自有测资料以来到2005年截至的测资料序进行分析,从另一更加确切更加实加直观的度来认识我地表水资源量的演变规律,并且运用比较适合省干旱半旱地区的文模拟模来对收稿日期:200023.作者简介:王启优(1975-)男大学工程师,主要从事水文测验水资源调查评价水资源转化规律研究水资源预测与分析水资源管理研究水利地理信息系统制作等工作.未来15年代表站的降水量和径流量进行超长期的测和展望,未来15年代表站的降水量和径流量进行超长期的测和展望,希望能给水资源管理者提供有利的策支撑数据。3 地水资源演变势11 区域代站的选择气站点主要虑不同的貌单元选资料比较全,精度高,代表性好的站,以及人类主要居住区和对研究水资源演变有重要影响的气象站点。本内陆河流域选取敦煌市酒泉市张掖市大黄山野牛沟托勒武威市九条岭等8个降水量站;黄河流域选取乌鞘岭兰州天水西峰合作平凉环县等7降水量站;长江域选取武都站1站作为表站,共选取16站作我省降水量变趋势研的代表站。径站点选取了主要江河控制站人类影响后的出站流域面积大部分在我省的站内陆肃省资源概况肃省位于中国西部偏北,在东经92～104北纬33～45之间东邻陕西省,北接夏回族自区内蒙古自区,与蒙古人民共国接壤,西靠疆维吾尔治区,西南与青海省交界,南与四川毗连总面积4158104(km)2,从东南到西北呈狭长状伸展,东西斜长1655km,北宽68～530公里,处于黄土高原、内蒙高原和青高原的汇处外区河流有黄河域和长江流域,内流区河流为河西内陆河流域,全省分3个流域9个水系,年径流量大于1108m3河流78条。2资源量11降水量省多年平均(最新全国水资源综合规划1956～2000年系列,下同)降水量为2719mm,降水量为12513061083,其中内陆河流域多年平均降水量为1314mm,降水总量为351147108m3,占全省多年平均降水总量的210%;黄流域多年平均降水量为4610mm,降水量为6714951083,占全省年平均降水总量的517%;长江流域多年平均降水量为5914mm,降水总为231664108m3,占全省多年均降水总的113%。12地表资源量省多年平均自产水资源量为2811392×108m3,其中内陆河流域为516157108m3,占全省自产水资源量的211%,黄河流域为1211586×108m3,占全省自产水资源量的413%,长流域为10136491083,占全省自产水资源量的316%多年平均入境水资源量2813282108m3,其中内陆河流域110983×108m3,黄河流域23164121083,长江流域315887108m3出境水量4813459108m3,中陆河流域19930108m3,为正义峡下泄至内古的水量,黄流域3410819108m3,长江流域1312711108m3。1河主要选取的站有党城湾昌马堡鸳鸯池水库、莺落峡正义峡祁连肃南九岭旗木寺等10个站,黄河流有武胜驿红旗折桥岷县、靖远天水北道秦安杨家坪雨落坪等10个站,长江流域永宁镇镡家坝蒿坪武都舟曲等5个站,全省共25个,作为我省地表水资源量演变趋研究的代站。12 演变趋的检验方法水环演化的势性是指一水循环素或某一水环过程朝特定的方发展变化趋势性分析方法很多,目前用的有线倾向估计、滑动平均累距平二次平滑三次条函数等。对于趋势十分明显的情况,滑动平均累积距平、多项式方法,可以根据变化趋势曲线图直观判断,但有时这直观判断为困难或不够可靠,这时可借助统计检验的方法,主要采用下列2种方法验:稳性检验序列一致分析检验。有双累曲线分析年际化趋势成的检验。均是否存在跳跃,目前多采用分割样本的方法进检验这种方法的基本思路是:对于水,τ,+1, ,xn,若为可文资料系列x1,x2,能的跳点,那么假定x1,x2,,τ的边际分布为F(x);+1,+2,,xn的边际分布为G(x),原假设为F(x)与G(x)同分布,即在时间前后际分无变化(出于同一总体)检验结果,若接受原设,则认为系列在时间前后的边际分布无变化,因而资料是一致的;若拒绝原假设,则74·气象水文海洋仪器p.2008认为际分布有化,因而资料列是不一的,为割点在作分割样本检验时,74·气象水文海洋仪器p.2008认为际分布有化,因而资料列是不一的,为割点在作分割样本检验时,应先确定出分割点,后再进行验。13丰枯级的划标准水文报预报规范的划分标准规定,按距平百率P(p=(某年径流量-多年均值)/多年均值100))表示:P>20为丰水;10%<P≤20偏丰;-10%<P10为平水;-20%≤P<-10为偏枯;P<-20为枯水实际工作中可算出相应的模比系数kp值(kp=某年年径流量/多年平径流量),只要根据已知年径流量的p,就可以在表中给出的区间查找出当年来水量的丰平枯水程度。14降水势过对所选16个气象站的长系列降水资料做年变化趋势成分检验和跳跃现象检验分析,甘肃代表站降量年际化趋势检结果见表1各区域降水量际演变趋及演变规是:河西表站降水普遍增大,唯敦煌略微少;黄河域大部分水普遍少,今未见回升,唯有泾河系的代表站西峰在略微增加;长江流域降水普减少。从水量代表不同年代水量过程图中可以看出,河西部平原代表站1970年降水量丰水段,1980年1990年为枯水段,2000年逐回升;河西部山区代表站1960年1990年为水期,1970年为平水期,1980年2000年为丰水期河流域乌鞘岭1960年1990年为枯水期,1970年1980年2000年为丰水期,兰州西峰合作平凉环县1980年1990年偏枯,其它年代平水,2000年有所上升,降水开始增加长江流域1960年1980年为丰水期,1970年1990年2000年为枯期,2000年年代平最小,1956～1979年陆河流域于枯水期,黄河流域和长江流域丰水期,1979～1995年内陆河流域处于丰水期,黄河流域和长江流域为枯水期,1995～2005年内河流域仍处于丰水期,黄河流域和长江流继续为枯期,据丰枯变周期规律,在未来的15年里,内陆河流域将处于平水期,黄河流域长江流域逐渐转为水期和丰期。表1甘肃省降水量代表站年际变化趋势检验结果趋势项检验方法α=105)均值跳跃性检验endall秩次相关结果/2=196斯波曼秩次相关结果/2=197线性趋势回归结果/2=198序号站名检验结果T/2=101趋势程度跳跃显著否跳跃点敦煌酒泉张掖大黄山野牛沟托勒武威九条岭乌鞘岭兰州天水西峰武都197162716941327154319481991262196619811212615811411079172812217351688133615811031228139111181117511431729129210331733116713551672139819041912106512061955138129811111414142911491931减小不显著增大不显著增大不显著增大不显著增大不显著增大不显著增大不显著增大不显著减小不显著减小不显著减小显著增大不显著减小不显著11571191597显著显著不显著不显著显著显著不显著不显著显著不显著不显著不显著显著1952年1963年1968年1955年1970年1997年1941年1963年1961年2003年2005年2001年1993年1957年1968年1968年1234191915295678172910111213103141516合作环县平凉减小不显著减小不显著减小不显著不显著显著不显著1077163815 径流势过对选取的25个主要河流代表站年径流量变趋势分析,内陆河流域西部径流量均有增加的势,中年径流量增幅最大的流域为15 径流势过对选取的25个主要河流代表站年径流量变趋势分析,内陆河流域西部径流量均有增加的势,中年径流量增幅最大的流域为疏勒河流域,其为黑河域,羊河流域分站有下降趋势黑河和疏勒河出山径流量显著增加,尾闾出口面径流显减少石河水系出径流量略微少,尾闾出口断面径流显著减少黄河流域和江流域径流量显著减少,跳跃现象比较明显,基本在1982～1993年发跳跃黄流域和长江域代表站径流量显著减少,检验结果见表2。表2甘肃省径流量代表站年际变化趋势检验结果趋势项检验方法α=105)均值跳跃性检验endall秩次相关结果/2=196斯波曼秩次相关结果/2=197线性趋势回归结果/2=198序号站名检验结果a/2=101跳跃显著否趋势程度跳跃点党城湾昌马堡鸳鸯池水库莺落峡正义峡祁连肃南蔡旗杂木寺九条岭武胜驿岷县折桥红旗靖远17521222166199175814771861145717915981743125316411769143112581977105717061644194811891914153416411796135212481394186917521824210671635162110011388182517161481199127714531947154211181447186178117911088154313651433195418171909113156915651091244147610231025108913081507194181412391237122210471297增大显著增大显著减小不显著增大不显著减小显著增大显著增大不显著减小显著减小显著减小不显著减小不显著减小显著减小显著减小显著减小显著1619381714140110071119121811548191132134211841568193912291051991188111315211851141918471101显著显著显著显著显著显著显著显著显著显著显著显著显著显著显著1981年1997年1983年1979年1989年1979年1980年1973年1959年1990年1962年1986年1968年1986年1970年1968年1985年1993年1970年1996年1968年1993年1993年1993年1993年12345678910111213141516171819天水秦安北道杨家坪雨落坪永宁镇镡家坝舟曲蒿坪武都减小显著减小显著减小显著减小显著减小不显著减小显著减小显著减小不显著减小显著减小显著显著显著显著显著不显著显著显著显著显著显著202122232425各代表站不同年代径流过程线图主要代表站流量各年代丰枯程度对比分析主要代表站径量各时段对比分析中可以看出:内陆河1950～1879年基处于枯水期,1980～2005年大体上处于丰水期;黄河流域上游地区5060年代径流最丰,进入70年代初水量处于减少段,70年代后至80年代中后期,径流略有增加,从80年代后开始,径流量出明显的枯阶段;总体76·气象水文76·气象水文海洋仪器p.2008表现出河流自80年代以后来水衰减的趋势。③长江域5060年代水资源量偏丰(116),为丰水期;7080年代基本持平,其中70年代略有减少(-13),80年代略有增加(11);90年代枯(-117),为偏枯阶段,总上呈现减少趋势。100%,大相对误在13～312%,平均相对误差在-102～112之间,误差范围大部分符合预测要求,并精度较高,唯有安水宁镇合格率不到要求,预测型的误差较大,分析主要原是模型结设计不合或者是资还原不合理成,还是人类引水量过大改变了水文平稳的自时间序列的性质,需要做更近一步的研究。13降水演趋势预测在来的15年里,内陆河域山区代站的降水趋基本为增大,较多年均值的增加幅度在12～218间,原区代表的降水趋基本为减小,较多年均值的减小幅度在17～212%之间,但敦煌武威在增加黄河流未来15年趋势均下降,但趋势不十分明显,降幅会很大,大概在11～113%左右长江流域选取的代表站都的降水量演变趋势也为下降,其趋势直线方的斜率为-16538,下降幅度小于黄河流域的代表站,其下降幅度为11%内陆河流域的大部分站降水量将增多,增加值在15～1218mm,相对幅度在12～218%,酒泉张掖和武威个中心城市的降水量有减少趋势,这可能与城的发展和为影响因有关黄流域代表站水量全部减少趋势,减少值在211～615mm,相对幅度在-12～-113%,长江流域降水量也呈减少趋势,减少值为19mm,相对幅度在-11%,减较小,基本稳定,见图2。14主要控站出山径变化趋势测我内陆河流出山径流未来15年里,其径流量较多年均值,大部分在增加,增加幅度在10～312%,增加值在(11～14)1083,唯有党城和杂木寺在减少,尾闾控制断面径流量大幅减少,见图1。黄流域径流表站地表资源量也显著减少趋势,庄浪河1962年以来发生跳跃,洮河1986年开始显著减少,大夏河1968年开始减少显著,渭河更减少显著,渭河少始于1968年,泾河始于1970年并且自1990年开始,泾渭河均处于枯期,量衰减相厉害,用常规的流预报模型模拟,有几个站在未来15年流量减少为零,甚至出现值,明径渭河水问题已很是严峻;洮河红站和岷县自1986年以来流持续减少,50年代水60年代较丰7080年代平水,2005年有提升趋势,预测未来15年均值较过资源变预测了能更好管理和用有限而贵的水资源,我们在题中再给与降水和径流的趋势超长期预测,以提出一具有前瞻的预见结论,为给水源的管理者提供一个比较可靠的决策依据,进而充利用我省有限的水资源发挥最大的功能,尽量少因水库容小,而让宝的水资源白白走,能灌溉田和发电益。11趋势析预测主要方法次趋势分预测的要工具为文时间序列分与模拟,通过学建模,分析预我省水资源的演变趋势。趋势成分分析法,判断出了趋势成的显著性后,就要对趋势成分进行数学描述,并从原序列中剔除出来。周期波均值外延叠加型,波分析的基本原理就是认为任何一个水要素的资序列过线,论多么复杂,都可以解为一系列的正弦波或余弦波,即一个水文要可以看成是由若干个正弦波叠加而成的。逐回归分析型,逐步回归基本思想是:根据各自变量的重要性大小,每步选一个重要变量进回归方程。12预测型精度定度评定的目的是人们在应用模型时,了解模型可靠性以及计算值的精确程度;同时通过精度评定,分析存在的问题,及时对模型进行改进,以促进水文模型技术和理论的发展用不少于2的未参加参数率定的资料进行检验,判断其对来情况的计算效果,只有拟合期和试算期都能文情报报规范规定的度控制标准,才能认该模型有实用价值。次研究成均达到了较好的精度,16个降水量表站的计年数在25～70年之间,大多在50～60之间,合格率在816～100%,最大相对误差在13～417%,平均相对误差在-103～166之间,误差范符合预测求,且精度较高25径流量表站的计算年数在28～61年之间,大多在50～60年之间,合格率在30～4去20去20年均有上升势渭河道站自1992年以来续偏枯,造成河上游地缺水严重,给工农业生带来不利,泾河家坪站1960～1970年丰水,1970～1985年平水,1985至今于枯水段。78·气象水文海洋仪器p78·气象水文海洋仪器p.2008径渭连续出现水时段加,续时间延长,这些特与整个西北气候环境变迁,水资源时空分布的趋势一致,见图2。江流域水资源演变的总体趋势是减少,经预测未来15年内西汉水镡家坝水文站断面径流量化趋势较多年均值减少,减少值为16×108m3,减幅10%;永宁河永宁镇水文站断面径流量化趋势较多年均值减少,减少值为15×1083,减幅115%,白龙舟曲水文断面径流量变化趋势较多年均值减少,减少值为141083,减幅112%;白水江蒿坪水文站断面径流量变化趋势较多年均值减少,减少值为111083,减幅14%;龙江武都文站断面径流量变少,为此径流也显著减少,尤是渭河水和泾河水系,究其原因:一是降水减少;二是人类活动加剧,水土流严重;三是气候暖长江域降水和径尽管也呈少趋势,但降幅是太大。在来15年内陆河流域水资源量会继续增加,这与西北干旱区由暖干向暖湿转型的问题评估结论致黄河流显著减主要受降减少的影响,而降水减少的主要影响因素是气温普遍升高,水土流严重植被破坏等长江流水资源数量在减少,但趋势显著。参考文献:[1]丁晶,邓育仁.随机水文学[M].成都;成都科技大学出版社,1988.[2]胡兴林.甘肃省主要河流径流时空分布