沅江下游常德（二）站年降水量的多年变化及趋势分析

沅江下游常德（二）站年降水量的多年变化及趋势分析

凡 ,杨

湖南省常德水文水资源勘测中心城区水文局  415000

【摘要】采用数理统计法、利用P-Ш型频率曲线、累计差积曲线、Man-Kendall非参数分析，对沅江下游常德（二）站自1951以来年降水量资料进行分析，分析多年变化情况和变化趋势，为水资源评价和水资源综合利用提供参考。

【关键词】 年降水量；变化趋势分析；常德（二）站

一  流域概况

沅江系长江八大支流之一，是湖南省第二大河流，沅水流域位于北纬26°～3O°、东经107°～114°之间。沅江发源于贵州省东南部，分南、北两源。南源马尾河（又名龙头江）为主源，发源于贵州省都匀市都蓬山北中寨；北源重安江出自麻江、平越间大山，又称诸梁江。南源马尾河流至贵州凯里市汊河口与北源重安江汇合后称清水江，由芷江县銮山入湖南境内，向东流26km纳渠水，再流71km至黔城镇会合㵲水后始称沅江。沅江折向东南流23km至洪江镇纳巫水，至溆浦县大江口纳溆水，至辰溪纳辰水后进入五强溪水库库区，至泸溪纳武水，至沅陵纳酉水、怡溪、洞庭溪，出五强溪水库后纳夷望溪和白洋河，由常德市德山枉水河口注入洞庭湖。据水利数据普查显示，沅江干流全长1053km，省内河长568km，河流平均比降0.493‰，多年平均降水量1372.5mm,流域面积89833km2。其中湖南省占52224.8 km2，贵州省占30251.7 km2，重庆占4658.4 km2，湖北占2680.7 km2，广西占17.4 km2。

流域内水利工程较多，主要有托口水电站、洪江水电站、安江水电站、凤滩水电站、五强溪水电站、凌津滩水电站、桃源水电站。

图1  沅江常德境内水系图

二  常德（二）站基本情况

常德（二）站位于湖南省常德市武陵区半边街社区，东经111°42′，北纬29°01′。建站时间为1924年10月1日，中间变迁多次，1968年更名为常德（二）站。流域集水面积87968km2，断面以上干流长1048km，距河口5.0km。目前为国家基本水文站，现有测验项目：水位、流量、水质、降水量。其中降水观测时间从1950年7月开始至今，2001年至2013年对流量进行了常规测验，2014年对流量测验进行了调整，在防汛警戒水位39.00m以上时适时开展高洪流量测验和流量小于300m3/s时适时开展枯水流量测验，流量资料不定线整编，刊印相应成果资料。

本站测验河段顺直长约1 km，主要测验设施位于沅江干流左岸，基本水尺断面兼流速仪测流断面较稳定，河流主槽偏左，低枯水季节有少量的水草和青苔生长。右岸滩地宽约250m。河道两岸均有钢筋混凝土防洪大堤，左岸坡为块石或砼六棱块护坡，右岸堤顶高程45.47m，左岸堤顶高程44.60m。基上700m建有沅江大桥，五个桥墩对流速分布有影响。左岸基上650m是南碈电排闸，控制穿紫河的排放。基下5 km即为沅江河口。

三、资料样本分析

（一）资料选用

该站降雨资料采用1951年～2021年，共71年的资料，资料来源于水文年鉴的逐日降水量表。其中原常德站1951年～1967年，常德（二）站1968～2021年，两站相距约10km，均属于平原区，地貌相似，本次分析按一站处理。

（二）统计参数计算

对常德（二）站自1951～2021年的71年年降水量资料，计算系列多年降水量均值、变差系数Cv、偏态系数Cs，采用算术平均法计算年降水量均值，不作适线调整；变差系数Cv采用适线值。经计算年降水量均值为1393.9mm、变差系数Cv=0.2、偏态系数Cs=0.5，统计参数见下表（1）。

                    统计参数计算表  表（1）

四  年降水量的多年变化

（一）年际变化

常德（二）站多年平均降水量为1393.9mm，最大年降水量为2041.0mm（2002年），最小年降水量为762.1mm（2011年），最大是最小年降水量的2.7倍,这就说明年际变化大。详见年降水量极值统计表（2）。

年降水量级值统计表（2）

图2  年降水量分布图

（二）年内分配

从多年降水量年内分配表（3）来看，该站降水量年内分配不均匀，汛期降水量相对集中，非汛期降水量相对偏少，1～6月降水量呈逐月增长趋势，7～12月降水量呈逐月减少趋势。又从年内降水量分布图来看，春夏4～7月偏多，秋冬11月～次年2月偏少的特点。多年平均最大月降水量为196.1mm（6月），多年平均最小月降水量为42.9 mm（12月）。汛期4～9月多年平均降水量为938.9mm，占全年降水量的67.4%，非汛期占全年降水量的32.6%。4～7月为连续最大4个月降水量，占汛期降水量的76.0%，占全年的降水量的51.2%。

多年降水量年内分配表（3）

图3  年内降水量分布图

（三）年降水量频率分析

采用P-Ш型频率曲线对常德（二）站71年年降水量进行分析，变差系数小说明数据系列分布集中程度高，Cv值为0.2，Cs值为0.5，Cs/Cv=2.5。不同频率下年降水量见下表（4）。从不同频率下的降水量数据来看：1954年发生了长江流域性大洪水，沅江也发生大洪水，在历史洪水中排第9位，年降水量排第2位，当年降水量接近50年一遇。2011年年降水量严重偏少，常德市范围内出现严重干旱，超过100年一遇的枯水年。

不同频率下的年降水量表（4）

（四）年降水日数分析

采用P-Ш型频率曲线对常德（二）站71年年降水日数进行分析，变差系数小说明数据系列分布集中程度高， Cv值为0.12，Cs值为0.3，Cs/Cv=2.5。多年平均降水日数为145天，最多降水日数193天（1954年），最少降水日数90天（2011年）。

年降水日数统计表（5）

五  年降水量变化趋势分析

（一）年降水量差积曲线分析

采用差积曲线法对常德（二）站71年降水量分析，计算年降水量模比系数Ki（当年降水量/多年平均降水量）以及Σ（Ki-1），并点绘站差积曲线Σ（Ki-1）～N年，如图4。图中可看出，1951年～1984年差积曲线呈下降段，1985年～2020年Σ（Ki-1）值小于0，且在每个上升、下降段都有多个较小的上升和下降的波动段，在2011年跌至最低值-0.804，后期阶段并成上升趋势，如果1951年至2011年是一个周期变化，这个变化周期约为60年左右，从2011年将进入下阶段的丰水期。

图4  年降水量差积曲线图

（二）Man-Kendall趋势分析

Man-Kendall检验是一种非参数检验方法，该检验对待检测序列的分布无要求，并且不受少数异常值的干扰，常用于分析水文气象序列的演变趋势。

经计算常德（二）站1951～2021年年降水量变化呈上升趋势，并且通过了 90%显著性检验。另外1951～2011年年降水量变化呈下降趋势，2012至2021年年降水量变化呈上升趋势，均通过了 90%显著性检验。详见Man-Kendall检验计算表（6）。

Man-Kendall检验计算表（6）

六  分析结论

通过以上分析：沅江下游常德（二）站年降水量年际变化较大，年内分布不均，周期变化明显。1951～2021年长系列年降水量变化呈上升趋势，而1951～2011年降水量变化呈下降趋势，而2012年～2021年降水量变化呈上升趋势，该10年年平均降水量为1505.9mm，比长系列偏多8.0%，降水出现明显拐点。常德（二）站将在2012年进入丰水期。后期流域性大洪水出现概率增大，超警洪水次数增多，城市防汛责任也随之加大。

参考文献

1 黄振平编著《水文学统计学》 河海大学出版社

2  王燕 衣学军等胶东半岛烟台市域降水系列代表性分析  《水文》期刊2002 第4期

3  马蕴芬，江苏省若干代表站年降水量的多年变化和系列代表性分析，《水文》期刊2003年第3期

4  王勤宜，长江源区降水特征及变化趋势分析，《水文》期刊2004年第1期

5  邹连文  陈干琴等山东省年降水量系列代表性及多年变化的初步分析，《水文》期刊2005年第6期