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1、1 / 11 甘肃省近 60 年来水资源演变及趋势预测研究 摘要： 本文利用41 个水资源代表站自建站以来的原始观测序列来分析我省地表水 资源的变化规律以及对其演变趋势进行超长期预测。分内陆河流域、黄河流域、长江 流域分别做趋势分析、显著性检验和跳跃检验，从另一个更加确切、更加真实、更加 直观的角度来认识我省地表水资源量的演变规律，并且运用比较适合我省干旱半干旱 地区的水文模拟模型来对未来15 年各代表站的降水量和径流量进行超长期的预测和展 望，希望能给水资源管理者提供有利的决策支撑数据。 关键词： 演变趋势规律及预测研究水资源 甘肃省 中图分类号： TV121 文献标识码：A 随着气温变暖，
2、人类活动对降水径流的影响的日益增大，我省水资源情势究竟发 生了怎样的变化，过去的演变规律是什么，现在将来会向什么方向发展，它将对我省 工农业生产和国民经济发展产生怎样的影响和决定性的作用体现在哪里？自建国以来 近 60 年，我省水资源调查评价工作曾全面展开三次，每次评价成果都在证明水资源呈 减少趋势。本课题就我省典型代表站自有观测资料以来到2005 年截至的实测资料序列 进行分析，从另一个更加确切、更加真实、更加直观的角度来认识我省地表水资源量 的演变规律，并且运用比较适合我省干旱半干旱地区的水文模拟模型来对未来15 年各 代表站的降水量和径流量进行超长期的预测和展望，希望能给水资源管理者提供
3、有利 的决策支撑数据。 1 甘肃省水资源简况 甘肃省位于中国西部偏北，在东经922010846、北纬32314250之间。东 邻陕西省，北接宁夏回族自治区、内蒙古自治区，并与蒙古人民共和国接壤，西靠新 疆维吾尔自治区，西南与青海省交界，南与四川毗连。总面积42.58 万平方公里，从东 南到西北呈狭长状伸展，东西斜长1655 公里，南北宽68530 公里，处于黄土高原、 内蒙古高原和青藏高原的交汇处。外流区河流有黄河流域和长江流域，内流区河流为 河西内陆河流域，全省分三个流域九个水系，年径流量大于1 亿 m 3 的河流 78条。 2 / 11 2 水资源数量 2.1 降水量 全省多年平均 均值跳
4、跃性检验 Kendall 秩次 相关结果 U /21.96 斯波曼秩次 相关结果 T/21.97 线性趋势回 归结果 T/21.98 趋势程度 检验结果 Ta/2=2.01 跳跃显 著否 跳跃点 1 敦煌1.97 0.22 0.167 减小、不显著2.157 显著1952 年 2 酒泉0.627 0.735 0.355 增大、不显著2.19 显著1963 年 3 张掖0.694 0.688 0.672 增大、不显著1.597 不显著1968 年 4 大 黄 山0.327 0.336 0.398 增大、不显著不显著1955 年 5 野 牛 沟1.543 1.581 1.904 增大、不显著2.9
5、19 显著1970 年 6 托勒1.948 2.03 1.912 增大、不显著2.529 显著1997 年 7 武威1.99 1.228 1.065 增大、不显著不显著1941 年 8 九 条 岭0.262 0.39 0.206 增大、不显著不显著1963 年 9 乌 鞘 岭0.966 1.1 0.955 减小、不显著3.72 显著1961 年 10 兰州1.98 1.181 1.38 减小、不显著不显著2003 年 11 天水2.12 2.175 2.298 减小、显著不显著2005 年 12 西峰2.26 0.143 0.111 增大、不显著不显著2001 年 13 武都1.581 1.7
6、29 1.414 减小、不显著3.03 显著1993 年 5 / 11 14 合作0.41 0.292 0.429 减小、不显著不显著1957 年 15 环县1.079 1.033 1.149 减小、不显著2.077 显著1968 年 16 平凉0.728 0.733 0.931 减小、不显著1.638 不显著1968 年 3.5 径流趋势 通过对选取的25 个主要河流代表站年径流量变化趋势分析，我省内陆河流域西部 径流量均有增加的趋势，其中年径流量增幅最大的流域为疏勒河流域，其次为黑河流 域，石羊河流域部分站有下降趋势。黑河和疏勒河出山径流量显著增加，尾闾出口断 面径流显著减少。石羊河水系出
7、山径流量略微减少，尾闾出口断面径流显著减少。黄 河流域和长江流域径流量显著减少，跳跃现象比较明显，基本在19821993 年发生跳 跃。黄河流域和长江流域代表站径流量显著减少，检验结果见表1-2。 在各代表站不同年代径流过程线图、主要代表站径流量各年代丰枯程度对比分 析、主要代表站径流量各时段对比分析中我们可以看出：内陆河19501879 年基本 处于枯水期， 19802005 年大体上处于丰水期；黄河流域上游地区50、60 年代径流 最丰，进入70 年代初水量处于减少段，70 年代后期至80 年代中后期，径流略有增 加，从 80年代后期开始，径流量出现明显的枯水阶段；总体表现出河流自80年代
8、以后 来水衰减的趋势。长江流域50、60 年代水资源量偏丰 均值跳跃性检验 Kendall 秩次 相关结果 U /2 1.96 斯波曼秩次相 关结果 T /21.97 线性趋势回 归结果 T /21.98 趋势程度 检验结果 Ta/2=2.01 跳跃 显著 否 跳跃点 1 党城湾3.752 4.796 4.088 增大、显著5.6 显著1981 年 2 昌马堡3.222 3.352 3.543 增大、显著4.938 显著1997 年 3 鸳鸯池水库1.66 1.248 1.365 减小、不显著2.714 显著1983 年 4 莺落峡1.99 1.394 1.433 增大、不显著2.401 显著
9、1979 年 5 正义峡2.758 2.869 2.954 减小、显著4.007 显著1989 年 6 祁连2.477 2.752 2.817 增大、显著3.119 显著1979 年 7 肃南1.861 1.824 1.909 增大、不显著2.218 显著1980 年 8 蔡旗8.457 21.067 16.3 减小、显著11.548 显著1973 年 9 杂木寺2.79 2.635 2.569 减小、显著4.9 显著1959 年 10 九条岭1.598 1.621 1.565 减小、不显著2.132 显著1990 年 11 武胜驿0.743 1.001 2.09 减小、不显著6.342 显著
10、1962 年 12 岷县3.253 3.388 3.244 减小、显著4.184 显著1986 年 13 折桥3.641 3.825 3.476 减小、显著3.568 显著1968 年 14 红旗2.769 2.716 3.023 减小、显著3.939 显著1986 年 6 / 11 15 靖远2.431 2.481 3.025 减小、显著3.229 显著1970 年 16 天水4.258 4.99 5.089 减小、显著5.05 显著1968 年 17 秦安4.977 6.277 5.308 减小、显著4.99 显著1985 年 18 北道4.057 4.453 4.507 减小、显著5.1
11、88 显著1993 年 19 杨家坪3.706 3.947 3.94 减小、显著4.113 显著1970 年 20 雨落坪 0.644 0.542 0.814 减小、不显著 1.521 不显著1996 年 21 永宁镇2.948 3.118 3.239 减小、显著3.851 显著1968 年 22 镡家坝3.189 3.447 3.237 减小、显著4.4 显著1993 年 23 舟曲1.914 1.86 2.222 减小、不显著2.9 显著1993 年 24 蒿坪2.534 2.781 3.047 减小、显著3.847 显著1993 年 25 武都2.641 2.791 3.297 减小、显
12、著4.101 显著1993 年 4 水资源演变预测 为了能更好的管理和使用有限而宝贵的水资源，我们在课题中再给与降水和径流 的趋势超长期预测，以便提出一个具有前瞻性的预见结论，为给水资源的管理者提供 一个比较可靠的决策依据，进而充分利用我省有限的水资源发挥最大的功能，尽量减 少因水库库容小，而让宝贵的水资源白白流走，不能灌溉农田和发电增益。 4.1 趋势分析预测的主要方法 本次趋势分析预测的主要工具为水文时间序列分析与模拟，通过数学建模，分析 预测我省水资源的演变趋势。趋势成分分析法，判断出了趋势成分的显著性后，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模型， 谐波
13、分析的基本原理就是认为任何一个水文要素的资料序列过程线，不论多么复杂， 都可以分解为一系列的正弦波或余弦波，即一个水文要素可以看成是由若干个正弦波 叠加而成的。逐步回归分析模型，逐步回归的基本思想是：根据各个自变量的重要 性大小，每步选一个重要变量进入回归方程。 4.2 预测模型精度评定 精度评定的目的是人们在应用模型时，了解模型的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 年的未参加参数率定的资料进行检验，判断其对未来情况 的计算效果，只有拟合期和试算期都能满足水文情报预报规范规定的精度控制标 准，才能认为
14、该模型具有实用价值。 本次研究成果均达到了较好的精度，16个降水量代表站的计算年数在2570 年之 7 / 11 间，大多在 5060年之间，合格率在83.6100，最大相对误差在1345.7，平均 相对误差在 -0.032.66之间，误差范围符合预测要求，并且精度较高。25 个径流量 代表站的计算年数在2861 年之间，大多在5060 年之间，合格率在30100，平 均相对误差在 -0.0216.2之间，误差范围大部分符合预测要求，并且精度较高，唯有 秦安、天水、永宁镇合格率达不到要求，预测模型的误差也较大，分析主要原因是模 型结构设计不合理或者是资料还原不合理造成，还是人类引水量过大改变了
15、水文平稳 的自然时间序列的性质，需要做更近一步的研究。 4.3 降水演变趋势预测 在未来的15 年里，内陆河流域山区代表站的降水趋势基本为增大，较多年均值的 增加幅度在0.223.8之间，平原区代表站的降水趋势基本为减小，较多年均值的减 小幅度在 0.728.2之间，但敦煌和武威在增加。黄河流域未来15年趋势均为下降， 但趋势不是十分明显，降幅不会很大，大概在1.114.3左右。长江流域选取的代表 站武都的降水量演变趋势也为下降，其趋势直线方程的斜率为- 0.6538，下降幅度小于 黄河流域的代表站，其下降幅度为1.1。内陆河流域的大部分站降水量将增多，增加 值在 0.5123.8mm，相对幅
16、度在0.223.8，酒泉、张掖和武威三个中心城市的降水 量有减少趋势，这可能与城市的发展和人为影响因素有关。黄河流域代表站降水量全 部呈减少趋势，减少值在21.161.5mm，相对幅度在 -4.2-14.3，长江流域降水量 也呈减少趋势，减少值为4.9mm，相对幅度在 -1.1，减幅较小，基本稳定，见图1- 1。 8 / 11 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1956196619761986199620062016年份 降 水 量 （ m m ） 敦煌市预测乌鞘岭预测西峰预测武都预测 线性 (敦煌市预测 )线性 (乌鞘岭预测 )线性 (西峰
17、预测 )线性 (武都预测 ) 图 1-1甘肃省降水代表站降水量演变趋势预测过程线 4.4主要控制站出山径流变化趋势预测 我省内陆河流域出山径流在未来15 年里，其径流量较多年均值，大部分在增加，增加幅度 在 4.0 37.2，增加值在0.1 亿 m 3 3.4 亿 m3，唯有党城湾和杂木寺在减少，尾闾控制断面 径流量大幅减少，见图1-2。 0 10 20 1956196119661971197619811986199119962001200620112016年份 径 流 量 （ 1 0 8m 3 ） 昌马堡预测 莺落峡预测 九条岭预测 昌马堡实测 莺落峡实测 九条岭实测 5 天移动平均 (莺落
18、峡预测) 5 天移动平均 (昌马堡预测) 多项式 (莺落 峡预测) 多项式 (昌马 堡预测) 多项式 (九条 岭预测) 图 1-2甘肃省内流河流域代表站径流量演变趋及势预测过程线 黄河流域径流代表站地表水资源量也呈显著减少趋势，庄浪河1962 年以以来发生 9 / 11 跳跃，洮河 1986年开始显著减少，大夏河1968年开始减少显著，渭河更是减少显著， 渭河减少始于1968 年，泾河始于1970 年并且自 1990 年开始，泾渭河均处于枯水期， 流量衰减相当厉害，用常规的径流预报模型模拟，有几个站在未来15 年流量减少为 零，甚至出现负值，说明径渭河的水问题已经很是严峻；洮河红旗站和岷县站自
19、1986 年以来径流持减少，50 年代平水、 60 年代较丰、 70、80 年代平水， 2005 年有提升趋 势，预测未来15 年均值较过去20 年均值有上升态势。渭河北道站自1992 年以来持续 偏枯，造成渭河上游地区缺水严重，给工农业生产带来不利，泾河杨家坪站1960 1970 年丰水， 19701985 年平水， 1985 至今处于枯水段。径渭河连续出现枯水时段增 加，持续时间延长，这些特点与整个西北气候环境变迁，水资源时空分布的大趋势一 致，见图 1-3。 长江流域水资源演变的总体趋势是减少，经预测在未来15 年内西汉水镡家坝水文 站断面径流量变化趋势较多年均值减少，减少值为0.6 1
20、08m3，减幅 4.0；永宁河永 宁镇水文站断面径流量变化趋势较多年均值减少，减少值为0.5 108m3，减幅11.5， 白龙江舟曲水文站断面径流量变化趋势较多年均值减少，减少值为3.4 108m3，减幅 14.2 ； 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 3.1 108m3，减幅 9.4；白龙江武都水文站断面径流量变化趋势较多年均值减少，减少 值为 0.2 108m3。 10 / 11 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 19561961196619711976198119861991
21、19962001200620112016年份 径 流 量 （ 1 0 8m 3 ） 红旗预测 舟曲预测 武都预测 红旗实测 舟曲实测 武都实测 多项式 (舟 曲预测 ) 多项式 (红 旗预测 ) 多项式 (武 都预测 ) 图 1-3甘肃省黄河、长江流域代表站径流量演变趋及势预测过程线 5 水资源演变结论 我省祁连山出山口径流量及祁连山区降水量均有增大趋势，尤其是径流量增加显 著，这对我省河西地区无疑是件喜事。黄河流域降水量在减少，为此径流量也显著减 少，尤其是渭河水系和泾河水系，究其原因：一是降水减少；二是人类活动加剧，水 土流失严重；三是气候变暖。长江流域降水和径流尽管也呈减少趋势，但降幅不
22、是太 大。 在未来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 的问题评估结论一致。黄河径流显著减少主要受降水减少的影响，而降水里减少的主 要影响因素是气温普遍升高，水土流失严重、植被破坏等。长江流域水资源数量也在 减少，但趋势不显著。 Water Resources Evolution and Tendency Forecast Research of GansuProvince in the past 60 years WANG Qi-you (Hydrology and Water Resources Surveying Bureau of Gansu Provi
23、nce,lanzhou 730000,China 11 / 11 Abstract:The article has used the original observation sequencesfrom 41 water representative stations from the beginning toanalyze Gansu province surface water change rules and carry on its ultra-long- term forecast to its evolution tendency.The inland river basin, t
24、he Yellow River valley and theYangtze River valley was separately made the trend analysis,the prominence examination andthe jump examination to understand the evolution rules of surface water quantity of Gansu Province from another more precise, more real, more visual angle,and to use Hydrological S
25、imulation Model which is more suitable to Arid and semi-arid areas of our provinceto forecast precipitation and runoff of every representative stations ultra-long-term infuture 15 years.Hopefully it can provide the advantageous policy-making strut data for the water resources superintendent. Key wor
26、ds:evolution tendency rules and forecast research。water resources。GansuProvince 主要参考文献： 1 丁晶 ,邓育仁 . 随机水文学 M. 成都。成都科技大学出版社,1988.10,3460. 2 胡兴林 .甘肃省主要河流径流时空分布规律及演变趋势分析J.地球科学进展,2000,15(5:516- 521. 3 蓝永超 ,康尔泗 ,张济世 .河西内陆干旱区主要河流出山径流特征及变化趋势分析J. 冰川冻土 , 2000.22(2: 147 152. 4 康尔泗 ,程国栋 ,董增川 ,中国西北干旱区冰雪水资源与出山径流M. 北京 :科学出版社,2002 年,1670.