汾河流域降水与水资源变化研究

牛世军

（山西省水利建设开发中心，山西 太原 030002）

汾河是山西省第一大河，地处山西腹地，纵贯山西南北，流经太原、临汾两大盆地，流域面积39471 km2，占全省国土面积的25.3%。汾河流域是全省经济社会发展的关键区域，2012年全流域国内生产总值5213亿元，占全省国民生产总值的43%。由于流域内经济社会的快速发展和人口的急剧增长，用水量持续增加，已不能满足人们的用水需求，水资源短缺已成为制约流域社会经济发展的主要因素。因此，研究气候变化对水资源的影响、水资源评估、有关部门制定规划、保护和合理开发利用水资源具有非常重要的意义。

1 汾河流域降水特性分析

1.1 年际降水量变化特征分析

通过对汾河流域1956—2013年各时段降水量分析可知，1956—1979年多年平均降水量为529 mm；1980—2000年多年平均降水量为 477 mm；2001—2013年多年平均降水量为515 mm。根据山西省第二次水资源评价结果，1956—2000年多年平均降水量为505 mm。

汾河流域多年平均降水基本上经历偏丰、平、平、偏枯和平的变化过程。20世纪五六十年代降水量偏丰，平均降水量为550 mm，较多年平均降水量507 mm多43 mm，偏多8.5%；20世纪70年代降水量与多年平均降水量基本持平；进入20世纪80年代后降水量呈逐渐减少的趋势，90年代降水量大幅下降，较流域多年平均降水量下降8.7%，较五六十年代下降15.8%；进入21世纪流域降水量开始出现增加趋势，降水量较流域多年平均降水量略有增加。

1.2 降水量空间分布特征

汾河流域从上中游至下游，由南至北降水量逐渐减少，上中游地区1956—2013年多年平均降水量为493.9 mm，较全流域多年平均降水量减少13.1 mm，减少2.6%；下游地区1956—2013年多年平均降水量为539 mm，较全流域多年平均降水量增加32 mm，增加6.3%。

2 水资源量分析

2.1 地表水资源量

根据1956—2013年资料统计，汾河流域多年地表径流量为20.4亿m3。根据山西省第二次水资源评价结果，汾河流域地表水资源总量为20.7亿m3，其中，上中游 13.3 亿m3，下游 7.4亿m3。

1956—1979年多年平均地表径流量为26.5亿m3，1980—2000年多年平均地表径流量为17.4亿m3，2001—2013年多年平均地表径流量为13.3亿m3，1956—2013年期间，汾河流域多年地表径流量总体上呈不断减少趋势，2001—2013年较1956—1979年减少13.2亿m3，2001年地表径流量减少趋势明显。

2.2 地下水资源量

根据1956—2013年资料统计，汾河流域多年地下水资源量为11.7亿m3。其中：1956—1979年多年平均地下水资源量为9.6亿m3，1980—2000年多年平均地下水资源量为12.7亿m3，2001—2013年多年平均地表径流量为12.8亿m3。

2.3 水资源总量

根据1956—2013年资料统计，流域多年平均水资源总量为31.9亿m3。据山西省第二次水资源评价结果，汾河流域多年平均水资源总量为33.6亿m3。1956—1979年多年平均水资源总量为36.1亿m3，1980—2000年多年平均水资源总量为30.1亿m3，2001—2013年多年平均水资源总量为26.1亿m3。1956—2013年期间，多年平均水资源总量总体上呈不断减少趋势，2001—2013年较1956—1979年减少10 亿m3。

3 降水量与水资源量分析

3.1 相关性分析

点绘1956—2013年降水量与水资源总量关系曲线，直线回归相关系数为0.666，降水量与水资源总量总体上相关性较好，两者具有一定的规律性。

按照不同年代点绘降水径流相关关系，在相同降水的情况下，1956—1979年期间的水资源总量最大，1980—2000年次之，2001—2013年最小。如以流域平均降水量507 mm为基础，利用不同年代的拟合方程计算，则1956—1979年期间水资源总量为34.6亿m3，1980—2000 年为 32.6 亿m3，减少 2.0 亿m3，减幅5.8%。2001—2013年为25.5亿m3，与1956—1979年相比减少了9.1亿m3，减幅达26.4%。

3.2 突变分析

累积曲线只有分析指标变化明显时才能很直观地表现出来，但在变化不明显的情况下，累积曲线并不能明确判断指标是否存在突变。因此，应用Mann-Kendall方法判断指标序列中是否存在突变，并确定出突变发生的时间。给定显著性水平α=0.05，分别绘制分析指标的正序列统计量（UFk）和逆序列统计量（UBk）曲线图。若UFk的值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势。当超过临界直线时，表明上升或下降趋势显著。超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UFk和UBk两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。

3.2.1 降水量

通过对1956—2013年降水量序列M-K检验，汾河流域的降水量仅在 1958年，1963—1964年和1966—1967年有很小的增加趋势，增加趋势不显著。1967年以后呈不断减少趋势，减少趋势显著，1998年通过了0.05的显著性检验。根据UFk和UBk两条曲线有3个交点，可以认为在1967年降水量发生突变，超过临界线的范围确定为1997—2010年。

3.2.2 地表径流量

通过对1956—2013年地表径流量序列M-K检验，汾河流域的地表径流量在1958—1959年，1963—1971年呈增加趋势，1971年以后呈不断减少趋势，减少趋势显著，1980年通过了0.05的显著性检验。根据UFk和UBk两条曲线有1个交点，认为超过临界线的范围确定为1980—2013年。

3.2.3 地下水资源量

通过对1956—2013年地下水资源量序列MK检验，汾河流域的地下水资源量在1958年，1964年，1974—2013年呈增加趋势，1974年以后呈不断增加趋势，增加趋势显著，1982年通过了0.05的显著性检验。根据UFk和UBk两条曲线有1个交点，可以认为在1978年地下水资源量发生突变，超过临界线的范围确定为1982—2013年。

3.2.4 水资源总量

通过对1956—2013年水资源总量序列M-K检验，汾河流域的水资源总量在1958年，1964—1967年呈增加趋势，增加趋势不显著。1967年以后呈不断减少趋势，减少趋势显著，1990年通过了0.05的显著性检验。根据UFk和UBk两条曲线有1个交点，可以认为在1983年水资源总量发生突变，超过临界线的范围确定为1991—2013年。

4 结论

第一，汾河流域多年平均降水量基本上经历偏丰、平、平、偏枯和平的变化过程，20世纪五六十年代降水量偏丰，70年代降水量与多年平均降水量基本持平，80年代后降水量呈逐渐减少的趋势，90年代降水量大幅度下降，进入21世纪流域降水量呈增加趋势。汾河流域降水量由南至北呈逐渐减少趋势，汾河流域上中游、下游降水量年代际变化与全流域变化趋势相一致。

第二，1956—2013年期间，汾河流域地表水、地下水及水资源总量总体上呈不断减少趋势，地表水资源量在2001年减少趋势较为明显。

第三，降水量与水资源总量总体上相关性较好，直线回归相关系数为0.666。