淮北平原水文循环要素时空演变规律研究

摘要

水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源,近几十年来,全球的气候变化和频繁的人类活动对水文循环产生了重要的影响。淮北平原位于我国南北气候过渡带,由于水资源时空分布极不均匀、人类活动频繁、水体污染严重等原因,水资源问题已成为制约该区域经济社会发展的瓶颈。因此,研究气候变化和人类活动背景下的水文循环要素时空变化特征,对深入认识淮北平原水资源形成和演变规律、水资源的可持续开发利用和生态环境保护具有重要的指导作用。
　　 本文以淮北平原的水文循环要素变化特征为主线,分析了淮北平原典型实验站—五道沟实验站的气象要素变化特征,对淮北平原降水量、蒸发量和径流量进行变化特征分析,并运用Hurst指数、Kendall秩次相关检验和Mann-Kendall检验法、T方法和Yamamoto法分别定量地检验水文循环要素时间序列的随机性、趋势性和突变性,采用小波分析方法对降水量、径流量多时间尺度变化进行形象显示,文中提出降水重心概念以分析降水量的时间分布趋势,结合气候变化特性初步形成解释淮北平原“蒸发悖论”的原因,最后引入云模型分析淮北平原径流量时间、空间分布特征,通过数学特征不仅定性且定量地表示出径流量分布的不均匀性和不确定性,以杨楼实验流域简单分析影响淮北平原径流量变化的因素。主要研究成果如下:
　　 (1)五道沟实验站气温整体呈减少-增加趋势,1981年之后增长率为0.3℃/10a;日照时数呈减少趋势,全年日照时数倾向率为-184/10a;风速也呈减少趋势,风速平均每10a下降0.32m/s;相对湿度多年平均为77％;24年均水汽压力差值为6.3mb。各气象要素均呈正相关,气温和相对湿度总体呈上升趋势,日照时数和风速总体呈减少趋势,水汽压力差无趋势性,气温和水汽压力差系列无突变。
　　 (2)淮北平原1956～2008年年均降水量系列之间呈正相关,趋势性不显著且无突变;采用Matlab绘图功能绘制降水量系列小波分析两种母函数研究结果,显示总体呈现先减少后增加的趋势;研究发现五个不同年代降水重心的变化并不是特别强烈,基本位置位于安徽省宿州市灵璧县浍沟镇南部。
　　 (3)淮北平原多年蒸发量之间呈正相关、有下降趋势、无突变,等值线图显示蒸发量集中在淮北市最大,以此为中心逐渐向西北方向和东南方向减小。文中着重对五道沟实验站蒸发量与气象因素之间的关系作了深入分析,得出五道沟实验站1986～2009年逐日水面蒸发量主要与气温、水汽压力差和地面温度相关性很好,与日照时数和相对湿度关系较好,与风速和降水相关关系不太明显,解释了淮北平原出现“蒸发悖论”理论的原因。
　　 (4)对淮北平原1956～2008年年径流量资料进行年际分析,检验出年径流量系列具有强持续性、趋势性不明显且无突变。运用小波分析法分析年径流量的多时间尺度变化,呈先减少后增加趋势。运用云模型研究发现:时间分布上非汛期径流最为稳定,全年次之,汛期的径流量的不稳定性最高,在汛期和全年的时间尺度上,径流量的不确定性高于非汛期;在空间分布上离散度呈现先增后减的趋势(熵值先大后小)、稳定性逐渐减小(超熵增加),在Ⅱ时间段内超熵值较大,径流量在空间上分布的不均匀性的稳定程度较小。