中图分类号: P332.1 文献标识码: A 文章编号:1001-4179（2008）17-0090-03
水资源评价是对评价范围内的水资源数量分布、年际和年内变化、水的质量等方面的确定，并评估水资源利用和控制的可能性。水资源量的多年变化可用年降水量的时序系列来表示，降水量资料系列的代表性直接影响水资源评价的精度。因此，选择长江流域若干具有长期观测资料的雨量代表站，分析其年降水量的多年变化规律及统计参数的稳定性，评定短系列资料的代表性，为水资源调查评价和综合规划提供参考依据。
1 资料的选用
从数理统计角度来看，样本系列越长，推求的统计参数越接近总体的统计参数。在流域内选择资料系列较长、数据可靠、代表性较好的站点进行年降水量系列代表性分析，以了解长江流域年降水量的丰、枯变化规律，不同长度系列统计参数的稳定性，本次水资源调查评价采用的1956～2000年系列的代表性。
在长江流域干支流上选取了16个测站，实测资料1463站年（平均可达91a/站以上），经插补后共1796站年，分析选用雨量站情况见表1。
2 代表站降水量的多年变化
为分析长系列的降水量多年丰枯变化情况，特选取了降水观测较早的部分测站资料作计算分析。
2.1 年降水量的变化趋势
根据长系列实测降水量资料统计了各年代及1980～2000（21a）、1956～2000年（45a）系列年降水均值与长系列年降水均值的比值，总体上看，长江年降水量近年有逐渐偏丰的趋势，长江流域1956～2000年降水量基本处于平水期，1980～2000年降水处于偏丰水期，见表2。各雨量代表站20世纪80、90年代的年降水量为偏多期，70年代降水为偏少期。
长江流域20世纪50～90年代年降水量均值经历了偏丰—偏枯—偏丰的交替变化过程，从各年代降水均值看，50、90年代降水量处于偏丰期。对各站而言，情况不尽一致，长江干流站50、80、90年代降水偏丰，60、70年代降水偏枯;支流岷江成都站，50～90年代年降水量经历了平—偏枯的过程，降水均值60年代达最大;乌江贵阳站经历了偏丰—偏枯—平过程，70年代降水最大，80年代降水较小;湘江长沙站90年代降水最大，80年代降水较小;汉江武候镇80年代降水大，90年代降水较小;赣江吉安50年代降水最大，60、70年代降水较小。
表1 分析选用站及资料系列统计
2.2 年降水量最大最小值统计
各长系列代表站降水量的年际变化较大，最大与最小年降水量的差值随地区不同，可相差800～1500mm，最大年降水量为最小年降水量的2～4倍。如汉口站最大年降水量为1889年的2107.1mm，最小年降水量为1902年的576.4mm，相差1530.7mm，最大年为最小年的3.66倍。各站最大年降水量为多年平均年降水量的1.3～1.9倍，最小年降水量为多年平均年降水量的0.46～0.62倍。
表2 雨量代表站各年代与长系列均值比
注:30s指1930～1939年，其余类同。
2.3 降水量丰枯周期
对选用的主要站长系列年降水量作了11a滑动平均，图1为分别代表上、中、下游的重庆、汉口、上海站滑动平均曲线变化过程，可看出，各站发生过几段多雨期和几段少雨期，且每段的持续时间不固定。
图1 年降水量11a滑动平均曲线
上游的重庆站发生过3段少雨期和3段多雨期，少雨期持续时间在10～20a间，平均约为14a，多雨期持续时间在10～23a间，平均约为18a，一个完整周期约在30～35a间变化。与多年平均年降水量比较，少雨期年降水量偏少2.34%～3.36%，多雨期年降水量偏多1.85%～5.03%，少雨期大致以1927～1945年这一时段为最小，多雨期大致以1906～1926年这一时段为最大。
中游的汉口站发生过3段少雨期和4段多雨期，少雨期持续时间在13～23a间，平均约为16a，多雨期持续时间在11～27a间，平均约为16a，一个完整周期约在25～40a间变化。与多年平均年降水量比较，少雨期年降水量偏少4.94%～8.35%，多雨期年降水量偏多3.25%～8.22%，少雨期大致以1960～1982年这一时段为最小，多雨期大致以1983～1995年这一时段为最大。
下游的上海站发生过3段少雨期和4段多雨期，少雨期持续时间在17～21a间，平均约为19a，多雨期持续时间在10～19a间，平均约为15a，一个完整周期约在27～40a间变化。与多年平均年降水量比较，少雨期年降水量偏少4.75%～5.75%，多雨期年降水量偏多2.22%～5.97%，少雨期大致以1888～1904年这一时段为最小，多雨期大致以1942～1960年这一时段为最大。
从3站降水滑动过程图看出，1956～2000年系列中均包含有丰、枯水年。
2.4 降水连丰、连枯年分析
水资源综合规划是以满足城乡居民生活、工农业生产、生态环境及航运用水为目标，供水保证率要求很高。连丰或连枯的程度对水资源多年调节和城市供水规划有着重要的意义。
2.4.1 连丰、连枯出现次数及年数
连丰、连枯分析采用的标准是:
丰水年相应频率P<37.5%;枯水年，相应频率P>62.5%。其中为多年平均年降水量;Pi 为逐年年降水量;σ为均方差。
按照上述标准判别丰水年和枯水年，统计连续丰水或枯水的年数，计算连丰、连枯期的平均年降水量及其与多年平均降水量的比值K丰和K枯。
从表3可见，降水量丰、枯持续时间，连丰年数为2～6a，连枯年数也为2～6a，K丰为1.08～1.40，K枯为0.67～0.90。持续枯水年出现的次数明显多于持续丰水年出现的次数，重庆站出现连丰年6次，最长为3a，连枯年7次，最长为4a;宜昌站出现连丰年5次，最长为3a，连枯年10次，最长为5a;汉口站出现连丰年10次，最长为3a，连枯年9次，最长为5a，虽然连丰年出现次数多于连枯年，但连枯年数多于连丰年数，连枯年持续时间长于连丰年;上海站出现连丰年8次，最长为6a，连枯年10次，最长亦为6a。
表3 长系列雨量站连丰连枯段发生频次
2.4.2连丰、连枯概率
采用游程理论分析了各种历时连丰、连枯段发生的概率。计算公式为:
（1）
式中p为连续k年丰水（或枯水）的概率;q为模型分布参数。
模型分布参数（q）指在前一年为丰水（或枯水）条件下继续出现丰水或枯水年的条件概率，可由长系列观测资料按下式计算:
q=（s-s1）/s （2）
式中s为统计系列中的丰水年（或枯水年）的总数，s1为各种长度连丰（或连枯）年发生频次的累积值。
从各站各种历时发生连丰（或连枯）的概率看，短历时连丰（或连枯）的概率高，长历时连丰（或连枯）的概率低。从游程平均长度也可看出连续枯水年数长于连续丰水年数（见表4）。
表4 长系列降水量站连丰连枯年段发生的概率
注:游程长度表示连续丰水（或枯水）的年数
3 年降水量系列代表性分析
3.1 统计参数稳定性分析
分别计算和绘制了各长系列代表站年降水量均值模比系数（Kp）、年降水量模比系数（Ki）的差积曲线（∑（Ki-1））和变差系数模数（KCv ）的过程图（图略），在均值模比系数（Kp～T）的曲线中，当均值模比系数Kp稳定的时间T较短时，在年降水量的模比系数∑（Ki-1）～T曲线上，则表现为一种多峰式的过程，说明其年降水量年际间的丰、枯变化较频繁，但变幅不大，如上海、重庆等站，其均值趋于稳定的时间约为30～40a;当均值模比系数稳定的时间较长时，在年降水量的模比系数∑（Ki-1）～T曲线上，则表现为一种单一胖峰式或馒头式的过程，说明其年降水量年际间的丰、枯变化时间持续较长，变幅较大，如宜昌等站。KCv稳定的历时比Kp要长，且KCv 的变化幅度也比Kp大。
3.2 统计参数的对比分析
基于长系列统计参数比短系列统计参数的代表性相对较好的这一基本假定，即长系列统计参数更接近于总体，以长系列统计参数为标准来检验短系列资料的代表性。
分别计算了45（1956～2000年）、30（1971～2000年）、21a（1980～2000年）3个不同长度系列的均值P和变差系数Cv值，以及其与连续长系列统计参数的比值，即代表性模数KP=Pn/Pn，KCv=Cv/CvN ，对比分析结果见表5。可见，30a系列具有代表性，45a系列稳定性更好。
3.3 长短系列不同年型的频次分析
长短系列不同年型的频次分析，系将适线后长系列的频率曲线近似代表总体分布，按频率小于12.5%、12.5%～37.5%、37.5%～62.5%、62.5%～87.5%、大于87.5%的年降水量划分为丰水年、偏丰水年、平水年、偏枯水年、枯水年5种年型，统计不同系列中丰、平、枯水年出现的频次，分析短系列的代表性，干流主要站年降水量长短系列5种年型出现频次见表6。
长江干流4站中重庆、汉口、上海站以1956～2000年系列代表性较好，5种年型的频次较为接近长系列（近似为总体）频次的分布，1971～2000年其次，宜昌站以1956～2000年系列代表性较好。
4 结论
从对长系列代表站现有降水量资料的分析，可以得出以下结论:
表5 年降水量长短系列统计参数对比分析
表6 主要站年降水量长短系列丰、平、枯年型出现频次统计
（1）长江流域20世纪50～90年代年降水量经历了偏丰—偏枯—偏丰的交替变化过程，近年有逐渐偏丰的趋势。
（2）降水量年际变化较大，最大年降水量为最小年降水量的2～4倍，最大年降水量为多年平均年降水量的1.3～1.9倍，最小年降水量为多年平均年降水量的0.46～0.62倍。少雨期和多雨期交替出现，丰、枯变化频繁，且有连丰、连枯的现象，降水量连丰、连枯持续时间最长均为6年;短历时连丰（或连枯）的概率高于长历时连丰（或连枯）的概率;持续枯水年出现的次数明显多于持续丰水年出现的次数;连丰年平均降水量为多年平均降水量的1.08～1.40倍，连枯年平均降水量为多年平均降水量的0.67～0.90倍。
（3）3个不同系列中，长江干流及中下游支流站45a系列降水属于平水期，30a及21a系列降水均属于偏丰期;上游支流站45、30a及21a系列降水均属于偏枯期。降水量统计参数变差系数稳定的历时比均值要长，且变差系数的变化幅度也比均值大。45a系列丰、偏丰、平、偏枯、枯水年5种年型出现频次更接近于总体分布。从统计参数稳定性、长短系列不同年型的频次分析知，45a系列代表性较好。
参考文献:
［1］金光炎.水文统计原理与方法.北京:中国工业出版社，1964.
［2］沈振荣等.水资源科学实验与研究.北京:中国科学技术出版社，1992.
［3］贺伟程等.中国水资源量的多年变化和系列代表性分析.水资源研究，1985，6（2）.
［4］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，2003，6（3）.
作者简介: 王政祥，女，长江水利委员会水文局水资源处，高级工程师。
