山东水资源分析及趋势预测.docVIP

山东水资源分析及趋势预测 朱平盛 胡桂芳 张苏平 (山东省气象科学研究所, 济南 250031) 提 要 通过分析近 39 年山东省水资源的历史倾向性、阶段性、周期性, 研究了水资源总 量及径流量和地下水位的变化特征。结果表明, 山东水资源量的年际变化大且呈快速 下降态势, 其中, 地表径流量的下降尤为明显; 水资源的变化存在一定的阶段性和周 期性。通过分析降水与水资源的关系, 发现两者的变化规律一致, 但降水对水资源, 特 别是对地下水分量的影响有一定的持续性。建立均生函数预测模型, 对未来水资源总 量进行预测显示, 1998～ 2000 年山东水资源仍处于偏少状态, 且呈逐年减少趋势。 关键词: 水资源 变化特征 趋势预测 大, 均方差为 97191 ×108m 3 , 极差达 494198 引 言 ×108m 3 , 水资源最丰沛的 1964 年总量为 644198 × 108m 3 , 而 最 少 的 1986 年 仅 有 150100×108m 3 , 相差 413 倍。 图 1 是山东水 资源量距平百分率时间变化曲线, 若以水资 源总量的距平百分率 Γ 作为丰枯年划分指 标, | Γ | ≤20% 为正常年, Γ + 20% 和 Γ - 20% 分别为丰水和枯水年, 则 39 年中正常 年份有 22 年, 丰、枯年分别有 9 年和 8 年。虽 然丰、枯年数相近, 但丰水年有 8 年分布在 50～ 70 年代, 而枯水年有 7 年集中在 80 年 代以后, 而且 1980～ 1994 年的 15 年中, 有 14 年水资源总量为负距平。 可见, 山东水资 源量的变化趋势是减少的, 80 年代以后减少 尤为明显。 为了定量分析山东水资源的变化倾向, 并使水资源各分量的变率之间具有可比性, 我们以年份 t 为自变量, 以年水资源总量、年 径流量及平均地下水位距平百分率为因变 量, 其中, 地下水位距平百分率为地下水埋深 距平百分率的相反数, 分别建立其一元线性 山东是我国水资源缺乏较为严重的省 份, 淡水资源人均占有量不到全国人均量的 17% , 其中, 年平均径流量和地下水资源量仅 有全国人均量的 24% 和 11% 左右。随着经济 建设的发展和人口的增长, 水资源短缺造成 的供需矛盾日趋尖锐。研究水资源变化规律, 并对未来趋势进行预测, 对于合理开发和利 用水资源, 制定有关的经济和社会规划与决 策等都十分重要。 文献1 中对胶东地区的水资源及其各 分量进行了研究, 张苏平??2 用时间序列变 点分析方法研究了胶东地区两个不同气候段 的水资源和降水量的变化, 并建立了各水文 区降水量预测模型。本文着眼于全省, 分析山 东水资源变化规律及其与降水的关系, 并对 水资源趋势进行预测。 1 山东水资源变化特征 111 水资源的年际变化及倾向分析 山东年水资源总量的 39 年(1956～ 1994 年) 平均为 303107 ×108m 3 , 但年际变化较 研究论文  Y ( t) = a + bt 其倾向率为: b= dY ( t) ?d t 水资源总量、地表径流量和地下水位距 平百分率的均方差分别为 31172、57128 和 21169。说明, 地表径流量的年际变化最大, 其 距平百分率最大为 20612% ( 1964 年) , 最小 为- 7214% (1981 年) , 极差达 27816% ; 地下 水 位 的 年 际 变 化 最 小, 平 均 只 有 前 者 的 3718% , 距平百分率的极差也只有 10818% ( - 5110%～ 5718% ) ; 水资源总量距平百分 率的极差为 16313% (- 5015%～ 11218% )。 112 水资源变化的阶段性 虽然山东水资源量近 39 年总体上呈减 少趋势, 但其间仍有时间尺度较小的升、降和 多、少的阶段性。本文采用有序样本最优分割 法确定水资源量的变化阶段。 将 水 资 源 总 量 距 平 百 分 率 时 间 序 列 { X i } ( i = 1, 2, , 39) , 首先进行最优 2 分 割。设第 1 段序列长度为 r, 则第 2 段长度为 r 。第 1 段的均值和离差平方和分别为: xθ (1, r) = (1?r) 6 x i , 39 - 图 1 山东水资源总量 (a)、地表径流量 (b )、地 下水位 (c) 距平百分率变化曲线及趋势 (直线) xθ (1, r) 〕 6 〔x i - s (1, r) = 第 2 段的均值和离差平方和分别为: θ ( 1, n ) = (1?n - r) 6 x r + x i , 用最大似然估计求得, 水资源总量距平 百分率的倾向率为-