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      降水量變化規(guī)律及旱作農(nóng)業(yè)應(yīng)對措施

      2019-12-09 01:59:58郭奇旺金彥兆
      水利規(guī)劃與設(shè)計 2019年11期
      關(guān)鍵詞:安定區(qū)距平降水量

      郭奇旺,金彥兆

      (1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),甘肅 蘭州 730070;2.甘肅省水利科學(xué)研究院,甘肅 蘭州 730000)

      降水是地表水和地下水資源的補給源[1]。雖然降水量變化具有一定的隨機性,但總體而言,對于一個特定的地區(qū),降水量的年際、年代、季節(jié)、月際變化仍具有一定規(guī)律。安定區(qū)夏秋兩季降水量較多,占年降水的76%左右;春冬兩季降水量較少,僅占年降水的24%左右。降水量的多少尤其是季節(jié)分配直接影響著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展,影響著人民生活質(zhì)量提高,降水量的變化成為人們?nèi)找骊P(guān)注的熱點[2]。因此,依據(jù)安定區(qū)1958—2015年58年天然降水系列資料,科學(xué)了解天然降水變化特征和分布規(guī)律,有針對性地提出旱作農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的對策措施具有重要意義。

      1 研究區(qū)域概況

      安定區(qū)位于甘肅省中部,地勢自西南向東北傾斜,氣候類型屬于中溫帶干旱、半干旱區(qū),大陸性季風(fēng)氣候十分明顯。年平均太陽輻射量141.4kcal/cm2,年平均日照時數(shù)2500h,年均氣溫6.3℃,無霜期141天。全區(qū)多年平均降水量398.5mm,多集中在夏秋季節(jié),最大降水量(6—9月)占全年降水量的67.2%,蒸發(fā)量高達1500mm。降水稀少,水資源極為短缺,形成了安定區(qū)旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的基本現(xiàn)狀,也造就了區(qū)域旱作特色農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。

      2 天然降水變化特征與規(guī)律

      2.1 降水年變化特征與規(guī)律

      依據(jù)安定區(qū)1958—2015年降水量系列降水資料,采用線性回歸法分析安定區(qū)降水量變化趨勢,并計算5a滑動平均值[3- 4]。經(jīng)統(tǒng)計資料分析,1958—2015年平均降水量398.5mm,整體呈現(xiàn)逐年下降趨勢,趨勢方程為y=-1.0433x+429.25,多年平均降水量以10.433mm/10a的速率下降。降水量年際變化大,最大值為1967年的720.1mm,是多年平均降水量的1.81倍;最小值為1982年的245.7mm,是多年平均降水量的0.62倍,兩者相差474.4mm,最大、最小年降水量比值2.93。安定區(qū)1958—2015年降水量分析成果見表1。

      根據(jù)表1繪制安定區(qū)逐年降水量過程線、5年滑動平均曲線及年平均降水量線性關(guān)系如圖1[5-8]所示。從圖1可看出,20世紀(jì)50年代末到70年代末,5a滑動平均值高于多年平均值,年降水量高于年平均降水量;80年代5a滑動平均值與多年平均值基本持平;90年代開始5a滑動平均值較多低于多年平均值,年降水量低于年平均降水量。由此可見,20世紀(jì)80年代開始,安定區(qū)降水量開始減少,干旱天氣增多,進入90年代干旱進一步加劇[9]。

      2.2 降水年代變化特征與規(guī)律

      安定區(qū)年代際降水量分析結(jié)果見表2。由此可

      表1 安定區(qū)1958—2015年年降水量及距平百分率

      圖1 安定區(qū)逐年降水量過程線、5年滑動平均曲線及年平均降水量線性

      見,20世紀(jì)50、60、70年代降水量較高,分別為410.83、447.63、404.33mm,比多年平均分別高出12.36、49.16、5.86mm;80、90年代及本世紀(jì)初降水量較低,分別是389.87、365.68、375.81mm,比多年平均分別低8.6、32.79、22.66mm。20世紀(jì)80年代為降水量變化的分界線,50年代和60年代降水量高于平均降水量,70年代年降水量比年均降水量多5.86mm,進入80年代以后,降水量開始逐年減少。表明1958—2015年安定區(qū)降水量呈逐年減少趨勢,氣候向變暖方向發(fā)展[10-12]。

      表2 安定區(qū)年代際平均降水量分析成果

      安定區(qū)年代平均降水量變化從20世紀(jì)50年代末到60年代開始逐漸下降,但仍高于歷史同期水平;70年代降水量變化基本與多年平均降水量持平;80年代降水量變化略低于多年平均降水量;90年代絕大部分年降水量低于多年平均降水量,僅1998年和1999年高于年平均降水量;進入21世紀(jì)后的15年期間有8年的降水量低于年平均降水量。說明自20世紀(jì)80年代以來,安定區(qū)的降水量減少,干旱日益增加[13]。

      2.3 安定區(qū)降水季節(jié)變化特征與規(guī)律

      安定區(qū)季節(jié)降水量見表3。從降水量季節(jié)分布來看,春季:1991~2000年平均降水量最少,比平均少11.76mm;1961—1970年最多,比平均多12.61mm。夏季:2000—2010年平均降水量最少,比平均少17.4mm;1958—1960年平均降水量最多,比平均多16.4mm。秋季:1991—2000年平均降水量最少,比平均少22.53mm;1961—1970年最多,比平均多35.24mm。冬季:1961—1970年平均降水量最少,比平均少2.93mm,2011—2015年最多,比平均多3.68mm[14- 15]。

      圖2 1958—2015年安定區(qū)季節(jié)降水量

      時段春季/mm距平變化/%夏季/mm距平變化/%秋季/mm距平變化/%冬季/mm距平變化/%1958—196090.875.59229.8716.477.57-14.312.533.611961—197097.8912.61216.644.23127.1135.245.99-2.931971—198076.43-8.85220.828.4198.156.288.930.011981—199094.39.02207.28-5.1379.14-12.739.150.231991—200073.52-11.76214.862.4569.34-22.537.96-0.962000—201083.09-2.19195.01-17.488.07-3.89.640.722011—201584.22-1.06216.784.3795.483.6112.63.68

      表4 安定區(qū)1958—2015年逐月平均降水量

      圖3 安定區(qū)歷年月平均降水量

      季節(jié)降水量過程如圖2所示[4]。從安定區(qū)季節(jié)平均降水量分析來看,該地區(qū)春、夏、秋三個季節(jié)均表現(xiàn)出降水量下降趨勢,但各個季節(jié)的下降趨勢略有差異,冬季表現(xiàn)出降水量增加趨勢。通過對比分析:該地區(qū)秋季降水量下降速率最快,線性下降幅度為5.823mm/10a;夏季次之,線性下降幅度為2.996mm/10a;春季最小,線性下降幅度為2.11mm/10a;冬季線性增加幅度為4.96mm/10a。表明安定區(qū)降水量較少的主要原因是夏、秋季降水量減少造成的,而這兩個季節(jié)恰恰是本區(qū)農(nóng)作物生長旺盛期,降水量的減少會造成農(nóng)作物產(chǎn)量的大幅度下降。安定區(qū)年代際季節(jié)降水量及距平變化分析見表3。

      2.4 月際降水特征與變化規(guī)律

      安定區(qū)歷年逐月平均降水量見表4。從安定區(qū)降水量季節(jié)和月際的變化中,我們分析發(fā)現(xiàn):年降水量的53.3%集中在6、7、8月,春季3、4、5月的總降水量僅有85.29mm,占全年降水的21.4%,特別是3月份,降水量僅有11.16mm,冬季降水量最少,僅有8.62mm,占全年降水的2.2%。綜合分析全年的天然降水多集中在6—9月,這四個月的降水量為267.64mm,占全年降水的67.2%。正好這段時間處于農(nóng)作物生長的需水量大的生育期,有效的天然降水可以幫助農(nóng)作物充分的生長。

      圖4 1958—2015年春季各月降水量

      安定區(qū)歷年月平均降水量如圖3所示,由圖3可知8月降水量最多,為83.37mm,7月次之,為77.26mm;1、12月降水量最少,分別只有2.91、1.58mm。5月份之前降水一般較少,只占年均降水量的11.5%,尤其在干旱的年份,天然降水量更少,難以保證春播作物的正常播種出苗,而6—9月降水較多,占年均降水量的67.2%,相對有利于玉米、馬鈴薯等秋作物的正常生長發(fā)育。

      3 春季降水特性

      1958—2015年安定區(qū)春季降水情況見表5。通過對1958—2015年天然降水資料統(tǒng)計和分析,得出3月降水量大于歷年平均值的有23年,大于平均值70%的有14年,其中4月降水量大于歷年平均值的有21年,大于平均值70%的有17年。5月降水量大于歷年平均值的有28年,大于平均值70%的有9年。安定區(qū)農(nóng)作物耕種多數(shù)在4月下旬和5月上旬,根據(jù)相關(guān)資料,在降水較少地區(qū)的低水平來看,將近有38年春季的降水能夠基本滿足春耕的需要。

      表5 安定區(qū)春季降水分析結(jié)果

      安定區(qū)歷年春季平均降水量為85.28mm,占年均降水量的21.4%,整體呈現(xiàn)逐年下降趨勢,趨勢方程為y=-0.211x+504.5,以2.11mm/10a的速率下降。3月平均降水量為11.16mm,占年降水量的2.81%,整體呈現(xiàn)下降趨勢,趨勢方程為y=-0.0551x+120.57,以0.551mm/10a的速率下降;4月平均降水量為27.24mm,占年降水量的6.84%,整體呈現(xiàn)下降趨勢,趨勢方程為y=-0.1048x+235.35,以1.048mm/10a的速率下降;5月平均降水量為46.88mm,占年降水量的11.77%,整體呈現(xiàn)下降趨勢,趨勢方程為y=-0.0512x+148.58,以0.512mm/10a的速率下降。整體來看,春季是播種的季節(jié),降水量較少,抗旱保苗仍是春季播種的主要問題。

      1958—2015年春季各月降水量如圖4所示,由圖4可見,在58年中,春季降水量超過平均值的共有30年,占51.7%。在春季降水量超過平均值的30年,有20年的年降水量大于多年平均降水量,占66.7%,也就是說,只要春季降水量超過多年平均春季降水量,則年降水量超過多年平均降水量的概率達到66.7%。同時,在春季降水量超過100mm的23年中,其中有15年的年降水量大于多年平均降水量,占65.2%,也就是說,只要春季降水量超過100mm,則年降水量超過多年平均降水量的概率達到65.2%。通過分析得出,春季降水多則預(yù)示著全年降水也多;春季降水較少的年份,在春季降水量不足平均值的28年中,有16年的全年降水量超過或接近平均值,占42.1%,即如果春季少雨,則全年降水50%以上會出現(xiàn)干旱天氣。

      4 春季耕作建議

      干旱少雨的現(xiàn)實決定了安定區(qū)靠天吃飯的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀。因此,正確認(rèn)識和準(zhǔn)確預(yù)測年降水變化情況,科學(xué)合理地采取有效應(yīng)對措施,對指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民春季耕作有重要作用意義[16]。

      (1)基于對安定區(qū)將降水量分布、變化過程的認(rèn)識,有計劃地引導(dǎo)農(nóng)民實施“壓夏擴秋”,即壓縮夏作物面積,擴大秋作物面積。

      (2)基于對春節(jié)降水的觀測分析,準(zhǔn)確預(yù)測全年降水變化,及時調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu),最大限度做到農(nóng)業(yè)耕作、播種與年度降水量變化過程的相適應(yīng)。

      (3)修建集流水窖,將路面、山坡、大棚等產(chǎn)流雨水貯存起來,在作物需水的關(guān)鍵時期實施雨水補充灌溉。

      (4)為達到正常出苗和抗旱保苗,對于需水要求較高的作物,可實施隨水播種和點澆點灌等精準(zhǔn)灌溉。

      (5)實施秋覆膜保墑技術(shù),可以有效的減少冬春季水分蒸發(fā),提高春季播種時的土壤含水量,提高作物的水分利用率,從而有利于正常的播種和出苗。

      5 結(jié)語

      安定區(qū)年降水量在1958—2015年整體呈下降趨勢,下降速率為10.433mm/10a,由于降水量逐年減少,干旱日益加重,氣候向變暖方向發(fā)展。春季降水量以2.11mm/10a的速率下降,春季降水對全年影響較大,春季降水多則預(yù)示全年降水多,春季少雨則全年可能出現(xiàn)干旱天氣。對此提出了相應(yīng)的春耕服務(wù)建議,其實影響春季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的因素很多,如氣溫起伏大、霜凍、大風(fēng)、病蟲害等,本文暫未考慮。

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