1. 引言
老挝南欧江为湄公河左岸老挝境内最大一级支流，发源于中国云南江城县与老挝丰沙里省接壤的边境山脉一带，纵贯整个老挝北部，河流流向自北向南。全河流域面积25,634 km2，河长475 km，从源头至北乌的落差达1000 m，山地气候明显，暴雨时空分布不均，河道水位暴涨暴落极为常见[1]-[3]。老挝南欧江流域梯级水电开发，是老挝北部电力能源基地的“骨干”电源和中老电能合作领域的重要窗口，电站总装机容量为1272 MW，截至2023年6月，南欧江水电站电力供应占老挝当前全国用电量30%以上[2]-[6]。
降水是河流径流的重要来源，对流域内降水特征的分析不仅可以帮助预测径流和发电潜力，还能支持防洪调度和水库管理。许多学者对国内不同流域的降水时空分布特征进行了研究。苏恒等基于西江流域1970~2017年逐日降水数据，采用滑动平均、Mann-Kendall趋势检验、小波变换等方法分析了流域降水时空演变特性[7]。徐舒扬等利用金沙江流域2011~2022年观测数据集，对极端小时降水时空变化特征进行分析，结果与近10年实际数据相比对，表明降水特征对蓄水调度和风险管控有一定的应用价值[8]。谢雅洁和刘敏基于2001~2020年的GPM-IMERG卫星数据，对太湖流域降雨进行年、月、日尺度的时空分布分析，并采用随机移置暴雨法对太湖流域内防洪形势严峻的杭嘉湖区进行暴雨频率分析，研究成果可对太湖流域防洪减灾提供参考[9]。邵晓梅等采用1960~2000年黄河流域资料和Kriging插值方法，对黄河流域降水时空结构及其变化特征进行了分析，研究结果对了解黄河流域水资源演变具有十分重要的意义[10]。盛茂刚等以大沽河流域内及周边1952~2011共60年的逐日降水资料，分析了大沽河流域降水量的时间和空间分布特征[11]。
目前，因湄公河流域实况资料缺乏，因此针对湄公河流域降水特征的分析研究较少。本文基于2019~2023年老挝南欧江流域50个雨量站逐日、逐小时的降水观测资料，采用统计和空间插值方法开展流域降水量时空分布特征，对于境外水电站的科学运营具有重要意义。
2. 资料和方法
根据南欧江流域水系分布及电站梯级建设情况(“一库七级”方案，从下游至上游依序为一级至七级)，将流域的DEM数据在ARCGIS10.8的水文分析中分为七个子流域，即研究区域包含流域区和一至七级流域分区。降水量资料为2019~2023年南欧江流域50个站的降水量观测资料，并对数据进行了质量控制。
南欧江流域暴雨和短时强降水的定义和量级采用中国标准[12] (表1)。
Table 1. The definition of rainstorm standards and short-term heavy precipitation in the Nam Ou River basin
表1. 南欧江流域暴雨标准和短时强降水名词定义
名称 |
定义 |
暴雨 |
24 h降水量≥50.0 mm |
短时强降水 |
1 h降水量≥20.0 mm |
某站的暴雨日数 |
该站日降水量达到暴雨标准的降雨日数 |
暴雨站次 |
流域内达到暴雨标准的站次 |
伴有短时强降水的暴雨站次 |
该站达到暴雨标准时，同时出现短时强降水的暴雨站次 |
3. 结果分析
3.1. 南欧江降雨量特征分析
3.1.1. 年降雨量空间分布
2019~2023年南欧江流域年平均降水量北多南少(图1)，且四级至七级流域年降水量显著多于其余流域，三级及以上流域的年均降水量在1200 mm以上，占全流域年平均降水量的76.2%，七级流域年降水量在1500 mm以上，占全流域年平均降水量的26.9%；东部流域总体比西部流域年平均降水量更多。
3.1.2. 年降雨量变化特征
2019~2023年南欧江流域年平均降水量为1252.7 mm，年平均降水量在1033.6 mm (2019a)~1451.1 mm (2022a)之间；2019年至2022年降水量呈逐年增加趋势，2022降水量为最大，2023年降水量又有所减少(图2(a))。分流域来看，2019~2023年各流域年平均降水量在1102.4 mm (一级)~1379.9 mm (七级)之间，一级至七级流域年平均降水量为双峰型，三级流域和七级流域为两个波峰，其中七级流域降水量较其余流域大(图2(b))。
3.1.3. 降水量月际变化特征
综合表2以及图3得知，2019~2023年南欧江流域月平均降水量为单峰值型，峰值区主要集中在夏季；月降水量最大值集中在夏季的三级、七级流域；月降水量最小值主要集中在冬季的一级、二级流域；南欧江流域平均月降水量峰值为8月，8月各流域平均月降水量由大到小排名为：七级、三级、五级、二级、六级、一级、四级。2019~2023年雨季降水量占全年降水量的71.1%，可见降水主要集中在雨季，下一节将对雨季降水量作进一步分析。
Figure 1. Distribution map of annual average precipitation in the Nam Ou River basin (unit: mm). Note: This map is based on the standard map with the approval number GS(2023)2762 downloaded from the Ministry of Natural Resources Standard Base Map Service website, and the base map has not been modified
图1. 南欧江流域年平均降水量分布图(单位：mm)。注：该图基于自然资源部标准底图服务网站下载的审图号为GS(2023)2762号的标准地图制作，底图无修改
Figure 2. Trend chart of annual average precipitation in the Nam Ou River basin from 2019 to 2023: (a) by year; (b) by cascade
图2. 2019~2023年南欧江流域年平均降水量趋势图：(a) 按年份；(b) 按梯级
Table 2. Maximum and minimum monthly precipitation values in the Nam Ou River basin, as well as the months in which they occur
表2. 南欧江流域月降水量最大值、最小值以及所在月份
年 |
最大值 |
最小值 |
所在流域(级) |
月份(月) |
降水量(mm) |
所在流域(级) |
月份(月) |
降水量(mm) |
2019 |
三 |
7 |
2666.0 |
一、四 |
11 |
4.0 |
2020 |
七 |
8 |
4559.5 |
一、二 |
1、12 |
0 |
2021 |
七 |
7 |
3812.0 |
三 |
12 |
6.0 |
2022 |
三 |
8 |
2883.0 |
二 |
12 |
40.5 |
2023 |
七 |
8 |
3736.0 |
二 |
1 |
0 |
Figure 3. Changes in monthly average precipitation in the Nam Ou River basin from 2019 to 2023
图3. 2019~2023年南欧江流域月平均降水量变化
3.2. 南欧江雨季强降水分析
南欧江流域地处中南半岛中北部，属于典型的热带季风气候。南欧江流域降水的主要水汽来源是西南方向的孟加拉湾和东南方向的南海北部湾暖湿气流[13]，降水主要出现在5月至10月之间，5月至10月为雨季[4]。对南欧江流域雨季降水量进行研究分析，可以为汛期安全度汛提供重要参考。
3.2.1. 雨季暴雨和短时强降水的空间分布
从2019~2023年雨季南欧江流域各站年平均暴雨日数分布可以看出(图4(a))，南欧江各流域平均暴雨日数的分布不均，二级流域南巴河站是年平均暴雨日数最多的站点，可达5.4 d/a；六级流域小困弄站和七级流域小栗树站年平均暴雨日数次之，为4.4 d/a。年平均暴雨日数在4.0 d/a以上的占比11.8%，2.0~4.0 d/a的占比为66.4%，0~2.0 d/a的占比21.8%。从2019~2023年雨季南欧江流域各站暴雨日中短时强降水占比的空间分布可以看出(图4(b))：四级流域南部至一级流域北部暴雨过程中出现短时强降水出现的比例较大；一级流域北部，二、三、四级流域南部，五、七级流域东部雨季各站暴雨日中出现短时强降水的占比均在80%以上，其中有4个站点的比例为100%；雨季各站暴雨日中出现短时强降水的占比为60%以上的站点占到了全站点的70%，暴雨日中出现短时强降水的占比为20%~60%的站点占到了全站点的30%。
Figure 4. Distribution of annual average rainstorm days at each station in the Nam Ou River basin in the rainy season 2019-2023 (a) and the proportion of short term heavy rainfall in rainstorm days (b). Note: This map is based on the standard map with the approval number GS(2023)2762 downloaded from the Ministry of Natural Resources Standard Base Map Service website, and the base map has not been modified
图4. 2019~2023年雨季南欧江流域各站年平均暴雨日数分布(a)及暴雨日中短时强降水占比(b)。注：该图基于自然资源部标准底图服务网站下载的审图号为GS(2023)2762号的标准地图制作，底图无修改
表3给出南欧江流域不同海拔(H)区间的暴雨站数/站次和短时强降水分布，可以看出：28.0%的观测站点(14个)分布在1000 < H ≤ 1500 m的区域，累计暴雨站次185次，平均每站出现暴雨13.2次；42.0%的观测站点(21个)分布在500 ＜ H ≤ 1000 m的区域，累计暴雨站次238次，平均每站出现暴雨11.3次；30.0%的观测站点(15个)分布在H ≤ 500m的区域，累计暴雨站次181次，平均每站出现暴雨12.1次。三个海拔区间伴有短时强降水的暴雨站次占总暴雨站次的比例均在60%以上，说明南欧江流域站点出现暴雨时常伴有强对流系统造成的短时强降水，其中南欧江流域海拔500 < H ≤ 1000 m区间累计暴雨站次最多，500 < H ≤ 1000 m海拔区域内的累计暴雨站次最少，但伴有短时强降水的暴雨站次占总暴雨站次的比例最大。
3.2.2. 雨季暴雨和短时强降水的时间变化
分析2019~2023年南欧江流域雨季暴雨站次的年际和月际分布(图略)可以得知：雨季共出现604站次暴雨；平均每年雨季143.2站次暴雨。南欧江流域暴雨站次出现最多的年份为2021年(175站次)，最少为2019年(129站次)，二者相差46站次。从南欧江流域暴雨站次的月变化可以看出(图略)，暴雨站次出现最多的月份为8月，最少的月份为10月。
Table 3. Distribution of rainstorm stations, rainstorm stations and short-time heavy precipitation in different altitudes (H) in the rainy season of the Nam Ou River basin from 2019 to 2023
表3. 2019~2023年雨季南欧江暴雨站数、暴雨站次和短时强降水在不同海拔区间(H)的分布
H/m |
站数/个 |
出现过暴雨的站数/个 |
累计暴雨站次/次 |
每站出现暴雨站次/次 |
伴有短时强降水的暴雨站次/次 |
伴有短时强降水的暴雨站次占总暴雨站次的比例/% |
1000 < H ≤ 1500 |
14 |
14 |
185 |
13.2 |
117 |
63.2 |
500 < H ≤ 1000 |
21 |
21 |
238 |
11.3 |
151 |
63.4 |
H ≤ 500 |
15 |
15 |
181 |
12.1 |
143 |
79.0 |
为了研究南欧江雨季暴雨日中短时强降水的分布特征，本文分别统计了2019~2023年伴有短时强降水的暴雨站次占比。由图5(a)可知，南欧江流域平均每年有82.2站次暴雨中伴有短时强降水，每年暴雨中出现短时强降水的站次占暴雨总站次的比例为57.1%。2021年伴有短时强降水的暴雨站次最多(105站次)，2023年伴有短时强降水的暴雨站次占总暴雨站次的比例最高(64.7%)；2020年伴有短时强降水的暴雨站次和其占比均为最少(64站次、47.8%)。从逐月分布可以看出(图5(b))，南欧江流域8月伴有短时强降水的暴雨站次最多(123站次)，10月最少(24站次)；但10月伴有短时强降水的暴雨站次占总暴雨站次的比例最高(96.0%)，5月最少(59.1%)。
Figure 5. Annual variation (a) and monthly variation (b) of the proportion of rainstorm stations with short-term heavy rainfall in the rainy season of the Southern European River Basin from 2019 to 2023
图5. 2019~2023年南欧江流域雨季伴有短时强降水的暴雨站次其占比的年变化(a)及月变化(b)
4. 结论和讨论
通过分析南欧江流域2019~2023年降水量的时空分布特征，得到以下结论：
(1) 2019~2023年南欧江流域年平均降水量为1252.7 mm，年平均降水量在1033.6 mm (2019a)~1451.1 mm (2022a)之间。从年际变化趋势来看，南欧江流域降雨量总体呈现降水量增加趋势。
(2) 2019~2023年南欧江一级流域到七级流域年降水量呈现北多南少趋势，总体上，一级流域到七级流域年平均降水量逐级递增。各梯级年平均降水量在1102.4 mm (一级)~1379.9 mm (七级)之间，一级至七级流域年平均降水量为双峰型，三级流域和七级流域为两个波峰。
(3) 南欧江流域暴雨日呈东部流域多，西部流域少的特征，二级流域河谷地区是暴雨日数最多的地区，年平均暴雨日数可达5.4 d/a。雨季共出现604站次暴雨；平均每年雨季出现143.2站次暴雨。
(4) 南欧江流域出现暴雨时伴有短时强降水出现的站次占暴雨总站次的比例为57.1%。从逐月分布可知，南欧江流域8月伴有短时强降水的暴雨站次最多，10月最少。
(5) 一级流域北部，二级、三级、四级流域南部，五级、七级流域东部雨季各站暴雨日中出现短时强降水的占比均在80%以上。三个海拔区间伴有短时强降水的暴雨站次占总暴雨站次的比例均在60%以上，其中南欧江流域海拔500 < H ≤ 1000 m区间累计暴雨站次最多，500 < H ≤ 1000 m海拔区域内的累计暴雨站次最少，但伴有短时强降水的暴雨站次占总暴雨站次的比例最大。
本文填补了老挝南欧江流域降水特征分析研究的空白，研究成果可应用于湄公河流域水资源利用与气候变化、预报预测、流域水文、流域水资源管理以及防灾减灾。随着后续气象服务的持续和深入，下一步将继续积累长时间序列的实况资料，从空间、趋势、突变等方面开展对湄公河流域降水量变化趋势的进一步分析。
基金项目
中国气象局创新发展专项(CXFZ2025Q011)；云南省气象局青年科技创新团队《大湄公河流域水力资源评估及预测关键技术研究》(2022QN02)；云南省气象局科研项目(YZ202508)基于机器学习的湄公河流域模式降水订正；云南省气象局科研项目(YZ202327)老挝南欧江流域强对流预报技术研究。
NOTES
*通讯作者。