1三峡工程对长江中下游地区旱涝灾害影响的统计分析三峡工程对长江中下游地区旱涝灾害影响的统计分析哈尔滨理工大学 舒印、贾云铜、李相敏摘摘 要要本文利用长江中下游地区各观测站 1960-2010 年逐日降水量、日平均气温 计算各站逐日的旱涝指数，并设定干旱、洪涝灾害的标准，通过数据处理得到 三峡工程建设前（1960-1994 年）和一期建设完成后（1998-2010 年）各观测站 旱涝指数超过标准值的天数，根据统计学原理，该天数变量服从二项分布，因 此将研究问题三峡工程是否对长江中下游地区旱涝灾害有影响转化为二项分布 参数的检验问题，即比较三峡工程建设前后各地区旱涝指数超过标准值发生的 概率是否有显著差异。 对于二项分布参数的检验问题，有很多种方法：渐近正态的方法、Bayes方 法、Fiducial方法等，其中Fiducial方法是在 20 世纪 30 年代由 Fisher 首先提出的， 目前已被广泛应用。但因其Fiducial分布的不唯一性，使得它的发展受到了一定 的限制，如何选定良好的Fiducial分布，也是一个备受关注的问题。文献20对 于二项式分布的参数给出了一个较好的近似Fiducial分布。本文据此渐近Fiducial 分布，利用计算机模拟出参数函数的渐近Fiducial分布的分位点，按照Fiducial 方法的原理推导出二项分布参数的检验问题的拒绝域。进一步将其应用于“三峡 工程的建设是否导致了长江中下游地区旱涝灾害的加重”这一课题的研究分析， 最后本文对此做出了科学的评价。关键词：关键词：Fiducial方法；旱涝指数；三峡工程；二项分布2目 录摘 要.1 一 、引言.3 1.1 研究背景.31.2 研究目的.3 二 、文献综述、数据来源与处理.4 2.1 文献综述.4 2.2 数据来源与预处理.5 三 、旱涝指数.5 3.1 指数.5Z 3.2 值的分析.6Z 3.3 旱涝程度的标准值.8 四 、统计模型.11 4.1 参数的 Fiducial 分布.12 4.2 参数的 Fiducial 检验.13 五 、三峡工程对旱涝灾害影响的分析.15 5.1 检验结果.15 5.2 结果分析.16六 、结论及评价.16 参考文献.183一、一、 引言引言1.1 研究背景研究背景三峡工程是世界上规模最大的水电工程，也是中国有史以来建设的最大型 工程项目。其水电站位于重庆市市区到湖北省宜昌市之间的长江干流上，大坝 位于宜昌市上游不远处的三斗坪，俯瞰三峡水电站并和下游的葛洲坝水电站构 成阶梯级电站。 建造三峡大坝的设想最早可追溯至孙中山先生，他在建国方略一书中 认为长江“自宜昌以上，入峡行”的这一段“当以水闸堰其水，使舟得溯流以行， 而又可资其水利”。而后 1953 年，毛泽东视察三峡时，表示建设三峡工程的设 想，并指定周恩来督办。在周恩来的主持下，开始了三峡工程的勘探、设计、 论证工作，并邀请了苏联水利专家参与。1992 年建设三峡工程的议案获得通过， 标志着三峡工程进入建设期。三峡工程分为三期，总工期 17 年。第一期工程 5 年（1992-1997 年） ，已于 1997 年 11 月 8 日大江截流而宣告完成；第一阶段建 设目标完成后，长江水位从原来 66 米提高到 88 米。第二期工程 6 年（1998- 2003 年） ，2003 年 4 月 27 日，三峡工程二期移民工程通过国家验收，达到三峡 工程按期蓄水的要求；6 月，水位提升到 135 米，回水至长江万州境内。第三 期工程 6 年（2003-2009 年） ，2006 年水位提高到 156 米。2009 年大坝竣工，再 经过三年时间，即到 2012 年，最终坝上水位海拔高度将达 175 米，水位实际提 升 110 米，回水将上溯到重庆境内。三峡工程动态总投资预计为 2039 亿元人民 币，水库最终将淹没耕地 43.13 万亩，最终移民 113.18 万人。工程竣工后，防 洪库容 221.15 亿立方米，总库容达 393 亿立方米，在防洪、抗旱、航运、发电 等方面产生重大的意义。正因为三峡工程如此浩大，从筹建的那一刻起，各种 争议就未曾间断过。早期的不同意见多偏重于经济和技术因素，普遍认为经济上无法支撑，技 术上也难以实现预定目标，并且移民难度极大。1953 年，建设提议一经提出， 就遭到了水利专家黄万里、李锐等人的激烈反对。到了 1980 年代以后，国内关 于三峡工程的争论更加广泛，涵盖了经济、政治、移民、环境、文物、旅游等 各方面。由于三峡库区属亚热带季风气候，具有冬暖春早，夏热伏旱，秋多雨， 湿度大等特征，库区内植被类型多样，同时生态环境比较脆弱，库区水土流失 严重，干旱、暴雨、滑坡、泥石流等自然灾害频繁，对于三峡工程是否影响周 边的气候一直存在着争论。1.2 研究目的研究目的4近年来，川渝大旱，西南大旱以及 2007 年重庆百年一遇的暴雨使人们对三 峡的关注越来越密切。尤其是今年长江中下游地区先是持续少雨，平均降水量 为 1951 年以来历史同期最少，部分地区出现严重旱情，而后又持续降雨，使部 分地区遭受严重旱涝灾害，再次将三峡推向舆论的顶峰。本文利用长江中下游 地区 20 个气象站 1960-2010 年每天的平均气温和降水数据，应用统计学方法研 究三峡大坝对长江中下游的旱涝情况到底有无影响。二二 、文献综述、数据来源与处理、文献综述、数据来源与处理2.1 文献综述文献综述三峡坝区位于长江三峡西陵峡中段，该地区受季风和地形影响, 导致降水 量年际变化较大，各种灾害频繁。近年来秋雨、风暴、冬暖现象明显，需要做 更深层次的研究。以往，我国的气候评价主要以单个气象站的观测数据和定性 描述为主，定量分析也只依据单一要素，具有一定的局限性，多要素的综合分 析、评价和区域气候特征的定量表达还不多见1。三峡坝区对周边环境具有一 定的影响，为此对长江中下游多个地区多个站点进行综合分析评价是非常有研 究意义的。 长江中下游地区由长江及其支流冲积而成，位于长江三峡以东，绝大部分 的高度都在海拔 50 米以下，独特的地理位置使得该地区气象灾害种类多，发生 频繁。许多学者已对洪涝、干旱、高温、暴雨、连阴雨等灾害发生的成因、频 率、特征分析、程度进行了研究（李强等，20102；张强等，20073；张天宇等， 20104；郑蓉，20025；赵玉春和周月华，20026） ，这些成果对于研究局地性 的气候灾害具有重要的科学意义。 降水指数是国家和省级旱涝监测业务的主要指标，它能够较客观地反映Z 出干旱程度。指数方法由于消除了量纲，将降水资料正态化处理，抵消了降Z 水量平均值不同的影响，相比于其他方法，是划分旱涝较好的指数，更适合在 实际中使用。黄道友等（2003）应用 Z 指数法进行判断南方季节性干旱的结果 分析7；魏凤英（2004）利用指数指出干旱标准不仅与降水量有关还与蒸发Z 量有关，定义了华北干旱强度指标并对指标进行了分析8；夏伟等，利用降水 量数据，采用指数的修正方法对数据进行处理计算，并与河北省指标旱涝ZZ 等级比较得出河北省近 20 年旱涝灾害发生规律9；高建芸等（2006）采用快速 傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT） 、经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,EOF） 、正交小波变换（Orthogonal Wavelet Transform,OWT） 、连续小波变换 （Continuous Wavelet Transform,CWT）,分析了福建省不同雨季旱涝指数序列10；Z 朱业玉等（2006）通