從伊吾河流域徑流量變化分析哈密地區(qū)高山區(qū)冰川消融

高 照

(新疆哈密水文水資源勘測局，新疆 哈密 839000)

1 概況

哈密地區(qū)有4個國家基本水文站網(wǎng)，也是哈密地區(qū)區(qū)域代表站，其中頭道溝、白吉站、榆樹溝站位于哈爾里克山南坡，葦子峽站位于哈爾里克山北坡，哈爾里克山主峰托木爾堤峰，海拔高程4 886 m，海拔4 050 m以上區(qū)域是延續(xù)千萬年的永久積雪覆蓋區(qū)和現(xiàn)代冰川作用區(qū)[1]，哈密主要河流故鄉(xiāng)河、榆樹溝、伊吾河都發(fā)源于這一區(qū)域，各河流冰川分布情況見表1。

表1 研究區(qū)域各河溝冰川分布情況表

在有冰川消觸水補(bǔ)給的河流，徑流量的變化，取決于冰川消融水補(bǔ)給量和降水量的變化，在氣溫變暖的條件下，降水量和冰川融水量的增加，對出山徑流量的增加有貢獻(xiàn)，對于冰川融水補(bǔ)給比重大的河流尤為突出。近年來，哈密地區(qū)各有冰川消融水補(bǔ)給的河流，年徑流量受冰川面積的影響在不斷發(fā)生變化[2]，在此我們主要以伊吾河流域葦子峽水文站的實(shí)測資料為例進(jìn)行分析。

伊吾河流域地處東天山北坡伊吾縣境內(nèi)，該河發(fā)源于海拔4 200 m左右的齊拉克冰川群，境內(nèi)有大、小冰川49條，累積冰川面積35.62 km2，冰儲量約1.696 km3，年消融0.2374億m3，流域內(nèi)的永久冰川面積占東天山哈爾里克山北坡冰川總面積的72.3%，冰儲量占65.2%。冰川消融水一直占伊吾河年徑流量的44.933.8%[1]，是伊吾河十分可靠的水源。

葦子峽水文站是伊吾河流域唯一的水文控制站，水文站始建于1956年，1959年停測，1976年恢復(fù)觀測至今，累積有32 a的連續(xù)實(shí)測樣本系列。水文站以上集水面積1 057 km2(其中山區(qū)面積520 km2)，河長71.6 km，流域平均高程2 372 m，河道縱坡28.4‰，測站高程1 080 m。其實(shí)測多年平均年徑流量0.6953×108m3，變差系數(shù)0.26。

2 分析計算

2.1 年徑流量隨時間變化趨勢分析

繪制葦子峽站歷年年徑流過程線及年徑流量模比系數(shù)差積曲線，分析年徑流量時序變化過程，見圖1。從圖1中可看出，伊吾河年徑流量自1990年后發(fā)生轉(zhuǎn)折，水量增加顯著。2000年后徑流量遞增趨勢減緩，究其主要原因為上游冰川的面積萎縮導(dǎo)致冰川消觸水補(bǔ)給的減少造成。

水文現(xiàn)象有它本身發(fā)生、發(fā)展和演變的過程，它包含著必然性和偶然性，伊吾河流域蘊(yùn)藏著1.696 km2的冰川，其冰川消融水量一直占年徑流量的44.9%。隨時間的流逝及近十幾年來氣候的變暖及人為因素的作用，冰融量在改變，從圖1、圖2中可看出伊吾河年徑流量從1990年到2000年，呈現(xiàn)上升趨勢，其中1998、1999年分別比前一年遞增36.5%和23.3%，比實(shí)測多年均值多40.1%和66.7%，這些資料表明，由于山區(qū)氣溫的升高影響，上游天山冰川消融量增多，促使水量增加。2000年后，冰川面積明顯萎縮，徑流量遞增趨勢減弱。

2.2 模比系數(shù)累積平均過程線的分折

正常年徑流量是反映流域所蘊(yùn)藏水利資源的主要參數(shù)，河流年徑流量由于受多種因素的影響每年各不相同，但長時間累積成果能互相得以抵償，使多年平均值趨于穩(wěn)定。年徑流量系列模比系數(shù)累積平均過程線隨年徑流量豐枯變化而變化，但多年平均值必然趨向于1.0。從1977～1989年、1977～2008年2個不同系列長度葦子峽水文站年徑流量的模比系數(shù)累積平均過程線中看出(見圖3)，在1989年以前的各水文樣本系列趨于穩(wěn)定，當(dāng)加入1990年以后的樣本系列后，樣本系列不再穩(wěn)定，這說明后期的樣本資料改變了以往徑流量變化的趨勢。

圖1 葦子峽站歷年年徑流量變化過程線

圖2 伊吾河葦子峽站年徑流量模比系數(shù)差積曲線

圖3 伊吾氣象站年平均氣溫變化及線性趨勢

圖4 葦子峽站不同時段年徑流模比系數(shù)累積平均過程線

2.3 年徑流量樣本長短系列特征值的分折

反映年徑流量的主要參數(shù)有均值、變差系數(shù)。河流的年徑流量具有不重復(fù)的特點(diǎn)，但隨著樣本系列的延長，上述各種特征值會隨樣本的不斷擴(kuò)充而趨于穩(wěn)定，正常情況下的河流這段時間約為15～20 a。

表2 年徑流量長短系列特征值表 108m3

從表2中看出，當(dāng)葦子峽水文站的年徑流量系列在1991年前，多年均值在0.58億m3左右，變差系數(shù)穩(wěn)定在0.15左右，當(dāng)樣本系列但加入后期17年的樣本后，各項參數(shù)發(fā)生大幅度的變化，其中均值增加19.4%，變差系數(shù)提高57.1%。這說明由于后期水量增多造成的。

2.4 年徑流量滑動平均值的分析

連續(xù)完整的年徑流量滑動平均值，是總體中抽若干個體而組成的樣本，隨機(jī)抽出的樣本值反映了時段內(nèi)的水資源量，長系列樣本的均值代表著流域內(nèi)水資源的蘊(yùn)藏量。從5 a、10 a滑動平均值計算表中可看出，從1956年到1989年長達(dá)34 a的樣本中，5 a滑動均值變差1.25倍，10 a滑動均值變差僅1.13倍，加入1990年以后的樣本，5 a、10 a的滑動均值逐漸升高，其中5 a滑動均值增加33.6%，年平均增幅2.4%，10 a滑動均值增加25.7%，年平均增幅1.8%，破壞了34 a來形成的自然規(guī)律，也說明該流域的冰川消融量在逐年增加。

2.5 哈爾里克山南坡各河水量分析

東天山哈爾里克山南坡的故鄉(xiāng)河流域及榆樹溝流域的冰儲量占哈爾里克山南坡冰川面積和冰儲量的17.4%、29.8%和16.0%、36.0%[3]，據(jù)這2個流域出山口分別有故鄉(xiāng)河白吉水文站與榆樹溝水文站，兩個水文站的資料表明:夏季的4～8月份具有氣溫高、降水量大、河道流量集中和高山區(qū)永久冰川多的特點(diǎn)，其中白吉水文站4～8月徑流占全年徑流量的78%，榆樹溝水文站4～8月徑流占全年徑流量的82%，繪制兩站歷年平均流量過程線(圖4)可看出，兩條河流的低水在逐漸抬升，其中白吉水文站10 a來低水增加52%，榆樹溝水文站低水增加68.8%，隨80年代后期氣溫持續(xù)攀升，1990～2000年各河流均值也比前期增加12.7%和27.5%，各河水量的增加也說明上游冰川消融的趨勢與北坡一致，在逐年增加。2000年后徑流量上升趨勢減弱。

2.6 實(shí)測年資料分析

根據(jù)觀測記錄，在哈密地區(qū)范圍內(nèi)1997～1999年發(fā)生有罕見的連續(xù)3 a的高溫天氣，各項氣溫特征值高出多年平均0.8℃ ～1.6℃，見表2。使地區(qū)范圍內(nèi)各有冰川消融水補(bǔ)給河流后期徑流量大增，其中葦子峽站1998至2001年4 a均值比建站至1997年均值多53.3%，比建站至2007年均值多37.9%，比最近10 a均值多14.8%，見圖5。

3 結(jié)論

天山山脈由西向東橫穿新疆，雄偉的托木爾峰海拔高7 435 m，高山區(qū)冰川儲藏量10 107×108m3，占全國冰川儲藏量的20.2%，冰川消融水占新疆全年總徑流量的12%左右，冰川對新疆的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的地位。

隨氣候的變遷和人類活動的影響，綜合以上分析，我們認(rèn)為天山山脈喀爾里克山北坡的伊吾河流域內(nèi)現(xiàn)代冰川作用區(qū)和永久積雪覆蓋區(qū)的面積和冰儲量的變化對流域徑流量的影響較大[4]，20世紀(jì)90年代隨著冰川消融量增多，具有冰川補(bǔ)給的河流徑流量呈現(xiàn)明顯增多，2000年后，隨著東天山永久冰川的面積和儲量正在較大幅度地減少。冰川消融水對下游河流的貢獻(xiàn)將隨之減少趨勢。氣候變暖造成高山區(qū)冰川消融加速，增加河流來水量，隨著冰川萎縮，這些河流水資源量將會短缺，人類社會將會遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境災(zāi)害，像洪、旱災(zāi)害事件明顯增多，出現(xiàn)暴雨和暴雨洪水、冰雪消融洪水及暴雨冰雪混合型洪水頻次明顯增加，災(zāi)害加重。例2005年8月、2007年7月該流域相繼發(fā)生罕見洪水，2009年發(fā)生罕見旱情，2009年葦子峽水文站年最大洪峰流量僅3.64 m3/s，不足歷年平均洪峰流量的10%。較小冰川隨著面積縮小和冰體迅速減薄，會出現(xiàn)冰川融水貢獻(xiàn)量逐年減少。

圖5 葦子峽站5 a、10 a徑流量滑動平均線

圖6 白吉站與榆樹溝站年徑流量變化過程線

圖7 伊吾縣氣象站年降水量變化及線性趨勢

[1] 劉潮海，等.中國冰川目錄[M].北京:科學(xué)出版社，1986.

[2] 駱光曉，等.伊吾河流域水文特性[J].干旱區(qū)地理，1999(2):25-28.

[3] 高建芳，駱光曉.氣候變化對新疆哈密地區(qū)的河川徑流影響分析[M].北京:科學(xué)出版社，2009.

[4] 高前兆，等.氣候變化對塔里木河來自天山的地表徑流影響[J]. 冰川凍土，2008，30(1):1-11.