塔里木河源流和干流徑流特征及其相關(guān)性分析

張程程（塔里木河流域干流管理局，新疆庫爾勒841000）

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塔里木河源流和干流徑流特征及其相關(guān)性分析

張程程
（塔里木河流域干流管理局，新疆庫爾勒841000）

基于塔里木河流域源流和干流1957～2013年實測徑流數(shù)據(jù)，運用Mann-Kenda11和Mann-Whitney等非參數(shù)檢驗和相關(guān)分析等方法，探究源流和干流徑流變化趨勢和突變特征，以及源流和干流不同徑流頻率的對應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明：（1）1957～2013年塔里木河源流徑流量呈顯著的增加趨勢，干流徑流量呈不顯著的下降趨勢，干流徑流量的減少主要是源流耗用量不斷增加導(dǎo)致。（2）當(dāng)源流徑流頻率低于50%時，干流徑流量的增加幅度小于源流；當(dāng)源流徑流頻率高于50%，干流徑流量的減少幅度小于源流。

徑流；區(qū)間耗水量；變化趨勢；突變；塔里木河

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.017

塔里木河是我國最長的內(nèi)陸生態(tài)河流，對于保障流域內(nèi)綠洲的生態(tài)安全和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。上世紀(jì)50年代以來，流域大規(guī)模的水土資源開發(fā)，一方面促進了流域社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，另一方面大量生態(tài)水被擠占，造成流域生態(tài)環(huán)境急劇退化。2001年，國務(wù)院批復(fù)了107.79億元的流域綜合治理項目，經(jīng)過十余年的不懈努力，流域水資源統(tǒng)一管理水平不斷提高，流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境惡化趨勢基本得到遏制。

塔里木河因其特殊的地理位置，對于研究干旱區(qū)內(nèi)陸河流域徑流變化趨勢和突變特征，以及源流和干流之間水力聯(lián)系方面具有典型性和代表性。本文基于1957～2013年流域源流和干流控制性測站徑流資料，借助Mann-Kenda11單調(diào)趨勢檢驗和Mann-Whitney階段性轉(zhuǎn)換檢驗對源流和干流徑流變化趨勢和突變特征進行了分析；并通過建立源流徑流量與區(qū)間耗水量之間的相關(guān)方程，探究干流與源流徑流的對應(yīng)關(guān)系，以期為流域水資源分配和管理提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

塔里木河流域是環(huán)塔里木盆地的阿克蘇河、喀什噶爾河、葉爾羌河、和田河、開都-孔雀河、迪那河、渭干河、庫車河、克里雅河和車爾臣河等九大水系144條河流的總稱。從最長源流葉爾羌河上游的支流拉斯開木河至尾閭臺特瑪湖全長2437km，流域總面積102.86萬km2。流域多年平均降水深111.1mm，水面蒸發(fā)量1125～1600mm（折算為E601蒸發(fā)器）。流域多年平均地表徑流量為398.3×108m3，主要由源流山區(qū)冰川降雪補給。目前與塔里木河干流常年有地表水聯(lián)系的和田河、葉爾羌河和阿克蘇河三條源流多年平均地表徑流量為194.1×108m3。塔里木河干流自身不產(chǎn)流，水量均來自源流補給，干流上游阿拉爾多年平均地表徑流量為45.3×108m3。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

所采用1957～2013年源流和干流各水文斷面的徑流量數(shù)據(jù)由塔里木河流域管理局提供。源流徑流量是指阿克蘇河沙里桂蘭克、協(xié)合拉、葉爾羌河喀群、提孜那甫河江卡、和田河烏魯瓦提、同古孜洛克等6個出山口水文站實測地表徑流量的加和。塔里木河干流自身不產(chǎn)流，水量由源流補給，干流徑流量是指干流上游阿拉爾水文站實測地表徑流量。

2.2 研究方法

對于徑流時間序列的假設(shè)檢驗一般從單調(diào)趨勢和階段轉(zhuǎn)換趨勢兩個方面考慮。在檢驗中，原假設(shè)認(rèn)為時間序列的增減趨勢或者階段轉(zhuǎn)換的跳躍不明顯；而備擇性假設(shè)認(rèn)為變化趨勢顯著。從檢驗?zāi)芰ι峡?，使用非參?shù)Mann-Kenda11單調(diào)趨勢檢驗和Mann-Whitney階段轉(zhuǎn)換檢驗要優(yōu)于參數(shù)t檢驗，并且無須事先假定樣本的統(tǒng)計分布。

3 結(jié)果分析

3.1 源流徑流變化規(guī)律分析

利用1957～2013年阿克蘇河、和田河、葉爾羌河各斷面徑流監(jiān)測資料，分析源流徑流量的變化規(guī)律（圖1和表1）。由圖1可知，塔里木河三源流徑流量存在明顯的上升趨勢和突變特征，但這種趨勢和突變在統(tǒng)計學(xué)上是否達到顯著水平，可借助非參數(shù)檢驗進行判定（表1）。

圖1 源流徑流量的趨勢及突變圖

根據(jù)表1可知，塔里木河三源流徑流量以每年0.83億m3的速率呈顯著增加趨勢，突變發(fā)生在1993年，突變前后水量年均增加值為31.13億m3。

表1 源流徑流量的趨勢及突變檢驗

注：統(tǒng)計變量Z0＞0，為增加趨勢；Z0＜0，為減小趨勢，Z0的絕對值大于1.96表明增加或減少趨勢顯著。H0表示原假設(shè)，A表示接受原假設(shè)變化趨勢或突變不顯著；R表示拒絕原假設(shè)變化趨勢或突變不顯著。

3.2 干流徑流變化規(guī)律分析

利用1957～2013年塔里木河流域干流阿拉爾斷面的地表徑流監(jiān)測資料，研究干流徑流量的變化過程（圖2和表2）。根據(jù)圖2，與源流徑流量的變化趨勢相比，干流徑流量呈現(xiàn)輕微的下降趨勢和較弱突變。

圖2 干流徑流量的趨勢及突變圖

根據(jù)非參數(shù)檢驗（表2），干流徑流量以0.1億m3的速率呈輕微的下降趨勢；突變發(fā)生在1984年，但檢驗統(tǒng)計量（Z0）僅為1.29，表明突變不顯著，突變前后的年均減少量為4.41億m3。

表2 干流徑流量的趨勢及突變檢驗

3.3 源流區(qū)耗水規(guī)律分析

利用1957～2013年塔里木河流域源流與干流徑流量之間的差值，確定源流區(qū)的耗水量，并分析其變化特征（圖3和表3）。由圖3可知，由于塔里木河源流徑流增加而干流徑流減少，源流區(qū)耗水量的累積距平曲線在90年代由下降趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)槎溉簧仙?，趨勢變化和突變特性強勁?/p>

結(jié)合表3可知，塔里木河源流區(qū)的年均耗水量為152.07億m3，并以每年0.89億m3的速率呈顯著增加趨勢。源流區(qū)耗水量在1993年發(fā)生了顯著增加，該年前后兩時段的年均耗水增加量達到30.87億m3。結(jié)合源流、干流徑流量可知，在1993年之后，源流徑流量顯著增加，為源流區(qū)灌溉面積的擴大提供了豐沛水源。相關(guān)資料表明，1990～2008年，流域灌溉面積增加了67%，從而導(dǎo)致在源流徑流增加的情況下，干流徑流量反而出現(xiàn)減少。

圖3 源流區(qū)耗水量的趨勢及突變圖

表3 源流區(qū)耗水量的趨勢及突變檢驗

3.4 源流不同徑流情景下的干流徑流分析

為分析判定源流區(qū)水資源管理水平，對比分析源流在一定徑流頻率下干流的對應(yīng)徑流量（即利用源流徑流預(yù)測干流徑流量）與同頻率下干流實際水量的差異。利用塔里木河1957～2013年源流徑流量數(shù)據(jù)，結(jié)合源流區(qū)的耗水量數(shù)據(jù)，構(gòu)建了源流與耗水量（圖4、表4）之間的關(guān)系方程。

圖4 源流耗水量與徑流量的相關(guān)圖

根據(jù)圖4和表4，源流與區(qū)間耗水量擬合方程的相關(guān)系數(shù)（R2）為0.85，擬合精度較好，F(xiàn)檢驗結(jié)果表明回歸方程極顯著（P＜0.01），可滿足源流徑流下的源流區(qū)間耗水量的預(yù)測要求。

表4 源流徑流量與區(qū)間耗水量擬合方程的檢驗

根據(jù)1957～2013年塔里木河源流及干流的水文頻率曲線（P-Ⅲ型頻率曲線），查得其10%、25%、50%、75%和90%五個頻率下的徑流量。再根據(jù)不同頻率源流徑流量，通過表4計算方程計算不同頻率源流耗水量，源流徑流量與區(qū)間耗水量之間差值，即可作為源流不同徑流頻率下的干流徑流量預(yù)測值（表5）。

表5 不同頻率下源流區(qū)間耗水量和干流徑流量的預(yù)測單位：108m3

由表5可知，當(dāng)源流徑流頻率為10%、25%和50%時，對應(yīng)干流徑流保證率分別為12.1%、31.1%和54.9%，即干流徑流的增加幅度小于源流。這意味著在豐水期，源流地表水資源被大量引流利用，另外由于河道漫溢量、跑水量、水面蒸發(fā)量等加劇導(dǎo)致河道損耗增多。當(dāng)源流徑流頻率為75%和90%時，對應(yīng)干流徑流保證率分別為64.2%和71.1%，即干流徑流量的減少幅度小于源流。表明在偏枯水年，源流區(qū)耗水量相對較小，反映出流域管理機構(gòu)對偏枯水年份水資源量管理更為嚴(yán)格，保障源流和干流用水的空間均衡，確保了源流向干流的下泄水量。

4 結(jié)語

本文對1957～2013年塔里木河源流和干流徑流量、源流區(qū)間耗水量變化趨勢及突變性進行了分析，同時分析了10%、25%、50%、75%和90%五個不同徑流頻率下源流與干流徑流量對應(yīng)關(guān)系，結(jié)論如下。

（1）塔里木河源流徑流量呈顯著的增加趨勢，在1993年表現(xiàn)為顯著的增加突變。

（2）塔里木河干流徑流量呈不顯著的下降趨勢，在1984年表現(xiàn)為不顯著的減小突變。

（3）塔里木河源流區(qū)間耗水量呈顯著的增加趨勢，在1993年表現(xiàn)為顯著的增加突變。

（4）當(dāng)塔里木河源流來水頻率低于50%時，干流徑流的增加幅度小于源流；當(dāng)源流來水頻率高于50%，干流徑流的減少幅度小于源流。

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P333

A

1672-2469（2016）01-0050-04

2015-07-29

國家自然科學(xué)基金項目（41171427）。

張程程（1986年—），女，助理工程師。