新疆渭干河流域降水變化及影響因素分析

李興金

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

1 概況

位于新疆天山中段南麓的渭干河，由木扎提河、卡普斯浪河、臺勒維丘克河、卡拉蘇河、克孜爾河5條支流匯合而成，均源于天山南坡，單獨出流，匯集于拜城盆地克孜爾水庫，主要支流木扎提河發(fā)源于汗騰格里峰東坡的冰川集結區(qū)，于拜城盆地匯集其余4條，流經(jīng)千佛洞、切穿卻勒塔格山后，形成長64 km，寬160 km的山前大型沖洪積扇，其面積達8 281.8 km2，干流全長452 km。渭干河流域地域廣闊，山區(qū)為徒峭石壁，山前平原為綠州和戈壁復蓋。要想對渭干河實行治理和水資源開發(fā)，就需要對其流域降水情況和影響因素進行分析。

2 降水系列代表性分析

渭干河流域的13處雨量站中，4個站是國家氣象站，9個站是國家二類基本水文站。降水量觀測站大部分都分布在海拔1 000～2 000 m之間的平原區(qū)、低山區(qū)，中山區(qū)沒有降水量觀測站。現(xiàn)以破城子站、卡木魯克站、拜城氣象站、卡拉蘇站、黑孜水庫站作為渭干河流域山區(qū)降水量選用站。選用站中觀測年代最長的是庫車縣氣象站，其余各站均不足52 a觀測資料。因此對選用站中實測資料系列較長的降水量觀測站，采用不同方法對此進行分析。

2.1 時段均值與模比系數(shù)分析

對渭干河流域雨量選用站的降水量系列資料，統(tǒng)計不同時段的均值，計算各時段平均年降水量與多年平均年降水量的比值。從統(tǒng)計結果分析，50年代各山區(qū)站大都處于平雨期，變化多在10%以內(nèi)，平原區(qū)站降水量偏多13.8%～19.3%。從而可知，上世紀50年代渭干河流域山區(qū)雨量站與平原區(qū)雨量站降水量的豐枯變化不是同步的。上世紀60年代和70年代各站情況基本相同，降水量均偏少。進入80年代，各站降水量偏少狀況得以扭轉(zhuǎn)。根據(jù)資料統(tǒng)計，渭干河流域山區(qū)各站降水量平均比多年降水量偏大14.3%。上世紀90年代，有7個站進入多雨期，降水量增多10.9%～21.5%，3個站進入平雨區(qū)。其中渭干河流域山區(qū)各站降水量與多年平均相比，在-14.5%～+17.9%之間變化。進入21世紀，選用站降水量有5站為多雨段，破城子站、拜城氣象站降水量比多年均值偏多達27.8%～30.9%。

根據(jù)50多年的水文降雨資料分析，發(fā)現(xiàn)各站都有降水量的豐、枯交替變化過程，且各站的豐、枯變化基本上一致，基本能夠反映渭干河流域年降水量的變化規(guī)律。

2.2 年降水量模比系數(shù)差積曲線分析

選用的13個雨量站，有11站實測資料系列較長，達到40年以上，由此可以繪制出年降水量模比系數(shù)差積曲線，其變化的趨勢和時間除50年代稍有差異外，其它時段基本同步，即60年代至70年代末為少雨期，80年代開始本區(qū)進入多雨期，90年代及2000年以來都為多雨期，說明各選用站長系列降水量變化的一致性較好。

2.3 年降水量模比系數(shù)累積平均過程線分析

從各選用站年降水量模比系數(shù)累積平均過程線圖可知，隨著各站降水量資料系列長度的增加，曲線逐漸收斂，當資料系列長度達到45年以上時，降水量模比系數(shù)累積平均值漸趨近于1，且其后年段曲線收斂于1，說明選用站降水量資料系列長度達到45年以上時穩(wěn)定性較好。

2.4 不同長度年降水量統(tǒng)計參數(shù)穩(wěn)定性分析

根據(jù)矩法計算的不同長度系列統(tǒng)計參數(shù)分析對照。從中可見，隨著系列長度的增加，除千佛洞站外，其它各站降水量統(tǒng)計參數(shù)波動幅度有所減小，當系列長度在45年以上時，相對于多年平均值而言，統(tǒng)計參數(shù)的波動幅度為：降水量均值小于±2%，Cv值變化小于±4%。千佛洞站因地處丘陵區(qū)，降水量年際變化較大，資料長度達到50年時，Cv值和均值才趨于穩(wěn)定。

3 年降水量分析

3.1 年降水量分布

在渭干河山區(qū)降水量5個選用站中，下墊面條件復雜，區(qū)降水呈不均勻分布。根據(jù)各站年降水量等值線可知，等值線走向與山脈走向基本一致，為東西向，山區(qū)較密，平原區(qū)較稀，由南向北降水量等值線隨高程上升而增大，有明顯的垂直變化規(guī)律，在地區(qū)分布上渭干河流域西部降水量大，東部降水量小，山區(qū)降水量多，平原降水量少。

由于高空的鋒區(qū)和天山地形的抬升作用，只有較強冷空氣入侵才能沿天山南坡形成降水，所以天山山區(qū)南坡降水量往往小于北坡，一般在500 mm以下。山區(qū)及平原站點1956-2007年降水量統(tǒng)計見表。

表1 渭干河流域選用雨量站多年平均降水量統(tǒng)計表

3.2 降水量年內(nèi)分配

渭干河流域降水量年內(nèi)變化平原與山區(qū)有所不同。以出山口為界，高程較低的平原各站，春季降水量約占20%，山區(qū)各站在25%左右；平原區(qū)夏季降水量約占年降水量的51%～55%，山區(qū)多在50%以內(nèi)；平原、山區(qū)秋季和冬季降水量基本接近，在17%和7%左右。由以上數(shù)據(jù)，可知，渭干河流域降水量主要產(chǎn)生在夏季，集中程度較高，冬季降水量較小。降水量的季節(jié)分配，與水汽的輸送和垂直運動的季節(jié)性變化相一致。

3.3 降水量的年際變化

渭干河流域選用水文站降水量年際變化較大，但山區(qū)站年降水量變化總體小于平原區(qū)，山區(qū)一般最大年降水量與最小年降水量的比值在3～6之間，最大為卡拉蘇站達8.17，平原區(qū)最大年降水量與最小年降水量的比值在6～10之間，最大為新和氣象站達9.57。變差系數(shù)Cv值山區(qū)一般小于0.4，在0.35～0.39之間，平原區(qū)降水量變差系數(shù)Cv值大于0.4，在0.41～0.56之間。由此可見，渭干河最大年、最小年出現(xiàn)時間的同步性較差。降水量最小年出現(xiàn)時間大多發(fā)生在上世紀60年代，降水量最大年都發(fā)生在上個世紀80年代以后。這是因為，渭干河流域地形復雜，大范圍降水在本區(qū)域具有普遍性，局部陣雨、小范圍降水在本區(qū)域具有特殊性，易造成上述的不同。

3.4 降水的垂直分布

渭干河北部山區(qū)，地勢高峻，山峰林立，最高峰汗騰格里峰海拔6 995 m，南部出山口處海拔1 100 m左右，南北高差近5 800 m，降水存在著很明顯的垂直分布和分帶性變化規(guī)律。海拔2 000 m以上中、高山區(qū)降水量一般在300～500 mm之間，海拔1 000～2 000 m的中、低山區(qū)，年降水量在100～300 mm，平原區(qū)多年平均年降水量小于100 mm。從中可以看出，渭干河流域降水量隨高度的升高而增大，而且在中山區(qū)其降水量變化梯度大于低山區(qū)，實測年降水量垂直分布變化可知，本區(qū)降水垂直變化梯度達3.8～79.1 mm/100m，降水梯度變化較大。降水量變化與地形高程的關系非常密切，降水量隨地面高度的升高而增大，二者之間相關系數(shù)達到0.955，見圖1。

3.5 降水量的豐枯變化

根據(jù)水文資料分析，在天山南坡造成渭干河出現(xiàn)豐枯水年變化的主要因素是降水，將天山南坡的降水量系列與對應的徑流量系列進行分析，其關系非常密切，而且所有的徑流枯水年對應的年降水量也都是枯水或是偏枯水，反之亦然。現(xiàn)選用降水量資料系列較長的拜城氣象站、卡木魯克站、破城子站、卡拉蘇站降水資料，分別代表渭干河流域平原區(qū)、低山區(qū)、中山區(qū)，對降水量(年徑流量)的豐枯變化進行分析。根據(jù)全國水資源綜合規(guī)劃豐枯統(tǒng)計標準：P<37.5%為豐水年，37.5%≤P≤62.5%為平水年，P>62.5%為枯水年，對4處降水量觀測站點同步期降水量豐枯變化進行分析。

根據(jù)豐枯標準，計算4處站點同為豐水或枯水年份的出現(xiàn)年數(shù)和頻率。經(jīng)計算，4個降水量觀測站同時出現(xiàn)枯水的概率為15.4%，同時出現(xiàn)豐水年的概率為21.2%，而同時出現(xiàn)平水年的概率只有1.9%。降水量變化出現(xiàn)基本一致的概率為38.3%,降水量豐枯變化不一致的年份出現(xiàn)的概率為23.2%，其中4個站豐枯變化一致和基本一致的年份出現(xiàn)的概率為76.8%，而中山區(qū)站與低山區(qū)站比較，豐枯變化一致和基本一致的年份出現(xiàn)的概率基本相同，可見中山區(qū)與低山區(qū)降水量的豐枯變化基本一致。根據(jù)各站資料分析，中山區(qū)與低山區(qū)豐枯變化的一致性主要是由于降水的主要水汽來源相同所決定的。

圖1 渭干河流域降水量與高程關系分析圖

4 不同保證率降水量分析

根據(jù)52年降水量資料，對主要選用站降水量進行了不同保證率降水量分析計算，見表2。計算成果表明，在各保證率及多年平均情況下，各站連續(xù)最大四個月降水量多發(fā)生在5—8月或4—7月，占全年降水量的比重在51%～95%之間，平均為70%。降水量最大月多為7或8月份，最大月降水量占全年降水量的比重最高可達58.0%，一般在20%～30%之間。

表2 多年平均降水量統(tǒng)計表

從降水量計算結果可以看出，木扎提河多年平均年降水量最大，占到多年平均年降水量的44.0%，最小的是臺勒維丘克河，僅占7.7%。降水量的分布狀況表明，渭干河流域降水量主要來自流域的西部，而流域東部和南部降水量相對較小。

表3 渭干河流域年降水量特征值統(tǒng)計表

渭干河流域多年平均面雨量為297.1 mm，其中木扎提河多年平均降水量最大，達到390.1 mm，其次是卡普斯浪河為337.8 mm、卡拉蘇河為233.5 mm、克孜爾河217.2 mm，臺勒維丘克河區(qū)多年平均降水量為223.0 mm，分析其原因與這幾條河流流域平均高程及流域分布位置有關。

5 結語

綜上所述，受氣候、地形和自然地理影響，渭干河流域山區(qū)降水量一般隨海拔高程升高而增大，特別是冰川區(qū)降水量較大。山區(qū)迎風坡降水量大于背風坡，迎風坡等值線較密，梯度也大；平原、盆地降水量較小，變化平緩，等值線較順直。渭干河流域多年平均降水量與流域降水量變化一致，進入上世紀80年代以后，年降水量增加比較明顯。