氣候變化對(duì)于冰川洪水的影響即冰情變化研究

古麗婭爾·穆合塔爾

（新疆維吾爾自治區(qū)水文局信息中心，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

水是環(huán)境的重要組成部分，其可利用價(jià)值對(duì)于生物圈的有效運(yùn)行是不可替代的，但也可能是破壞性的。洪水是極端的水文事件，其威脅著人類和社會(huì)的安全。隨著氣候變暖，不穩(wěn)定的天氣頻繁發(fā)生，冰川融化加速。冰川湖潰決洪水現(xiàn)象增多，并已受到了廣泛關(guān)注，在中國(guó)、冰島、秘魯、瑞士、加拿大、俄羅斯、美國(guó)、尼泊爾和不丹等國(guó)家已造成了嚴(yán)重的自然災(zāi)害[1～2]。為了減少洪水對(duì)流域周邊居民生活的影響，蘇蓋提吐乎防洪工程隨之興建。為了了解該工程所在流域的氣候狀態(tài)，本文選取葉爾羌河流域的兩個(gè)水文站，分析該流域的氣候變化對(duì)洪水的影響及冰情變化。

1 研究區(qū)概況

葉爾羌河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)的西南部，流域總面積為8.73 萬km2，其中國(guó)內(nèi)面積為8.44 萬km2，國(guó)外面積2870 km2，河流全長(zhǎng)1165 km，是塔里木河的三大源流之一[3～5]。葉爾羌河具有13 處國(guó)家水文站。與本文水文分析計(jì)算有關(guān)的水文站為：卡群水文站、塔什庫爾干水文站?？ㄈ核恼驹O(shè)立于1953 年6 月，觀測(cè)至今，其位于山區(qū)，為葉爾羌河的重要控制站。采用其水位、流量、降水量、蒸發(fā)量、氣溫、水溫、風(fēng)速數(shù)據(jù)。塔什庫爾干水文站位于平原，設(shè)立于1967 年5 月，1968 年6 月～1971 年7 月停止觀測(cè)，1971 年7 月后觀測(cè)至今，同為葉爾羌河的重要控制站。采用其水位、流量數(shù)據(jù)。莎車縣氣象站位于新疆西南邊陲、昆侖山北麓,帕米爾高原南面,地處塔克拉瑪干沙漠和布古里沙漠之間的葉爾羌河沖積扇平原中上游。

2 數(shù)據(jù)來源

卡群水文站、塔什庫爾干水文站兩個(gè)水文站資料數(shù)據(jù)長(zhǎng)度見表1。冰川數(shù)據(jù)采用2016 年中國(guó)科學(xué)院寒旱所科考?xì)v史數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果分析

3.1 氣象要素變化

3.1.1 氣溫和降水變化

卡群站和塔什庫爾干站的年平均氣溫均呈上升趨勢(shì)。兩個(gè)水文站在1961 年～2000 年期間的年平均溫度變化見圖1。由圖1 可以看出：對(duì)于卡群水文站，年平均氣溫的增長(zhǎng)率僅為0.03℃/10 a；對(duì)于塔什庫爾干水文站，年平均氣溫的增長(zhǎng)速率為0.25℃/10 a；表明山區(qū)的溫度變化比平原更明顯。經(jīng)繪制逐年氣溫變化圖，塔什庫爾干站的氣溫逐年上升，1961 年～1986年期間的年平均氣溫為3.30℃，1987 年～2000 年期間為3.87℃，季節(jié)氣溫的十年變化一直呈上升趨勢(shì)（見表2），年平均氣溫上升了0.67℃，秋季占比最大，從20 世紀(jì)60 年代到90 年代年平均氣溫增加了1.17℃，夏季增加了0.76℃，春季和冬季增加了約0.4℃。溫度升高加速了冰川的融化并阻礙了冰川的形成和維持。然而，除冬季外，卡群站的氣溫呈下降趨勢(shì)，從20世紀(jì)60 年代到90 年代，年平均氣溫變化不明顯。塔什庫爾干站和卡群站氣溫變化的不同趨勢(shì)揭示了在山區(qū)和近平原地區(qū)之間的熱量差異。

表1 水文資料使用年限統(tǒng)計(jì)表 單位：年

圖1 1961 年～2000 年期間年平均溫度變化

表2 1961 年～2000 年雅魯藏布江流域卡群站和塔什庫爾干站的年代際氣溫變化

圖2 1961 年～2000 年期間年降水量變化

卡群站和塔什庫爾干站降水的年際變化見圖2，可以看出：平原的降水量比山區(qū)增加得多。突出點(diǎn)發(fā)生在1986 年。自20 世紀(jì)60 年代以來，卡群站10 年的年降水量有所增加，到90年代，年增量達(dá)到了85 mm 左右，比80 年代和60 年代分別增加了25.23%和38.29%，這可歸因于夏季的氣溫變化。然而，在塔什庫爾干站，年降水量與1980 年代相比沒有顯著變化，但春季降水量從1980 年代的10.77 mm 顯著增加到1990 年代的19.55 mm。數(shù)據(jù)表明，自20 世紀(jì)80 年代以來，山區(qū)和近平原地區(qū)的降水量明顯增加，近平原地區(qū)大多在夏季，山區(qū)大多在春季。

3.1.2 風(fēng)速及凍土變化

莎車氣象站氣象料統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：該站多年平均風(fēng)速為2.0 m/s，風(fēng)向多偏西北，多年平均最大風(fēng)速為22 m/s，風(fēng)向多偏西北，最大風(fēng)速為28.5 m/s，風(fēng)向WNW，各月最大風(fēng)速統(tǒng)計(jì)見表3，其最大凍土深度為0.69 m。

表3 莎車縣氣象站歷年各月最大風(fēng)速統(tǒng)計(jì)表

3.2 洪水變化

在過去50 年中，葉爾羌河發(fā)生了大約21 次與冰川有關(guān)的洪水。從1959 年～1986 年，洪水頻發(fā)，平均洪峰流量為2690 m3/s，洪量為0.67×108m3。在1987 年～1996 年間，由于1986 年冰湖爆發(fā)，冰川排水系統(tǒng)被打開，因此沒有爆發(fā)洪水。自1997 年以來，發(fā)生了7 次特大冰川洪水，平均洪峰流量為3290 m3/s，洪量為0.72×108m3。前30 年的洪水頻率為0.4 次/年，后10 年為0.7 次/年。洪水的突發(fā)主要出現(xiàn)在6 月～11 月，與融雪或風(fēng)暴洪水大不相同，其特點(diǎn)是上漲速度快，洪峰流量高，洪量較小，持續(xù)時(shí)間短，通常為單峰。歷史洪水資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明超過4500 m3/s 的洪峰流量已發(fā)生過6 次，另有6 次洪峰流量在2000 m3/s～4500 m3/s 范圍內(nèi)。其他洪水的流量為800 m3/s～2000 m3/s，洪峰流量平均超過常流量的6 倍，最大超過10 倍。大多數(shù)洪水持續(xù)時(shí)間約為20 h，最短為12 h。有些洪水只需0.5 h 就能到達(dá)頂峰，從806 m3/s 的起漲流量漲到6270 m3/s的洪峰流量，1961 年的一場(chǎng)洪水達(dá)到洪峰流量?jī)H用了半個(gè)小時(shí)。1984 年的洪峰流量從起漲到峰頂僅用了18分鐘。上漲率為203 m3/min。

8 月～9 月初出現(xiàn)了超過4500 m3/s 的洪峰流量，而在秋季和冬季初，流量通常為800 m3/s。雖然不同季節(jié)出現(xiàn)的突發(fā)性洪水的洪峰流量變化較大，但其具有相似的模式，退水快，洪量相對(duì)較小，洪量比平均年徑流量大10～25 倍。1961 年洪峰流量為6270 m3/s，是年平均流量的25 倍，但洪量為1.5×108m3，不到年徑流總量的2%。除了1961 年、1978 年、1984 年、1999 年和2002 年的洪水外，幾乎所有的洪量都低于1.0×108m3。

3.3 河流冰情變化

河流冰情是寒冷地區(qū)河流中普遍存在的一種自然現(xiàn)象。以卡群站和塔什庫爾干站的實(shí)測(cè)冰情資料系列，對(duì)河流冰情進(jìn)行分析。據(jù)卡群站（1954 年～2012 年）實(shí)測(cè)冰情統(tǒng)計(jì)：最早開始流冰在11 月17 日（1959 年），最遲在12 月26 日（2004 年）；終止流冰最早為1 月21 日（2003 年），最晚為3 月5 日（2008 年）。終冰最早為1 月21 日（2003 年），最晚為3 月20 日（1975 年），初冰最早為11 月3 日（1957 年），最晚為12 月16 日（1968 年），封凍天數(shù)最長(zhǎng)為13 天，最短為0 天；岸邊最大冰厚為1.23 m（2008 年），其詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表6。根據(jù)塔什庫爾干水文站（1967 年～1979 年)實(shí)測(cè)冰情統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明：最早開始結(jié)冰日期為11 月19 日（1979 年)；最晚開始結(jié)冰日期為12 月30 日（1973 年)；最早開始流冰日期為11 月26 日（1967 年)，最晚終止流冰日期為2 月25 日（1975 年）；實(shí)測(cè)期內(nèi)，絕大多年份未出現(xiàn)封凍，僅1977 年有封凍現(xiàn)象，該年1 月9 日封凍，1 月23日解冰，封凍時(shí)間為14 天，最早全部融冰日期2 月12 日（1977年)，最晚全部融冰日期3 月10 日（1974 年)，最大岸邊冰厚0.24 m（1964 年1 月5 日)，見表4。由上述分析可見，葉爾羌河下游冰情變化沿程不盡相同?？傮w上來說，葉爾羌河蘇蓋提吐乎防洪工程場(chǎng)址處年年都有冰情，冰期自11 月份上、中旬開始，次年3 月上、中旬結(jié)束，各年冰期長(zhǎng)短不一。

表4 河流冰情要素統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

本文分析了葉爾羌河流域氣象水情及冰情要素的多年變化趨勢(shì)，研究獲得的主要結(jié)論如下：

（1）在過去50 年里，葉爾羌河流域發(fā)生了大約21 次與冰川有關(guān)的洪水。冰川爆發(fā)的頻率和幅度表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。從1959 年～1986 年，有14 場(chǎng)洪水，其中有4 場(chǎng)洪峰流量大于4000 m3/s；洪水發(fā)生的頻率為0.4 次/年。從1997 年～2006 年，有7 場(chǎng)洪水，其中有3 場(chǎng)洪峰流量大于4000 m3/s；洪水發(fā)生的頻率為0.7 次/年。

（2）蓋提吐乎防洪工程場(chǎng)址處各年均有冰情發(fā)生，冰期自11月份上、中旬開始，次年3 月上、中旬結(jié)束，各年冰期長(zhǎng)短不一。

隨著氣候變暖，冰湖潰決的發(fā)生將更加頻繁，并威脅到該地區(qū)的水安全。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)冰川洪水和預(yù)警的研究。應(yīng)充分利用氣候變化引起的日益增加的水資源，并采取積極的防御措施，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水安全維護(hù)提供保障。