白楊河多年徑流特征分析

王新德

（昌吉水文勘測局，新疆 昌吉831100）

0 引言

河流是地球表面接納、匯集和輸水的路徑或通道，是地球上水循環(huán)的主要路徑［1］。近年來由于自然和人類活動的共同作用造成全球氣候顯著變暖，降水和蒸發(fā)增強(qiáng)，不僅造成洪、旱災(zāi)害頻繁發(fā)生，而且導(dǎo)致水循環(huán)加快，直接影響河流的徑流量［2］，當(dāng)前已成為國際社會普遍關(guān)心的熱點(diǎn)問題。徑流是氣候因子與下墊面相互作用而形成的產(chǎn)物，是地球上水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和水資源平衡的基本要素［3］，也是地表水資源量分析評價(jià)和合理規(guī)劃開發(fā)的基礎(chǔ)［4］。土地利用類型、植被破壞程度、地下水位升降趨勢等自然或人為因素均對徑流變化產(chǎn)生不同程度的影響。根據(jù)不同流域的水文觀測資料，分析流域徑流的演變規(guī)律和影響因子，對研究流域水平衡與水循環(huán)以及流域的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定具有重要意義。白楊河作為新疆昌吉市主要的水源之一，對當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)的發(fā)展及人類的正常生產(chǎn)生活具有重要的作用，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，白楊河水資源開發(fā)力度逐漸增大，水資源的可持續(xù)發(fā)展將是當(dāng)?shù)孛媾R的重要問題之一。因此，本文通過分析白楊河徑流和降水年內(nèi)、年際變化特征及演變規(guī)律，以期為該河流的生態(tài)安全及區(qū)域水資源的合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

白楊河發(fā)源于博格達(dá)峰東北闊克括力冰川，源頭由東西兩支構(gòu)成。白楊河河道長60 km，流域總面積1272 km2，是典型的冰雪消融型河流。據(jù)資料顯示，多年年均徑流量為0.6851×108m3，最大年徑流量出現(xiàn)在2016年，徑流量為0.9672×108m3，最小年徑流量出現(xiàn)在1984年，徑流量為0.4320×108m3。白楊河站為白楊河的小河站，屬一般水文站和自治區(qū)級報(bào)汛站，地理坐標(biāo)為東經(jīng)88°32′，北緯44°03′，設(shè)于1962年10月，現(xiàn)測驗(yàn)斷面以上集水面積252 km2，河長32 km，河道坡降53.7‰，流域平均高程2774 m。測站高程1042 m。

1.2 資料來源

本文水文資料來源于白楊河白楊站1977年1月～2017年12月各月的實(shí)測值。

1.3 方法

（1）時(shí)間序列分析。時(shí)間序列又叫動態(tài)數(shù)列，是變量的數(shù)據(jù)按照時(shí)間順序排列而成的一組數(shù)列，其反映各變量隨時(shí)間變化的演變規(guī)律。

（2）相關(guān)分析。相關(guān)分析是研究各變量間相互關(guān)系密切程度的一種常用統(tǒng)計(jì)方法，相關(guān)系數(shù)是反映這種函數(shù)關(guān)系程度及方向的統(tǒng)計(jì)量［6］。

2 白楊河年際徑流量與降水特征分析

2.1 不同年段年均徑流量和降水量演變規(guī)律分析

表1 白楊河不同年段年均徑流量、降水量變化特征

以5年時(shí)間為一組進(jìn)行時(shí)間分段分析，2002年～2006年白楊河平均徑流量最大，為0.8453×108m3，最小值在1982年～1986年，徑流量為0.8453×108m3；白楊河降水量在2007年～2011年達(dá)到最大為317.14 mm，在1982年～1986年最小為227.90 mm，與年際徑流量變化規(guī)律一致。在2012年～2017年均徑流量的極值比最大為1.92，變差系數(shù)為0.20，在1997年～2001年均徑流量的極值比最小為1.17，變差系數(shù)為0.07。在1987年～1991年和1997年～2001年白楊河年均降水量極值比最大，分別為2.08、2.09，變差系數(shù)分別為0.25、0.24；在1992年～1996年年均降水量極值比最小為1.09×108m3，變差系數(shù)為0.03。整體而言，年均徑流量的變差系數(shù)和極值比均小于降水量的變差系數(shù)和極值比，由此表明，白楊河的年均徑流量和降水量的演變規(guī)律并不完全一致（見表1）。

2.2 年際徑流量和降水量變化規(guī)律分析

圖1 白楊河年徑流量變化圖

圖2 白楊河年降水量變化圖

年徑流量的變化趨勢直接反映徑流的演變規(guī)律，決定著水資源的合理開發(fā)和利用［5］。圖1表示白楊河站41年年徑流量變化，由圖1可以看出，自1977年白楊河年際徑流量總體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。41年平均徑流量為0.7163億/m3，在1991年、2003年、2016年出現(xiàn)徑流量波峰，在1984年、2014年出現(xiàn)徑流量波谷。降水量是影響徑流量變化的主要因素，研究降水量的演變規(guī)律對明確徑流變化特征具有重要的作用。圖3是白楊河多年平均降水量演變圖。由圖3可知，白楊河多年平均降水量為273.53 mm。41年間出現(xiàn)3次明顯的波峰，在1987年、2007年和2015年，波谷不明顯。

3 白楊河年內(nèi)徑流量與降水特征分析

3.1 月均流量和降水量分析

圖3 白楊河多年月均流量變化圖

圖4 白楊河月降水量變化圖

本文采用不均勻系數(shù)進(jìn)行白楊河多年月均流量的分配進(jìn)行分析。徑流的不均勻系數(shù)是反映月徑流量不均勻程度的指標(biāo)［6］，此系數(shù)越小，說明月徑流量的不均勻程度越低，反之，年內(nèi)分配越不均勻。不均勻系數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：C為不均勻系數(shù)；Ri為各月均流量；R為月流量。

由公式計(jì)算得白楊河多年月均流量不均勻系數(shù)為0.08，表明白楊河月均流量不均勻；由圖4可以看出，白楊河年徑流量主要集中在6月～8月，占年內(nèi)總流量的73.61%；月均流量最大值出現(xiàn)在7月份為8.13 m3/s，占年內(nèi)總流量的31.30%；月均流量最小值出現(xiàn)在2月份，流量為0.329 m3/s，占年內(nèi)總流量的1.38%。月均流量從每年的2月份到7月份呈現(xiàn)增長趨勢，在7月份達(dá)到最大值，從8月份到次年的1月份月均流量呈現(xiàn)降低趨勢。

從圖3所示多年月平均降水量可以看出，白楊河的年降水量主要集中在4月～8月，每月月降水量均大于29 mm，降水量占全年總降水量的62.38%；最大降水量出現(xiàn)在6月，其多年月平均降水量為38.27 mm，占多年平均降水量的14.13%；最小降水量出現(xiàn)在1月，其多年月平均降水量為7.45 mm，占多年平均降水量的2.7%。從每年的1月份到6月份，降水量呈現(xiàn)增長趨勢，6月份降水量達(dá)到最大值，7月份到12月份的呈下降趨勢，降水的季節(jié)性變化較為顯著。盡管該河流多年年降水量有所差異，但降水量多集中在每年的4月～8月，這種特征主要由強(qiáng)降雨過程產(chǎn)生的頻次與發(fā)生時(shí)間所導(dǎo)致［7］。

3.2 月降水量與流量相關(guān)性分析

圖5 白楊河月降水量與流量相關(guān)圖

圖5 為白楊河1977年～2017年月均降水量和月均流量的相關(guān)圖。由圖可以看出，隨著月均降水量的增加，月流量呈現(xiàn)指數(shù)增加趨勢，擬合函數(shù)為Y=0.1458e0.0895x，相關(guān)系數(shù)R=0.83。其中，當(dāng)月均降水量小于20 mm時(shí)，月均流量與降水量的擬合度更高。由此表明，降水量是白楊河徑流量的重要決定因素之一。

4 結(jié)論

徑流是河流重要的組成部分，河流徑流量的變化受氣候、天文、人類活動等諸多因素的影響［8］。大量研究表明，降水量與河流徑流量密切相關(guān)［9］，本文通過分析白楊河1977年～2017年多年徑流量和降水特征，得出白楊河年降水量和年徑流量均呈現(xiàn)不穩(wěn)定、緩慢增加的趨勢，且年內(nèi)分配不均勻，但是二者的變化趨勢并不完全一致，其中年徑流量主要集中在6月～8月，而年降水量主要集中在4月～8月，主要是由于上半年干旱缺水，4月～6月的降水主要以土壤滲透為主，隨著土壤含水量的飽和，6月～8月主要以徑流的形成為主。從該研究區(qū)月降水量與流量的相關(guān)分析情況可得，隨著月均降水量的增加，月徑流量呈現(xiàn)指數(shù)增加趨勢，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.83。綜上分析可知，白楊河降水量是徑流量的主要影響因子之一，同時(shí)還可能受溫度、濕度等因素的影響，因此，后期應(yīng)針對白楊河徑流量的其他干擾因子進(jìn)行深入分析。