葉爾羌河卡群站1957-2018年降水徑流變化特征分析

秦 雯

(新疆喀什水文勘測(cè)局，新疆 喀什 844000)

近些年來(lái)，隨著氣候變化及人類活動(dòng)疊加影響，全球水循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生不同程度的變化[1]。水循環(huán)和水量平衡重要的環(huán)節(jié)和基本要素就是河川徑流，徑流受人類活動(dòng)和氣候變化影響產(chǎn)生不同程度變異，使得區(qū)域洪澇頻發(fā)，對(duì)人類和社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生不同程度的威脅[2]。有研究結(jié)果表明新疆天山以西的區(qū)域氣候出現(xiàn)較為明顯的暖濕轉(zhuǎn)型變化[3]。山區(qū)是新疆內(nèi)陸河流水源的發(fā)源地，冰川融雪徑流補(bǔ)給山區(qū)徑流，其極易受氣候變化的影響。對(duì)于內(nèi)陸干旱區(qū)域降水和徑流變化特征的分析有助于對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)影響下的水循環(huán)演變機(jī)理和科學(xué)調(diào)度區(qū)域水資源提供重要的支撐依據(jù)[4]。塔里木盆地西部最大的河流為葉爾羌河，葉爾羌河流域常年干旱少雨，多年降水量均值低于100 mm。近些年來(lái)，對(duì)于葉爾羌流域降水和徑流變化取得一定研究成果[5-12]，但這些成果對(duì)于葉爾羌河卡群站的降水和徑流變化特征研究還較少，而卡群站作為葉爾羌河出山口重要控制水文站，其降水和徑流變化特征的分析對(duì)于葉爾羌河氣候變化和人類活動(dòng)下的水循環(huán)影響程度十分重要，因此本文以葉爾羌河卡群站1957-2018年實(shí)測(cè)降水和徑流資料，對(duì)其近60年降水和徑流變化特征進(jìn)行分析。

1 葉爾羌河流域概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

昆侖山北部最大河流是葉爾羌河，葉爾羌河流域總面積為4.24×104km2，其中河流冰川面積占流域總面積的比例達(dá)到10%。崇山峻嶺為葉爾羌河上游源流區(qū)，其中游和下游主要位于戈壁沙漠地區(qū)。葉爾羌河流域?qū)儆谖覈?guó)內(nèi)陸典型的西部干旱區(qū)域，冰川融雪是其河流徑流重要補(bǔ)給來(lái)源，流域多年平均徑流量為68.59×108m3，冰川融雪徑流補(bǔ)給量占流域總徑流量的比重約為70%左右，其出山口重要控制水文站為卡群站，卡群站以下河流斷面主要屬于河流徑流消耗區(qū)域，是區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)和利用的主要河段。葉爾羌河流域降水時(shí)空分布十分不均勻，降水主要集中在汛期的6-9月，汛期降水量占全年降水量的比值高達(dá)80%。受區(qū)域季節(jié)冰川融雪徑流的影響，6-9月屬于葉爾羌河徑流量最高的月份，其徑流總量占全年徑流總量的比值約為75%。本文采用卡群水文站1957-2018年實(shí)測(cè)降水和徑流資料，對(duì)其降水和徑流變化特征進(jìn)行分析，其中降水和徑流均通過(guò)了可靠性、一致性和代表性分析，數(shù)據(jù)來(lái)源可靠。

2 Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法

采用Mann-Kendall趨勢(shì)方法對(duì)各水質(zhì)指標(biāo)變化特征進(jìn)行顯著變化特征的分析。該方法將檢驗(yàn)指標(biāo)序列作為樣本序列對(duì)其統(tǒng)計(jì)變量S進(jìn)行計(jì)算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：S為趨勢(shì)檢驗(yàn)樣本序列顯著性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)變量；xi和xj表示為來(lái)自同一個(gè)樣本總體的兩個(gè)樣本數(shù)據(jù)系列；σs表示為方差標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算值；sign表示為計(jì)算變量；n表示為總的樣本序數(shù)；Z表示檢驗(yàn)特征變量，當(dāng)Z>0則表示水質(zhì)指標(biāo)呈現(xiàn)遞增變化趨勢(shì)，否則呈現(xiàn)遞減變化趨勢(shì)，∣Z∣>2.32、1.64<∣Z∣<2.32、1.28<∣Z∣<1.64則分別表示變化趨勢(shì)的顯著性可分別達(dá)到99%、95%以及90%的置信水平。

3 降水變化特征分析

3.1 不同年代季節(jié)降雨變化特征

結(jié)合卡群站1957-2018年降雨資料數(shù)據(jù)系列，對(duì)不同年代際各季節(jié)降雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

表1 葉爾羌河卡群站1957-2018年不同年代季節(jié)降雨變化特征分析結(jié)果

從分析結(jié)果可看出，葉爾羌河卡群站春季和夏季降水量占全年比重較大，春季和夏季降水量占全年降水量的比值在70%左右，與國(guó)內(nèi)大多數(shù)地區(qū)降水主要集中在夏季有所不同。葉爾羌河降水主要時(shí)段也包括春季，春季主要以降雪方式且由于春季融雪量較少，春季積雪量主要在夏季融化量較大。通過(guò)對(duì)各年代際降水進(jìn)行對(duì)比分析，從50年代開(kāi)始到90年代結(jié)束各年代際降水量總體低于多年總體降水量的均值79.35 mm，從20年代開(kāi)始，其年代際降水量高于多年總體降水量的均值，區(qū)域降水量有較為顯著的增加。各年代際年最大降水量和最小降水量無(wú)明顯變化規(guī)律。

3.2 不同年代季節(jié)降雨變化趨勢(shì)檢驗(yàn)

結(jié)合Mann-Kendall趨勢(shì)方法對(duì)葉爾羌河卡群站各年代際降水量進(jìn)行變化趨勢(shì)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 葉爾羌河卡群站1957-2018年不同年代季節(jié)降雨變化趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果

從葉爾羌河卡群站1957-2018年不同年代季節(jié)降雨變化趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果，葉爾羌河各年代際降水量總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，從50年代開(kāi)始到90年代末降水量總體增加變化趨勢(shì)較低，趨勢(shì)檢驗(yàn)值均低于1.64，增長(zhǎng)變化趨勢(shì)未能通過(guò)90%的顯著性檢驗(yàn)水平，而從2000年代開(kāi)始，其降水量呈現(xiàn)顯著的遞增變化，尤其是春節(jié)降雪量變化趨勢(shì)檢驗(yàn)值均超過(guò)1.64，通過(guò)90%的顯著性檢驗(yàn)水平，夏季和春季是葉爾羌河卡群站降水量遞增最為顯著的兩個(gè)季節(jié)。從葉爾羌河卡群站年降水量變化數(shù)可看出，夏季和春季也是其兩個(gè)降水量增長(zhǎng)趨勢(shì)較為顯著的季節(jié)，這主要和葉爾羌河降水主要集中在夏季和春季有關(guān)。

4 徑流變化特征分析

4.1 不同季節(jié)徑流變化特征

結(jié)合卡群站1957-2018年徑流資料數(shù)據(jù)系列68.59×108m3對(duì)不同年代際各季節(jié)徑流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3所示。

表3 葉爾羌河卡群站1957-2018年不同季節(jié)徑流變化特征統(tǒng)計(jì)析結(jié)果 108m3

從各季節(jié)徑流量變化結(jié)果可看出，葉爾羌河卡群站夏季徑流量最大占全年徑流總量均值68.59×108m3的比值約為70%左右，春季和冬季占全年徑流總量均值的比值約為15%左右。冬季徑流總量的標(biāo)準(zhǔn)差序列值最低，各年徑流量變化差異度較小，因氣候變化影響葉爾羌河冰川在冬季補(bǔ)給徑流量較低，使得冬季徑流變化率較低。

4.2 年代際徑流變化特征分析

結(jié)合4種指標(biāo)對(duì)葉爾羌河不同年代際徑流變化特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果如表4所示。

表4 葉爾羌河卡群站1957-2018年不同年代際徑流變化特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果

Cr表示為徑流年內(nèi)分配的不均性；Cn表示為徑流年內(nèi)分配的不均衡程度；Cd表示為年內(nèi)徑流的集中度；Cm表示為徑流年內(nèi)變化度的衡量指標(biāo)。

從葉爾羌河卡群站1957-2018年不同年代際徑流變化特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果可看出，卡群站作為葉爾羌河出水口水文控制站，其年內(nèi)徑流變化趨勢(shì)的波動(dòng)程度明顯降低，各統(tǒng)計(jì)指標(biāo)變化波動(dòng)特征較小，從50年代開(kāi)始到80年代具有波動(dòng)性，各指標(biāo)從2000年以后均呈現(xiàn)遞減變化，其年內(nèi)分配的程度逐步趨于平衡。此外從葉爾羌河卡群站年內(nèi)徑流的集中度可看出，其徑流集中度從50年代到90年代，徑流的集中度相對(duì)較低，從2000年以后其徑流集中度逐步增加變化，從徑流年內(nèi)變化度的衡量指標(biāo)也可看出，其衡量指標(biāo)變化具有波動(dòng)性。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)葉爾羌河卡群站降水主要時(shí)段為春季和夏季，春季主要為降雪且由于春季融雪量較少，積雪主要在夏季融化量較大。春季和夏季降水量占全年降水量的比值在70%左右。

(2)葉爾羌河各年代際降水量總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，從50年代開(kāi)始到90年代末降水量總體增加變化趨勢(shì)較低，趨勢(shì)檢驗(yàn)值均低于1.64，增長(zhǎng)變化趨勢(shì)未能通過(guò)90%的顯著性檢驗(yàn)水平，而從2000年代開(kāi)始，其降水量呈現(xiàn)顯著的遞增變化。

(3)葉爾羌河卡群站夏季徑流量最大占全年徑流總量均值68.59×108m3的比值約為70%左右，春季和冬季占全年徑流總量均值的比值約為15%左右。冬季徑流總量的標(biāo)準(zhǔn)差序列值最低。