雅砻河流域补给源及径流变化机制分析

2011-05-31曾敏，李晓，宋凯

东北水利水电 2011年12期

曾敏，李晓，宋凯

（成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都 610059）

雅砻河属于雅鲁藏布江流域，发源于高山冰川，以高原河谷地貌为特征，在西藏中小河流中具有一定的典型性，是西藏境内的第一个国家级重点风景名胜区，西藏古代文明的摇篮，藏民族的发祥地。目前对雅砻河流域的径流研究甚少。因此，研究雅砻河流域的补给源及径流变化机制有着重要的科学意义，为旅游及水资源的开发利用和优化配置提供可靠的依据，并对其下游灌区用水至关重要。

1 流域概况

雅砻河发源于山南地区南部，喜马拉雅山北麓措美县的雅香拉山，海拔6 400 m，整个流域高度范围是3 500～6 400 m，属雅鲁藏布江中游河谷，全长68 km，流域面积920万m2。该区属于南亚季风气候区中的南亚Ⅵ型气候区，处于喜马拉雅山的雨影区，属于半干旱地区，多年平均降水量为393.6 mm，且年内分配不均匀，集中在每年季风影响的6—9月份，占全年降水的85%左右。

雅砻河流域内设有某水文站，该站所辖集水面积307 km2，高度范围4 200～6 400 m，海拔在4 900 m 以上区域有178.34 km2，占集水面积的58%。其中，区域内5 100 m以上为高山冻土区，以下为深层季节冻土区。

2 河川径流特征

2.1 河川的年内分配

雅砻河流域径流量年内分配特点是汛期较迟，持续时间较长，汛期出现在6—8月，夏季水量较为集中，占年径流量的50.4%。年内径流变化较大，普遍存在夏洪、春旱，这与年内气温与降水量的变化是相应的。受下垫面、地形及降水的影响，年径流深从上游至下游呈递减趋势，年径流深度平均为129.6 mm。雅砻河流域年内降水量、径流量以及岸温数据见图1和表1。

表1 雅砻河流域降水量、径流量、岸温年内分布表

2.2 径流量的月、季分布

据图1和表1，汛期（6—8月）降水集中，占年降水量的77.6%，全年降水日数为69 d，河川径流随着温度的升高而增大。同一气温增量，在较低气温条件下所引起的流量增量较小，而在较高气温下则能引起很大的流量增量。因此，持续高温天气对冰川融水量的大小有着关键的作用。4月，气温开始大于0℃，冰川积雪开始融化，雅砻河径流量开始增大，径流过程矮胖，水量主要集中在汛期，加上流域下垫面的容量较大，使得流域汛初大量吸收水量，汛末大量释放水量，汛初流量过程线步步高升，汛末却是节节退落。10月，气温逐渐降低至小于0℃，此时仍有径流存在，这些水量一部分来自冰川滞留水，同时地热和摩擦热的消融量及变形、热融水和地下水的排出都可能形成一些水量，由于地下水补给量较大，使得该流域枯水期（11月—次年3月）径流较内地河流丰富，且比较稳定[1]。

图1 年内数据日变化曲线图

由表2可知，雅砻河与喜马拉雅山北坡的多数河流类似，有着月际分布极不均匀，水热同步，季节变化明显的特点。由于年内各季节气温及降水存在较大的差异，致使径流的年内分配不均，6—8月径流量占全年径流量的50.4%，其中又以7，8两月径流量最大，仅7，8主汛期两月平均径流量便占全年径流量的41.5%；径流最大月（8月）径流量是最小月（12月）径流量的10.0倍；其中，春季径流量占全年径流量的13.4%，春汛较少发生。夏季径流量占全年径流量的50.4%，因此，雅砻河洪水多发期为夏季。秋季和冬季的径流量分别为16.7%和19.5%。

表2 雅砻河某水文站月径流量分布表

3 径流补给源计算

雅砻河发源于喜马拉雅山北坡，高山区冰雪消融和降雨是河川径流的主要补给源。径流在流入雅砻平原后，大量损失于渗漏和蒸发，山区是河流的形成区，而平原是径流的散失区。

雅砻河流域中有58%的面积海拔在4 900 m以上，大部分地区被冰川覆盖。冰川区的径流来自两个方面：纯冰川消融径流量（Rl），裸露山坡降水径流量（Rr），再加上地下水补给的径流量（Rb），即为总的径流量（R），即：

纯冰川消融量Rl，一般可由花杆资料或辐射平衡的方法确定。本次计算可据某水文站提供的水文资料，根据实测气温、降水资料先确定Rr，然后用直线斜割法分割出地下水补给量Rb，最后确定Rl。裸露山坡降水径流系数取0.6。

传统水文学上将流量过程划分为地表径流、壤中流和地下径流[2]。基流量指补给河水的地下径流。在实际的基流分割中，枯水期因地下径流量与地表径流量基本一致，只需要将涨水点以上流量减去即可，对于无明显地表径流汇入的枯季河川径流量可全部作为基流处理[3]。刘昌明和成立[4]基于月流量将最小月份的作为基流，进行了径流成分的划分。基于这个理论，利用某站2009年全年水文特征值，以非消融期径流量为基准对径流过程线进行基流分割，使用基流分割法之直线斜割法，分割出地下水对雅砻河的补给比例，见图2。

图2 基流分割曲线图

表3 雅砻河径流组成与其他流域统计数据对比[5]

分割结果表明地下水平均补给量42%。最后得出某站水文点径流组成，见表3。在雅鲁藏布江河流干流上游及中游上段，以地下水补给为主；中游下段至下游上段，补给形式转为以雨水、融水混合补给；进入大峡谷以下暴雨区，河流以雨水补给为主[5]。而雅砻河处于雅鲁藏布江中游上段，径流以地下水补给为主，说明本次基流分割的比例是合理的。

4 径流变化机制分析

河川径流受气候、地貌、土壤、植被等自然条件及人类活动的耦合作用，在某种尺度上，河流流量特征的季节模式反应了区域气候的自然地理条件的综合效应。根据研究，冰川径流，温度与降雨因素与其相关性极高，因此对全年的降水量、温度与径流量进行相关性分析。

分消融期和非消融期探讨径流变化机制。根据水文站提供岸温资料，4—10月平均气温在0℃以上，会产生一定的冰雪融水，因此确定4—10月为消融期。雅砻河流域降雨主要集中在6—8月，因此消融期又分雨季（7—8月）和非雨季（4—6，9，10月）。

除雨季外径流与气温作相关分析，线性回归方程[6]如下：

式中：Q4，Q5，Q6，Q9，Q10分别为各月径流量；T 表示各月每日温度；R为复相关系数。

根据复相关系数R可以看出径流与气温高度相关。仅在5月，由于当月温度变化幅度较小，流量可能受其他因素的因素影响，使关系式表现出异常，即相关系数极低。雨季前后的一个月R值达到最大，说明径流与气温在这段时间相关性极高。T的系数相当于度日因子，相当于每增加1℃所增加的径流量。该值随相关系数增加而增加，说明消融强度增加，气温对径流的贡献越来越大。

7月开始，印度洋季风带来大量降水，7，8月降水量占全年60%，该时间段内温度远高于0℃气温使得冰雪大量消融，此时冰雪融水和雨水共同补给径流，径流受到气温与降水的共同作用。虽然气温和降水没有表现出变化趋势，但径流已经有很敏感的变化。将7，8月径流与气温降水作多元回归，方程如下；

同样由复相关系数R值可以看出径流与气温和降水存在可靠相关。其中P的系数相当于降雨径流系数，相当于增加1 mm降水所增加的径流量，7—8该值由0.316增加到0.485，说明降水对径流的贡献越来越大。另外T的系数在全年中8月是最大的，8月降水量最多，降雨径流系数最大，与该月径流量为全年最大是一致的。

将非消融期（11—次年3月）的径流量与温度、降雨量做了回归分析，结果复相关系数过低，说明在这时间段内径流与温度和降水关系不密切。在径流过程线中可以看出，随着降水的减少，同时气温低于0℃不足以引起消融，此时径流的补给主要是依赖夏季储存地下水释放，并受到前期月径流的共同影响。所以在本次计算中以非消融期径流量为基准对径流过程线进行基流分割所得到的基流量的比例是合理的。