西拉木伦河流域气候与径流关系

2016-04-23于明洋吴建华张新龙

北方农业学报 2016年4期

安娜，于明洋，吴建华，张新龙

（1.赤峰市气象局，内蒙古赤峰 024000；2.松山区气象局，内蒙古松山 024500；3.阿鲁科尔沁旗气象局，内蒙古天山 025550）

西拉木伦河是赤峰市境内流域面积最大、支流最多的河流，流经克什克腾旗、林西县、翁牛特旗、巴林右旗、阿鲁科尔沁旗，流域面积32 539.13 km2。2011年7月25日至26日，西拉木伦河支流查干木伦河发生1 550 m3/s的百年一遇洪水，为新中国成立以来最大值[1]。西拉木伦河洪峰7月27日5时48分到达通辽市台河口枢纽时，流量为1 424 m3/s，比1998年最高洪峰流量1 378 m3/s多46 m3/s。受7月中下旬连降暴雨影响，流域内林西县、巴林右旗及下游开鲁县等地区遭受严重洪涝灾害，部分渠道、防洪坝被冲毁，道路交通受阻，大片耕地和草牧场被冲，造成了巨大的经济损失。开展西拉木伦河流域气候变化与径流关系研究，能够明确西拉木伦河流域气候变化特征及径流变化特点，对决策部门合理利用西拉木伦河水资源及依据气象预报信息准确完成流域内暴雨灾害防御部署，有效保护人民生命、财产安全具有重大意义。

1 研究方法

运用回归统计方法建立西拉木伦河流域气温、蒸发、降水与同期径流的数学模型及过程降水与同期径流量关系的数学模型[2]。

参照丘蔚天《田头水赤溪（四）站“06·7”特大洪水降水径流关系分析》中所介绍方法对流域内过程降水、径流数据，进行整理[3]。通过统计对比分析，过程降水影响日数为10 d，径流逐日折减系数选取0.60最为合理。

2 结果与分析

2.1 西拉木伦河流域气候特征及演变分析

2.1.1 西拉木伦河流域温度变化特征分析西拉木伦河流域1995—2012年平均温度为5.5℃，其中大板6.2℃、林西5.5℃、经棚3.5℃、乌丹6.9℃。流域温度最高年份出现在2007年，年平均温度为6.6℃，温度最低年份出现在2012年，为4.1℃。气温平均变率（K1＝最大年值/年平均值）为 1.19，气温变率（K2＝最大年值/最小年值）为1.61，说明西拉木伦河流域年平均气温极值比相差较大，而且平均气温年际之间变化较大。从图1可以看出，1995年以来西拉木伦河流域年平均温度呈波动下降趋势，年平均气温变化倾向率为每10年-0.31℃。这与程玉琴、吴建华等人研究结果赤峰地区年平均气温呈波动上升趋势相反[4-7]，通过分析西拉木伦河流域1995—2012年四季温度变化趋势可以看出，年平均温度呈波动下降趋势主要是由冬季气温显著降低所至。该时段内冬季平均气温变化倾向率为每10年-1.39，而夏季平均气温变化倾向率为每10年0.443℃。

2.1.2 西拉木伦河流域蒸发量变化特征分析1995—2012年西拉木伦河流域年平均蒸发量为1 729 mm，其中大板2 070 mm、林西1 641 mm、经棚1 608 mm、乌丹1 598 mm。蒸发量最多的年份为2001年，年降水量为2 115 mm，年最少的年份为2012 年，1 483 mm。蒸发平均变率（K1＝最大年值/年平均值）为1.22，降水变率（K2＝最大年值/最小年值）为1.43。说明西拉木伦河流域年蒸发量极值比相差较大，而且蒸发量年际之间变化较大。通过分析1995年以来西拉木伦河流域年平均温度资料可以看出（图2），该流域多年蒸发量呈波动下降趋势，平均变化倾向率为每10年-270.37 mm。

2.1.3 西拉木伦河流域降水特征分析通过分析西拉木伦河流域1995—2012年降水量资料表明，该流域内多年平均降水量为349.6 mm，降水量最多的年份为1998年，年降水量为468.5 mm，最少的年份为2007年，为250.8 mm。降水平均变率（K1＝最大年值/年平均值）为1.34，降水变率（K2＝最大年值/最小年值）为1.87。说明西拉木伦河流域年降水量极值比相差较大，而且年降水量年际之间变化较大，但总体仍然表现出持续下降的趋势。从图3可以看出，西拉木伦河流域1995—2012年降水量呈波动减少趋势，平均降水量变化倾向率为每10年-33.6 mm。

通过对西拉木伦河流域近1995—2012年逐月降水量资料分析可以看出，1月降水量最少为1.5 mm，7月降水量最多为106.8 mm。从图4可以看出，该流域在5月份开始出现明显降水，随后逐渐增加，到7月份达到高峰。统计资料表明：西拉木伦河流域春、夏、秋、冬四季降水量年内分配比例依次为：14.2%，69.0%，13.4%，3.4%，进一步说明西拉木伦河流域降水主要集中在夏季。夏季6—8月，多年平均降水量分别为67.8，106.8，66.6 mm。分别占全年的19.4%，35.5%，19.1%。

2.2 西拉木伦河流域径流特征分析

2.2.1 西拉木伦河流域年内径流特征分析从图5可以看出，西拉木伦河流域的年内各月径流总量差异较大，4月、6月、7月、8月径流总量均在65.5×106m3以上，分别为 83.0×106m3、65.5×106m3、136.1×106m3、90.1×106m3，分别占全年径流量的15.3%，12.4%，25.5%，16.4%。12月、1月、2月西拉木伦河流域因河水结冰影响径流，径流总量在5×106m3以下。其余月份径流总量基本维持在 20×106～40×106m3。说明西拉木伦河流域的河川径流的水源是大气降水，以降雨径流为主，降雪及冰雪融水径流占有的比例较小。该流域6月开始出现明显降水，径流总量随之迅速增加，从9月份开始径流量随降水量的减少而骤减，3、4月份虽没有较充足降水但径流总量却迅速增加，这与该流域河水冬季结冰而在3、4月份迅速融化出现凌汛有着密切关系。

2.2.2 西拉木伦河流域年际径流特征分析 1995年以来，西拉木伦河流域平均径流总量为5.29×108m3，年径流总量最多的年份为1998年，年径流总量为 12.68×108m3，年径流总量最少的年份为2011年，年径流量为1.78×108m3。根据年径流平均变率K1＝2.47和年径流变率K2＝7.11，径流离差系数Cv＝0.51。说明受不同年份降水差异影响，西拉木伦河流域径流量年际变化较为强烈，极值比悬殊。从图6可以看出，西拉木伦河流域年径流总量呈波动减少趋势，年平均径流总量变化倾向率为每10年-3.4×108m3。

早在一年前，中国国际经济交流中心学术委员会副主任、国家开发银行原副行长刘克崮就召集了来自社科院财经战略研究院、中国财政科学研究院等财税专家，成立了“个人所得税改革研究课题组”，历时一年，搜集了国内外的数据和经验，对个税改革进行了深入研究。

2.3 西拉木伦河流域气候与径流关系研究

2.3.1 西拉木伦河流域气候与径流总量之间的关系降水和径流是水文循环中的两个必要环节，二者相互影响，不可以单独存在，径流总量与降水量的变化趋势存在明显的同步性[8]。同样一段时期内气温、蒸发的波动变化与径流总量之间也存在着明显的相关性。运用回归分析手段，对西拉木伦河流域多年气温、蒸发量、降水量与同期径流总量进行同步比较分析，构建数学回归模型。通过回归分析得出西拉木伦河流域年径流总量与同期气温、蒸发量、降水量的数学模型如下：

式中：Y为年径流总量，×106m3；X1为年平均温度，℃；X2为年蒸发量，mm；X3为年降水量，mm。

从上述模型中可以看出，西拉木伦河年径流总量变化与气候条件存在着明显的正相关性，这与吴建华研究结果基本趋于一致[9]。即西拉木伦河流域年径流量随着年际气温、蒸发量、降雨量的增高（或降低）而增加（或降低）。

2.3.2 过程降水量和雨强组合因子与径流量关系降水天气过程的降水强度及前期降水的丰沛程度与径流量的大小有着直接关系[2，8]，选取西拉木伦河最主要支流查干木伦河为研究对象，研究过程降水量和雨强等的组合因子与同期径流量关系。该流域内有索博日嘎、五十家子、新林、官地、林西、大板共6个自动雨量观测站点，水文资料站点为大板站。

受自动雨量观测站数据积累年限限制，选取了查干木伦河流域2009年以来的主要降水天气过程进行分析研究。通过分析近年降水与数据可以看出，只要流域内有暴雨或大暴雨出现，径流量都会明显增加（表1）。2011年7月16日，索博日嘎站降大暴雨，大板水文站径流量由0突增至42.2 m3/s，7月18日大板站降大暴雨，径流量由前一日的19.7 m3/s猛增至60.7 m3/s，7月24日新林、官地、林西三个站点降暴雨，径流量则由前一日的7.8 m3/s增至451.0 m3/s，7月25日新林、林西降暴雨，索博日嘎、大板降大暴雨，径流量猛增至1 020.0 m3/s。暴雨导致径流量剧增，必会引发洪涝灾害，所以流域内有暴雨出现时必须要加强洪涝灾害的预防。当流域内没有暴雨及以上量级降水出现时，径流变化则明显减弱，同样也不会造成太大的洪涝灾害。

通过回归分析分别得出了西拉木伦河流域有无暴雨天气过程降水与同期径流量关系的数学模型：

式中：Q为过程径流量，×106m3；P为过程影响雨量，mm。

3 讨论与结论

通过分析西拉木伦河流域1995—2012年气候资料，表明该流域内年平均气温、蒸发量、降水量均呈波动下降趋势，流域内极值比相差较大，年际之间变化较大。西拉木伦河流域降水主要集中在夏季，夏季降水量占年降水总量的70%左右。

西拉木伦河流域径流的水源主要是大气降水，以降雨径流为主，降雪及冰雪融水径流占有的比例较小。该流域6月开始出现明显降水，径流总量随之迅速增加，4月，6月，7月，8月径流总量均在65.5×106m3以上，分别占全年径流量的15.3%，12.4%，25.5%，16.4%，从9月份开始径流总量随降水量的减少而骤减，3、4月份虽没有较充足降水但径流总量却迅速增加，这与该流域河水冬季结冰而在3、4月份迅速融化出现凌汛有着密切关系。受不同年份降水差异影响，西拉木伦河流域径流总量年际变化较为强烈，极值比悬殊。西拉木伦河流域年径流总量呈波动减少趋势，年平均径流总量变化倾向率为每10 年-3.4×108m3。

西拉木伦河流域年径流总量变化与气候条件存在着明显的正相关性，即西拉木伦河流域年径流总量随着年际气温、蒸发量、降雨量的增高（或降低）而增加（或降低）。

受研究资料年限长度限制，只对1995—2012年气候、径流特征进行了分析研究，研究结果虽能较客观地反映出西拉木伦河流域该时段内气候与径流特征关系，但研究成果是否能够真实反映西拉木伦河流域长期气候尺度的气候与径流特征关系，还有待于进一步研究探讨。另外研究区域内植被状况、土壤水分情况都会对径流产生影响，这一方面今后还需要进一步探索和论证。