台兰河流域水文过程对气候变化的响应分析

田　龙

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐　830000)



台兰河流域水文过程对气候变化的响应分析

田龙

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000)

摘要：设置3种气候变化情景，依托含融雪结构的新安江模型，利用2003—2009年逐日水文气象资料，对台兰河流域进行径流模拟，以此预测在气候变化下该流域的水文过程变化情况，为今后进一步研究气候变化下所产生的影响提供理论依据。

关键词：气候变化；新安江模型；融雪结构；台兰河流域

随着人类社会的快速发展，全球的气候也随之有着明显的变化，在气候变化情况下，流域水文过程将做出何种响应是水利专家学者共同关注的问题[1-2]。新疆的主要河流都发源于高寒山区，该区域对气候变化响应强烈，一旦径流变化剧烈，对下游将产生严重影响，因此对气候变化下水文过程的响应研究有着现实意义。

1数据与方法

1.1研究区概况

台兰河流域位于新疆阿克苏地区温宿县境内，地理坐标：东经80°21′44″～81°10′44″，北纬40°41′44″～42°15′13″之间，发源于西南天山托木尔峰南麓，上游由大台兰河、小台兰河在距出山口前8 km处汇合后称台兰河，流域总面积为5 146 km2，其中山区面积为1 324 km2[3-4]。研究区地理位置及站点分布见图1。

1.2水文与气象资料

图1　研究区地理位置及站点布设情况图

研究区内有1个水文站2个气象站，即：台兰水文站、塔格拉克气象站和小台兰气象站。其中台兰站是国家基本水文站，资料可靠，收集到2003—2009年的日降水、气温和径流资料；塔格拉克和小台兰气象站由于建站时间过短，并且与现有台兰水文站资料不同期，故选择台兰站2003—2009年的水文气象资料用于模型参数的率定与模型结果的检验。

1.3模型的建立

含融雪模块的新安江模型结构见图2[5]，为了提高模型的精度，对流域进行分带处理，分带信息见表1。

表1　流域分带信息表

图2　含融雪模块的新安江模型结构图

1.4气候情景设计

根据台兰水文站1958—2010年水文气象资料，通过Mann-Kendall趋势分析可知，气温在四季以及年的时间尺度上均表现出明显上升的趋势；降水在春季表现为减少趋势，而在夏秋冬季均表现为上升趋势。由此，设定以下3种方案对台兰河流域径流在气候变化下如何响应进行分析。

方案1：气温保持不变，降水量比实测增加或减少20%；

方案2：降水量保持不变，气温增加1 ℃或2 ℃；

方案3：气温增加1 ℃降水同时增加20%或气温增加2 ℃同时降水增加20%[6]。

2结果与分析

2.1模型参数的确定

通过2003—2009年水文气象资料，运用含融雪模块的新安江模型进行水文模拟，模型主要参数及取值见表2[7]。

表2　模型主要参数汇总表

2.2模型检验标准

(1) 径流过程平均误差(ABS)，模拟与实测径流过程线的吻合程度。

(1)

(2)ΔW反映了模拟时间段内实测水量与计算水量的误差，以校正模拟过程中总水量的偏差。

(2)

式中:n是模拟时段数；Q测(i)、Q模(i)分别是第i时段的实测流量与模拟流量[7]。

2.3模拟结果与分析

根据已设3种情景模式进行水文模拟，以此分析径流在气候变化下的响应。由于篇幅限制，在文中方案1、方案2、方案3只列出2005—2006年的模拟结果。

2.3.1方案1

气温保持不变，降水量增加或减少20%。

根据方案1的情景设置进行水文过程模拟，模拟结果见图3、4。

图3　方案1降水改变前后径流模拟图

图4　方案1降水改变前后径流量对比图

在气温以及其它参数不变的情况下，运用新安江模型模拟降水减少20%和增加20%的径流过程。从图3、4以及表3可以看出，降水增加20%，径流量反而减少了10.39%；降水减少20%，径流量减少了28.3%，由此降水的增减与径流并没有明显的相关性，降水增加与降水减少的径流过程线趋势基本一致。

表3　方案1模拟年径流量　/亿m3

2.3.2方案2

降水量保持不变，气温增加1 ℃或2 ℃。

根据方案2的情景设置进行水文过程模拟，模拟结果见图5、6。

图5　方案2气温改变前后径流模拟图

在降水以及其它参数不变的情况下，运用新安江模型模拟气温增加1 ℃和增加2 ℃的径流过程。从图5、6以及表4可以看出，气温增加1 ℃，径流量增幅3.35%；气温增加2 ℃，径流量增幅15%，由此可见，气温的变化影响了冰川以及融雪的消融量，气温增加1 ℃与气温增加2 ℃的径流过程线趋势基本一致。由此可以看出，气温的增高对发源于山区的河流有很大的影响。

图6　方案2气温改变前后径流量对比图

表4　方案2模拟年径流量　/亿m3

2.3.3方案3

降水量增加20%，气温增加1 ℃或2 ℃。

根据方案3的情景设置进行水文过程模拟，模拟结果见图7、8。

图7　方案3气温降水改变前后径流模拟图

图8　方案3气温降水改变前后径流量对比图

在其它参数不变的情况下，运用新安江模型模拟气温增加1 ℃降水增加20%和气温增加2 ℃降水增加20%的径流过程。从图7、8以及表5可以看出，气温增加1 ℃降水增加20%，径流量平均增幅2.73%；气温增加2 ℃降水增加20%，径流量平均增幅5.50%，由此可见，气温与降水均改变影响了冰川以及融雪的消融量，然而增幅没有方案2明显，这表明降水的增加在某种程度上抑制了径流的增加。

表5　方案3模拟年径流量　/亿m3

3结语

通过对台兰河流域水文数据分析发现，气温具有明显的上升趋势，而降水的变化仍具有不确定性。文中设置2种气候变化情景，依托含融雪结构的新安江模型，利用2003—2009年逐日水文气象资料进行径流模拟研究，模拟结果如下：降水的增加与减少对径流的影响并没有明显的相关性；气温升高1 ℃和2 ℃的情况下，流域径流量增幅较大，气温升高2 ℃较气温升高1 ℃的径流量增幅更大；气温与降水均增加，流域径流量增大，但增幅较方案2小。由此可以看出，降水对径流量的影响并没有明显的相关性，而气温的升高影响了冰雪的消融量，与径流量表现出很好的相关性。

参考文献:

[1]杨鹏鹏,黄晓荣,柴雪蕊,赵静薇.岷江都江堰降雨与径流变化趋势分析及预测[J].西北水电，2014，(03) ：9-12.

[2]魏光辉.新疆黄水沟1956—2013年径流变化特征研究[J].西北水电，2015，(03)：9-13.

[3]王琴,邓铭江,董新光,等.干旱内陆河地下水库极限蓄水能力分析[J].人民黄河,2008,(10):59-60.

[4]田龙，姜卉芳，穆振侠.高寒山区融雪模型的改进与应用研究[J].水资源与水工程学报，2014，(4)：86-90.

[5]王鹏,穆振侠.KM河流域融雪径流与积雪面积-气温关系分析[J].水资源与水工程学报,2013,(04):28-31.

[6]田龙.台兰河流域水文气象要素变化特征分析[J].广西水利水电,2014,(4):26-29.

[7]景少波,姜卉芳,穆振侠.含融雪结构的新安江模型在叶尔羌河流域的应用[J].新疆农业大学学报,2010,(03):250-254.

Analysis on Response of Hydrological Course in Tailan River Catchment to Climate Change

TIAN Long

(Xinjiang Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Urumqi830000,China)

Abstract:Runoff in the Tailan River catchment is simulated by application of the daily hydrological data in 2003 through 2009 in three cases of climate change and based on the Xin'anjiang model with snow thawing structure so as to forecast the hydrological course change of the catchment in condition of climate change, and provide the future study on affects caused by the climate change with theoretical basis.

Key words:climate change; Xin'anjiang model; snow thawing structure; Tailan River catchment

中图分类号：P334.92

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.001

作者简介：田龙(1988- )，男，陕西省渭南市人，助理工程师，主要从事水文水资源研究工作.

收稿日期：2015-03-19

文章编号：1006—2610(2016)01—0001—04