天山北坡金沟河流域降水特性及变化规律分析

程同福

(新疆石河子水文勘测局， 新疆 石河子　832000)



水文水资源

天山北坡金沟河流域降水特性及变化规律分析

程同福

(新疆石河子水文勘测局， 新疆 石河子832000)

摘要：大气降水是地表、地下水的补给来源，降水量的多少反映了当地水资源的丰枯状况，对河流及区域水资源的形成产生重要的影响。采用金沟河流域4个雨量站的实际观测降水量资料,对该流域多年降水量的年内、年际时空变化规律及山区、出山口、平原的空间分布规律进行了分析计算和总结。分析结果可为当地防汛调度和水资源管理借鉴。

关键词：时空分布；演变规律；特性分析； 金沟河流域

1研究背景

金沟河流域位于天山北麓中段、准噶尔盆地西南缘，深处欧亚大陆腹地，远离海洋，是内陆干旱、半干旱地区。该流域地形高差变化大 (最大高差近5 000 m)，南北跨越纬度范围较广，具有大陆性和垂直分带气候特征，山区与平原区气候差异很大。金沟河流域平原区降水较少，但山区随高程的增加，降水量呈明显增加趋势，所以山区降水量较平原多，水汽主要来自大西洋的西风气流。西风气流从大西洋往东经波德、东欧等平原直达天山山脉，中间除零星丘陵外，没有高山阻挡，形成了一条水汽通道。新疆西部、西北部山脉，有几处海拔较低的缺口，因此下层西风气流亦能进入北疆，受天山山体的影响，来自西方和西北方的气流在海拔2 000 m以上山区形成较多的降水。大气降水是地表、地下水的补给来源，降水量的多少反映了当地水资源的丰枯状况，对河流及区域水资源有着重要的影响[1-4]。

2基本资料

按《水资源评价导则》要求，对所收集的实测资料进行了逐站、逐年审查，发现水文、气象年鉴中有部分刊印和计算方面的错误。对于这些错误，通过查阅原始资料的方法进行逐一核实改正。对特大、特小值也进行了分析考证，评价其合理性。至于观测方面的问题，由于站点稀少，地形差异较大，再加上本地一次降水量不大，对个别资料虽有质疑也未作改动。

通过搜集金沟河流域降水量资料统计，共收集到流域内3处及流域下游准噶尔荒漠边缘地带的1处降水观测站点资料。在进行基本资料统计时，由于水文站常有上、下游迁移情况，降水量观测点也随同迁移，当迁移距离不超过10 km或两地对比观测资料之差不超出年降水量小的观测点的±5%时，均按一站统计。金沟河流域选用雨量站基本情况见表1。

2.1资料的插补和延长

流域内降水观测站资料参差不齐，资料系列较短。4个选用站共有实测资料172站年，为使各选用站资料达到1956～2014年的同步系列，本次分析评价中，对八家户水文站、沙湾气象站的降水量资料进行了插补延长，相关系数均通过信度α=0.001的统计检验。

2.2系列代表性分析

降水量资料系列的代表性，直接影响到水资源的评价精度。因此，选择区内具有长期观测资料的雨量代表站，采用数理统计法分析年降水量的多年变化规律及其统计参数的稳定性，作出分析评价，可为合理选用水文系列提供依据。

采用分段统计法，分析不同年代时段平均降水量的变化情况；采用年降水量模比系数差积平均、多雨期与少雨期和连丰期与连枯期统计分析，了解丰、枯水年变化情况；采用长短系列统计参数对比分析法和年降水量模比系数累计平均值曲线法分析评价统计参数的稳定历时，从而评价短系列参数的稳定性及其代表性。

选择区内具有长期观测资料的雨量代表站，采用数理统计法分析年降水量的多年变化规律及其统计参数的稳定性；研究不同年代时段平均降水量的变化情况，采用年降水量模比系数差积平均、多雨期与少雨期和连丰期与连枯期统计分析，了解丰、枯水年群变化情况。

2.3资料计算

2.3.1均值的计算和确定

对经插补展延具备1956～2012年同步期年降水量系列的站点，系列均值一律采用算术平均值，多年系列也采用算术平均值。中红山头水文站资料系列不满25 a的，用比值法进行订正，因为站点稀少，订正系数采用单站计算值，为1.043。再采用比值法进行系列均值计算：

同志们，做好新时期水利财务工作使命光荣，责任重大。我们要深入贯彻落实科学发展观，积极进取，扎实工作，不断取得水利财务工作新成效，为水利科学发展、和谐发展、跨越发展作出新贡献！

(1)

其中：

(2)

2.3.2Cv和Cs值的计算和确定

首先用矩法进行估算，然后用适线法调整确定以减小抽样误差。单站适线时尽可能覆盖全部点据，当配线困难时，主要考虑使中、下部点据拟合较好。

计算Cv值与适线Cv值相差不超过0.05，适线Cv值稍大些。而用矩法公式计算Cs抽样误差特大，且无规律可循，由此得出直接由资料算得的Cs值，它的抽样误差太大，难以应用，故根据频率计算适线选定Cs/Cv倍比。选用站点统计参数计算成果见表3。

2.4各分区不同频率年降水量

采用本区域及相邻区域内的雨量站资料，推求各分区逐年降水量系列。根据流域内降水站点分布情况，选择八家户站为山区代表站；沙湾站、炮台站为平原区代表站，分别推求出金沟河流域山区、平原区年降水量系列。依据各分区年降水量系列进行频率分析计算，求得各分区不同频率的年降水量(见表4)。金沟河流域1956～2014年年降水量频率曲线见图1。

3降水特性

该流域内的降水分布特征表现为山区多于平原，春夏季多于秋冬季，年际变化不大。

3.1降水量空间分布

金沟河流域分布在依连哈比尔尕山山脉和准噶尔盆地两个大的地貌单元上，流域最高点5 256 m。依连哈比尔尕山是北天山的主脉，山体高度一般在海拔4 000 m以上，山脉呈东西向排列，有利于西风气流的进入。来自西方和北方的气流在北坡遇高山阻挡抬升，水汽绝热冷却，在森林带上下线中山区形成较多降水，年降水量在500 mm左右。此外，进入伊犁河谷的西风气流，沿伊犁河支流哈什河谷东进河源分水岭，气流抬升，翻越天山后与北坡的西风气流汇合，在高山区形成800 mm以上的降水高值区。降水量区域内差异较大，山区多、平原少。各站实测多年平均降水量变化为150～400 mm。位于天山山地的八家户水文站，实测年最大降水量528.3 mm(2012年)，32 a平均值为369.6 mm；而位于古尔班通古特沙漠边缘的炮台气象站57 a平均值151.9 mm，最大年降水量为2004年的273.7 mm，最少的1967年年降水量仅为60.2 mm。降水量随海拔高度增加而增加，垂直变化明显，高程每增高100 m，降水量增加23 mm左右。

3.2降水量年内分配

降水的年内分配受水汽条件和地理位置的影响，山区连续最大4个月降水量占年降水量的百分率略大于平原。根据统计结果，金沟河流域降水观测站各季降水量占年降水量的百分率为:春季占30%～36%；夏季占30%～45%；秋季占17%～23%；冬季占7%～15%。最大月降水量大约占年降水量的13.7～17.2%,出现在5～7月；最小月降水量出现在1月或2月，降水量占年降水量的2.0%～4.1%。

3.3降水量年际变化

用年降水量变差系数Cv值来表示年降水量的相对变化辐度，Cv值大，其多年变化辐度也大。金沟河流域年降水变差系数Cv值为0.22～0.35，年际变化较稳定，平原略大于山区。降水量的多年变化若以最大年与最小年的比值来表示，金沟河流域各站最大年与最小年的比值在2.18～4.55之间，山区比值小，平原比值略大，而且倍比值有从平原至山区逐渐变小的趋势。由此可见，流域降水量的年际变化是比较平稳的。全流域具有自南向北，年降水量逐渐减少的趋势。

4结语

金沟河降水量年际变化不大，少雨年和多雨年交替出现；丰、枯变化频繁，且有连续数年降水偏多或偏少的现象，随着系列年限的增长，降水系列均值渐趋稳定。对长短系列对比分析表明，该流域降水量年际变化不大，年降水量系列达30 a以上时，各短系列降水量均值与长系列均值误差不超过±3%。从频次分析和长短系列参数误差分析可知：系列n=44(1971～2014年)的年降水量系列丰、偏丰、平、偏枯、枯水5种年型出现频次较接近于总体分布。

参考文献：

[1]张弘，张青山，高文元.蒲石河流域降水特性分析[J].东北水利水电，2011(5):76-78.

[2]彭锁瑞.石羊河流域降水特性分析[J].甘肃水利水电技术，2012(7):103-104.

[3]董奎.金沟河流域气温、降水、径流的变化趋势[J].水利科技与经济， 2009(6): 54-56.

[4]王欣，覃光华，李红霞.雅鲁藏布江平流年径流变化趋势及特性分析[J].人民长江，2016，47(1)：23-26.

(编辑：李慧)

收稿日期：2016-02-16

作者简介：程同福，男，新疆石河子水文勘测局，高级工程师.

文章编号：1006-0081(2016)05-0008-03

中图法分类号：P332.1

文献标志码：A