塔里木河源流和干流径流特征及其相关性分析

2016-07-06张程程塔里木河流域干流管理局新疆库尔勒841000

水利规划与设计 2016年1期

张程程（塔里木河流域干流管理局，新疆库尔勒841000）

张程程
（塔里木河流域干流管理局，新疆库尔勒841000）

基于塔里木河流域源流和干流1957～2013年实测径流数据，运用Mann-Kenda11和Mann-Whitney等非参数检验和相关分析等方法，探究源流和干流径流变化趋势和突变特征，以及源流和干流不同径流频率的对应关系。结果表明：（1）1957～2013年塔里木河源流径流量呈显著的增加趋势，干流径流量呈不显著的下降趋势，干流径流量的减少主要是源流耗用量不断增加导致。（2）当源流径流频率低于50%时，干流径流量的增加幅度小于源流；当源流径流频率高于50%，干流径流量的减少幅度小于源流。

径流；区间耗水量；变化趋势；突变；塔里木河

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.017

塔里木河是我国最长的内陆生态河流，对于保障流域内绿洲的生态安全和经济社会的可持续发展具有重要战略意义。上世纪50年代以来，流域大规模的水土资源开发，一方面促进了流域社会经济的快速发展，另一方面大量生态水被挤占，造成流域生态环境急剧退化。2001年，国务院批复了107.79亿元的流域综合治理项目，经过十余年的不懈努力，流域水资源统一管理水平不断提高，流域内生态环境恶化趋势基本得到遏制。

塔里木河因其特殊的地理位置，对于研究干旱区内陆河流域径流变化趋势和突变特征，以及源流和干流之间水力联系方面具有典型性和代表性。本文基于1957～2013年流域源流和干流控制性测站径流资料，借助Mann-Kenda11单调趋势检验和Mann-Whitney阶段性转换检验对源流和干流径流变化趋势和突变特征进行了分析；并通过建立源流径流量与区间耗水量之间的相关方程，探究干流与源流径流的对应关系，以期为流域水资源分配和管理提供决策依据。

1 研究区概况

塔里木河流域是环塔里木盆地的阿克苏河、喀什噶尔河、叶尔羌河、和田河、开都-孔雀河、迪那河、渭干河、库车河、克里雅河和车尔臣河等九大水系144条河流的总称。从最长源流叶尔羌河上游的支流拉斯开木河至尾闾台特玛湖全长2437km，流域总面积102.86万km2。流域多年平均降水深111.1mm，水面蒸发量1125～1600mm（折算为E601蒸发器）。流域多年平均地表径流量为398.3×108m3，主要由源流山区冰川降雪补给。目前与塔里木河干流常年有地表水联系的和田河、叶尔羌河和阿克苏河三条源流多年平均地表径流量为194.1×108m3。塔里木河干流自身不产流，水量均来自源流补给，干流上游阿拉尔多年平均地表径流量为45.3×108m3。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

所采用1957～2013年源流和干流各水文断面的径流量数据由塔里木河流域管理局提供。源流径流量是指阿克苏河沙里桂兰克、协合拉、叶尔羌河喀群、提孜那甫河江卡、和田河乌鲁瓦提、同古孜洛克等6个出山口水文站实测地表径流量的加和。塔里木河干流自身不产流，水量由源流补给，干流径流量是指干流上游阿拉尔水文站实测地表径流量。

2.2 研究方法

对于径流时间序列的假设检验一般从单调趋势和阶段转换趋势两个方面考虑。在检验中，原假设认为时间序列的增减趋势或者阶段转换的跳跃不明显；而备择性假设认为变化趋势显著。从检验能力上看，使用非参数Mann-Kenda11单调趋势检验和Mann-Whitney阶段转换检验要优于参数t检验，并且无须事先假定样本的统计分布。

3 结果分析

3.1 源流径流变化规律分析

利用1957～2013年阿克苏河、和田河、叶尔羌河各断面径流监测资料，分析源流径流量的变化规律（图1和表1）。由图1可知，塔里木河三源流径流量存在明显的上升趋势和突变特征，但这种趋势和突变在统计学上是否达到显著水平，可借助非参数检验进行判定（表1）。

图1 源流径流量的趋势及突变图

根据表1可知，塔里木河三源流径流量以每年0.83亿m3的速率呈显著增加趋势，突变发生在1993年，突变前后水量年均增加值为31.13亿m3。

表1 源流径流量的趋势及突变检验

注：统计变量Z0＞0，为增加趋势；Z0＜0，为减小趋势，Z0的绝对值大于1.96表明增加或减少趋势显著。H0表示原假设，A表示接受原假设变化趋势或突变不显著；R表示拒绝原假设变化趋势或突变不显著。

3.2 干流径流变化规律分析

利用1957～2013年塔里木河流域干流阿拉尔断面的地表径流监测资料，研究干流径流量的变化过程（图2和表2）。根据图2，与源流径流量的变化趋势相比，干流径流量呈现轻微的下降趋势和较弱突变。

图2 干流径流量的趋势及突变图

根据非参数检验（表2），干流径流量以0.1亿m3的速率呈轻微的下降趋势；突变发生在1984年，但检验统计量（Z0）仅为1.29，表明突变不显著，突变前后的年均减少量为4.41亿m3。

表2 干流径流量的趋势及突变检验

3.3 源流区耗水规律分析

利用1957～2013年塔里木河流域源流与干流径流量之间的差值，确定源流区的耗水量，并分析其变化特征（图3和表3）。由图3可知，由于塔里木河源流径流增加而干流径流减少，源流区耗水量的累积距平曲线在90年代由下降趋势转变为陡然上升，趋势变化和突变特性强劲。

结合表3可知，塔里木河源流区的年均耗水量为152.07亿m3，并以每年0.89亿m3的速率呈显著增加趋势。源流区耗水量在1993年发生了显著增加，该年前后两时段的年均耗水增加量达到30.87亿m3。结合源流、干流径流量可知，在1993年之后，源流径流量显著增加，为源流区灌溉面积的扩大提供了丰沛水源。相关资料表明，1990～2008年，流域灌溉面积增加了67%，从而导致在源流径流增加的情况下，干流径流量反而出现减少。

图3 源流区耗水量的趋势及突变图

表3 源流区耗水量的趋势及突变检验

3.4 源流不同径流情景下的干流径流分析

为分析判定源流区水资源管理水平，对比分析源流在一定径流频率下干流的对应径流量（即利用源流径流预测干流径流量）与同频率下干流实际水量的差异。利用塔里木河1957～2013年源流径流量数据，结合源流区的耗水量数据，构建了源流与耗水量（图4、表4）之间的关系方程。

图4 源流耗水量与径流量的相关图

根据图4和表4，源流与区间耗水量拟合方程的相关系数（R2）为0.85，拟合精度较好，F检验结果表明回归方程极显著（P＜0.01），可满足源流径流下的源流区间耗水量的预测要求。

表4 源流径流量与区间耗水量拟合方程的检验

根据1957～2013年塔里木河源流及干流的水文频率曲线（P-Ⅲ型频率曲线），查得其10%、25%、50%、75%和90%五个频率下的径流量。再根据不同频率源流径流量，通过表4计算方程计算不同频率源流耗水量，源流径流量与区间耗水量之间差值，即可作为源流不同径流频率下的干流径流量预测值（表5）。

表5 不同频率下源流区间耗水量和干流径流量的预测单位：108m3

由表5可知，当源流径流频率为10%、25%和50%时，对应干流径流保证率分别为12.1%、31.1%和54.9%，即干流径流的增加幅度小于源流。这意味着在丰水期，源流地表水资源被大量引流利用，另外由于河道漫溢量、跑水量、水面蒸发量等加剧导致河道损耗增多。当源流径流频率为75%和90%时，对应干流径流保证率分别为64.2%和71.1%，即干流径流量的减少幅度小于源流。表明在偏枯水年，源流区耗水量相对较小，反映出流域管理机构对偏枯水年份水资源量管理更为严格，保障源流和干流用水的空间均衡，确保了源流向干流的下泄水量。