新疆春季融雪型洪水分布特征研究

刘 鑫， 赵鲁强， 杨 静， 惠建忠， 唐千红， 田 华

(1.中国气象局公共气象服务中心，北京 100081；2.新疆气象服务中心，新疆乌鲁木齐 830002)



新疆春季融雪型洪水分布特征研究

刘 鑫1， 赵鲁强1， 杨 静2， 惠建忠1， 唐千红1， 田 华1

(1.中国气象局公共气象服务中心，北京 100081；2.新疆气象服务中心，新疆乌鲁木齐 830002)

利用2004—2013年灾情和积雪深度资料，采用统计分析方法，分析了近10年新疆春季融雪型洪水的时空分布特征以及与地理气候特征关系。结果表明，伊犁河谷、塔城地区北部、阿勒泰地区为春季融雪型洪水的极易发区，天山北坡为易发区，南疆为低发区；近10年新疆春季融雪型洪水有明显的增加趋势，3月和4月下旬为高发时期，特别是3月中旬；春季融雪型洪水多发生在山麓、山前平原和河谷地带的3～5级水系附近；2月底积雪深度距平百分率可作为春季融雪型洪水预测预报的重要指标。

春季融雪型洪水；时空分布；地理；气候特征；新疆

20世纪80年代以来，在全球气候变暖的大背景下，雪线上升，积雪消融加快，我国春季融雪型洪水的发生频次明显增加且强度加大[1-3]，其中以新疆春季融雪型洪水最为显著，不仅造成当地的农田、公路、铁路、水库、灌溉渠道等交通、水利设施重度受损，危及到人民的生命财产安全，更严重制约了当地的社会经济发展。新疆作为我国国土面积最大的内陆省份，其地域辽阔、地形复杂、气候迥异，春季融雪型洪水的发生具有较强的区域特征。目前针对新疆春季融雪型洪水发生规律、成因以及预报方法已有较多的研究[4-11]，如仇家琪等[10]根据天山北坡乌鲁木齐附近不同海拔4个气象台站冷季降水、蒸发、积雪和气温等资料，分析了春季融雪洪水规模及其产流的时空分布状况；俞永旺等[5]从地形地貌、下垫面、积雪深度、热力条件、降水等方面分析了天山北坡雀尔沟河春季融雪洪水形成的成因。然而，由于春季融雪型洪水资料比较缺乏，目前春季融雪型洪水研究仅限于重大灾害个例[7-9]或新疆局部地区[12-14]，对于新疆全区春季融雪型洪水(包括升温造成的融雪洪水和混合型融雪洪水类型)时空分布的研究较缺乏。为了进一步掌握新疆春季融雪型洪水的全貌和危险性，该研究着重于新疆全区该类型洪水的时空特征及成因分析，利用收集和整理的2004—2013年新疆区域内春季融雪型洪水灾情数据，统计分析了近10年新疆春季融雪型洪水的空间和时间分布特征，以及与地理气候特征关系，进一步加深了对新疆春季融雪型洪水的分布特征、发生规律成因的认知，以期为今后的春季融雪型洪水的预测预报与防灾减灾决策提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 资料选取研究资料包括2004—2013年新疆春季(3—5月)融雪型洪水灾情资料(包括升温造成的融雪洪水和混合型融雪洪水)、新疆数字高程资料(分辨率90 m)、新疆1∶100万水系分布图、新疆2004—2013年2月下旬积雪深度资料。

1.2 研究方法基于新疆气象局提供的2004—2013年春季融雪型洪水灾情资料，选取典型个例。其中，春季融雪型洪水个例规定：不同县、不同时间各算1次；不同县、相同时间也各算1次。该研究利用整理的灾情资料统计分析近10年新疆春季融雪型洪水的空间和时间分布特征，以及与地理气候特征关系。

2 新疆春季融雪型洪水空间分布特征

2.1 总分布特征2004—2013年新疆春季融雪型洪水多发生在北疆，而东疆和南疆的春季融雪型洪水发生频次较少。从空间分布(图1)来看，在北疆地区，按地区分布，发生春季融雪型洪水频次最多的是伊犁州，共发生49次，占总频次的40.2%；其次是塔城地区和阿勒泰地区，各发生25、19次，分别占总频次的20.5%、15.6%，其中，塔城地区春季融雪型洪水大多发生在其北部(塔城北部春季融雪型洪水发生22次，占该地区总次数的88.0%)；而发生频次最少的是乌鲁木齐地区，仅发生5次，占总频次的4.1%。按县分布，频次最多的是伊犁地区的新源县和伊宁县，均发生9次；其次为塔城地区额敏县，共发生8次。在南疆地区共发生春季融雪型洪水仅7次，占总频次的5.7%，其中，阿克苏地区发生频次最多，共3次，占总频次的2.5%，而在克州、喀什、和田和巴州地区发生频次较少(各1次)，均各占总频次的0.8%。东疆地区仅在哈密地区发生3次，占总频次的2.5%。综上可知，春季融雪型洪水主要发生在北疆地区。按地区分布，伊犁河谷、塔城地区北部及阿勒泰地区是春季融雪型洪水高发区; 按县分布，新源县、伊宁县、额敏县、巩留县、尼勒克县、特克斯县、裕民县和青河县是春季融雪型洪水的高发区。

图1 2004—2013年新疆春季融雪型洪水发生频次空间分布

2.2 月分布特征由图2可见，2004—2013年新疆春季各月份均有融雪型洪水发生。3月，发生融雪型洪水的频次最多，主要在伊犁河谷、塔城地区北部、阿勒泰地区、博州、昌吉州至乌鲁木齐一带，伊犁河谷、塔城地区北部、昌吉州至乌鲁木齐一带是高发区，特别是伊犁州的新源县、巩留县、特克斯县以及塔城地区北部的裕民县、乌鲁木齐，均发生5～6次，而南疆仅在巴州的若羌县发生1次。4月，北疆的融雪型洪水发生频次减少，但发生区域往新疆东部和南部有所扩展，伊犁河谷、阿勒泰、塔城地区北部等地区是融雪型洪水的集中发生区，伊犁河谷、阿勒泰地区是高发区，其中，伊犁州的新源县和巩留县、阿勒泰地区青河县和布尔津县、塔城地区额敏县均发生2次，同时东疆的哈密地区、南疆的阿克苏地区也发生了融雪型洪水，均为3次，其中，哈密地区的巴里坤县、阿克苏地区的乌什县均发生2次。5月，融雪型洪水发生频次明显减少，主要发生在伊犁河谷、阿勒泰地区以及塔城地区北部，其中，伊犁州的伊宁县发生4次，是10年中5月份发生频次最多的地县，其次是阿勒泰地区的阿勒泰市、塔城地区的额敏县，均发生2次，而南疆仅在喀什地区的塔什库尔干县发生1次。总之，春季融雪型洪水发生频次随月份推进逐渐减少，主要出现在3和4月，尤其是3月。伊犁河谷、塔城地区北部、昌吉州至乌鲁木齐一带是3月融雪型洪水高发区，伊犁河谷、阿勒泰地区是4月高发区。

图2 2004—2013年新疆3月(a) 、4月(b) 和5月(c)融雪型洪水发生频次空间分布

2.3 与地理气候空间特征关系分析综上所述，从发生地区来看，伊犁河谷、塔城地区北部、阿勒泰地区是高易发区，博州、昌吉州至乌鲁木齐一带等地区是中易发区，东疆、南疆地区是低易发区。因此，基于春季融雪型洪水的地区分布情况和地理气候特征，将新疆全区划分为伊犁河谷、塔城地区北部、阿勒泰地区、天山北坡、南疆5个区域，其中，天山北坡包括塔城地区南部、博州、昌吉州和乌鲁木齐，南疆包括南疆和东疆地区。

2.3.1地形水系特征。分析新疆水系、高程分布(图3a)可知，新疆地势变化范围大(-192～8 569 m)，沿山一带河流水系较多。春季融雪型洪水多发生在山麓地带、山前平原和河谷的3～5级水系附近(伊犁河谷的灾害点高程平均约1 163 m，塔城地区北部的灾害点高程平均约734 m，阿勒泰地区的灾害点高程平均约938 m，天山北坡灾害点高程平均约681 m，南疆灾害点高程平均约1 923 m)，尤其是伊犁河谷和塔城地区北部，三面环山，且地势整体东高西低，有利于山区春季积雪融水的汇集。

基于新疆坡度空间分布(图3b)可知，整个新疆的坡度变化范围大(0°～ 85.4°)。春季融雪洪水灾害点多在山麓、山前平原、河谷等坡度较平缓的平地或缓坡，伊犁河谷的灾害点坡度平均约4.1°，塔城地区北部的灾害点坡度平均约2.9°，阿勒泰地区的灾害点坡度平均约6.5°，天山北坡灾害点坡度平均约1.1°，南疆灾害点坡度平均约1.4°，而灾害点附近的山区坡度值较大，以坡度>25°的陡坡为主，有利于山区的春季积雪融水沿陡坡快速流下，在缓坡、平地地带汇集。因此，特殊的地形水系特征给春季融雪型洪水提供了有利的孕灾环境，当浅山区和中山带的积雪融化时，形成的水流沿山坡快速流下，在山麓、山前平原、河谷等地带很快汇聚集中，造成河流排泄水不通畅，河道流量迅速增大，形成洪水。

2.3.2入春前积雪特征。入春前尤其2月底(2月下旬)积雪厚度是产生春季融雪型洪水的重要物质条件[5-6，10-11]。从图4可看出，2月底积雪深度呈现东西带状分布，新疆南部积雪深度明显小于新疆北部。南疆大部地区积雪深度浅薄(2～5 cm)，几乎没有形成春季融雪型洪水的物质基础，这是南疆发生春季融雪型洪水频次最低的重要原因；而北疆积雪深度较大，积雪深度最大值位于阿勒泰地区(33.15 cm)，为阿勒泰地区洪水的产生提供了充足的物质基础，是该地区春季融雪型洪水易发的重要原因。其次是塔城地区北部和天山北坡中东段，积雪深度20～25 cm，也是春季融雪型洪水易发区。伊犁河谷积雪深度也较大(15～20 cm)，虽然没有北疆的其他地区积雪深厚，但由于其特殊的地形特征，更有利于春季积雪融水的汇集，成为春季融雪洪水易发区。因此，2月底积雪深度是春季融雪型洪水发生的重要条件。

图3 新疆高程(a)和坡度(b)分级示意图

图4 2004—2013年新疆2月底积雪深度分布

3 新疆春季融雪型洪水时间变化特征

3.1 年际变化2004—2013年新疆春季融雪型洪水频次有明显的增加趋势，2009年以后，每年均有该类型洪水发生。由图5可见，这10年中新疆春季融雪型洪水发生频次最多的是2010年，为39次，占总频次的32.0%；其次是2005和2011年，分别为24、21次，分别占总频次的19.7%和17.2%；2007和2008年没有发生春季融雪型洪水。从新疆各分区春季融雪型洪水发生情况看，伊犁河谷在8年里均发生春季融雪型洪水，该地区发生春季融雪型洪水的概率很高；阿勒泰地区和天山北坡有6年发生洪水，塔城地区北部有5年发生洪水，发生春季融雪型洪水的概率也高；而南疆仅3年发生洪水，发生春季融雪型洪水的概率较低。

图5 2004—2013年新疆春季融雪型洪水频次年际变化

由图6可见，积雪深度与春季融雪型洪水的年际变化趋势一致。各分区2007和2008年的积雪深度均明显低于历史同期水平，没有春季融雪型洪水发生，而2010、2011和2005年各分区积雪深度明显高于历史同期水平，特别是2010年，积雪深度远高于历史同期水平，故发生春季融雪型洪水的频次高。即当2月底积雪深度距平百分率>0时，特别是代表气象站均大于60%，当年发生春季融雪型洪水的概率高；而当2月底积雪深度距平百分率<0时，特别是代表气象站均小于-20%，当年发生春季融雪型洪水的概率低。因此，2月底积雪深度百分率可以较好地反映当年春季发生融雪洪水的概率，可以作为春季融雪型洪水预测的一个重要指标，当在特定的气象诱发条件下，即可发生春季融雪型洪水。

3.2 月变化2004—2013年新疆3月发生融雪型洪水频次76次，占总频次的62.3%；4月发生融雪型洪水31次，占总频次的25.4%；5月发生15次，占总频次的12.3%。因此，新疆春季融雪型洪水主要发生在3和4月，尤其是3月。

3.3 旬变化由图7可见，春季融雪型洪水在3月中旬发生频次最多，为41次，占总频次的32.3%；其次是3月上旬、3月下旬和4月下旬，分别为23、17和16次，分别占总频次的18.1%、13.4%和12.6%；5月中旬和下旬发生洪水的概率最低，近10年共发生3次，仅占总频次的2.4%。从区域来看，伊犁河谷的融雪型洪水在3月上旬—5月中旬均有发生的可能性，其中，3月中旬发生概率最大，3月上旬、3月下旬、4月下旬、5月上旬发生洪水的概率较高，4月上旬、4月中旬、5月中旬发生洪水的概率低；塔城地区北部的融雪型洪水在3月上旬—5月上旬均有发生的可能性，3月中旬发生概率最大，其次是3月上旬，其他时间发生概率低；阿勒泰地区的融雪型洪水在3—5月均有发生的可能性，3月下旬和4月发生概率较高，其他时间发生概率低；天山北坡的融雪型洪水主要在3月上旬—4月上旬发生，其中，3月发生洪水的概率较高，4月上旬发生概率低；南疆在3月下旬、4月上旬、4月下旬、5月上旬发生融雪型洪水，其中，4月下旬发生洪水的概率较高。综上所述，3月和4月下旬是新疆春季融雪型洪水的高发期，尤其是3月中旬。伊犁河谷的春季融雪型洪水主要发生在3月，其次是4月下旬—5月上旬；塔城地区北部的融雪型洪水主要发生在3月上中旬；天山北坡主要发生在3月；阿勒泰地区的融雪型洪水主要发生在3月下旬—4月下旬；南疆的融雪型洪水主要发生在4月下旬。

图6 2004—2013年新疆各分区2月底积雪深度距平百分率年际变化

图7 2004—2013年新疆春季融雪型洪水频次的发生时间分布

4 结论

(1)从空间分布来看，伊犁河谷、塔城地区北部、阿勒泰等地区及新源、伊宁、额敏、巩留、尼勒克、特克斯、裕民、青河等市县是春季融雪型洪水高发区；伊犁河谷、塔城地区北部、阿勒泰地区为春季融雪型洪水的极易发区，天山北坡为易发区，南疆为低发区。

(2)从时间分布来看，近10年新疆春季融雪型洪水有明显的增加趋势，3月和4月下旬是新疆春季融雪型洪水的高发期，尤其是3月中旬。伊犁河谷的春季融雪型洪水主要发生在3月，其次是4月下旬—5月上旬；塔城地区北部主要发生在3月上中旬；天山北坡主要发生在3月；阿勒泰地区主要发生在3月下旬—4月下旬；南疆主要发生在4月下旬。

(3)从与地理特征关系来看，春季融雪型洪水多发生在山麓地带、山前平原和河谷的3～5级河流附近；发生地区的坡度较平缓，而其附近的山区坡度值较大，以坡度>25°的陡坡为主。特殊的地形水系特征可为春季融雪型洪水提供有利的孕灾环境。

(4)从与气候特征关系来看，2月底积雪深度百分率可以较好地反映当年春季发生融雪洪水的概率，可以作为春季融雪型洪水预测的一个重要指标。

[1] 徐羹慧，毛炜峄，陆帼英．新疆气象灾害近期变化和防灾减灾工作综合评述[J]．沙漠与绿洲气象，2008，2(1)：50-54．

[2] 徐羹慧，陆帼英．21世纪前期新疆洪旱灾害防灾减灾对策研究[J]．沙漠与绿洲气象，2007，1(5)：54-58．

[3] 关颖慧，王彬，郑粉莉，等．2012年我国气象灾害特征分析[J]．自然灾害学报，2014(1)：24-31．

[4] 陆智，刘志辉，闫彦．新疆融雪洪水特征分析及防洪措施研究[J]．水土保持研究，2007，14(6)：256-258，261．

[5] 俞永旺，徐冰，白东明，等．天山北坡雀尔沟河春季融雪洪水的成因分析[J]．干旱区研究，1995，12(3)：15-20．

[6] 阿不力米提江·阿布力克木，陈春艳，玉素甫·阿不都拉，等．2001-2012年新疆融雪型洪水时空分布特征[J]．冰川冻土，2015，37(1)：226-232．

[7] 隗经斌．新疆军塘湖河典型融雪洪水过程研究[J]．冰川冻土，2006，28(4)：530-534．

[8] 田华，杨晓丹，张国平，等．2009年3月中旬新疆融雪型洪水气象成因分析[J]．气象，2011，37(5)：590-598．

[9] 张俊兰．2011年4月下旬托什干河融雪洪水的气象成因[J]．沙漠与绿洲气象，2012，6(4)：1-6．

[10] 仇家琪，徐俊荣，陈亚宁，等．天山北坡春季雪洪形成的气候因子分析[J]．干旱区地理，1995，18(1)：43-50．

[11] 吴素芬，刘志辉，邱建华．北疆地区融雪洪水及其前期气候积雪特征分析[J]．水文，2006，26(6)：84-87．

[12] 王荣军，刘志辉，李诚志，等．融雪期季节性冻土湿度变化对融雪洪水的影响[J]．水土保持研究，2013，20(4)：277-281．

[13] 仇家琪，颜新．天山北坡中段春季融雪洪水及其灾害成因研究[J]．干旱区地理，1994，17(3)：35-42．

[14] 魏守忠，常绪正，马健，等．影响三工河干沟春季融雪洪水发生的气象因素[J]．干旱区研究，2005，22(4)：476-480．

Study on Distribution Features of Spring Snowmelt Flooding in Xinjiang

LIU Xin1, ZHAO Lu-qiang1, YANG Jing2et al (1. Public Service Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081; 2. Xinjiang Meteorological Service Center, Urumqi, Xinjiang 830002)

Based on disaster and snow depth data during 2004-2013, using statistical analysis method, the spatiotemporal distribution characteristics of spring snowmelt flooding events in Xinjiang were analyzed, as well as the relationship with geographical and climatic characteristics. The results showed that, Ili River Valley, northern Tacheng and Altay region were extremely spring snowmelt flood-prone areas, the northern slope of Tianshan Mountains was prone area, and the southern part of Xinjiang region was low-incidence area; Spring snowmelt floods in recent 10 years presented an overall significantly increasing trend in Xinjiang, and occurred mainly in March and late-April, especially in mid-March; The occurrence area were in the foothills, piedmont plains and river valleys near 3-5 grade rivers; snow-depth anomaly percentage in late February could be used as the important indicator of snowmelt flood forecasting.

Spring snowmelt flooding; Spatiotemporal distribution; Geography; Climate characteristics; Xinjiang

中国气象局公共气象服务中心业务服务专项基金项目(M2014008)。

刘鑫(1983- )，女， 湖北黄冈人，工程师，博士，从事应用气象研究。

2016-09-20

S 16

A

0517-6611(2016)30-0165-04