阿卡尔河流域径流对气候变化的响应分析

2021-03-26张楚迪

广西水利水电 2021年1期

张楚迪

（新疆维吾尔自治区灌溉排水发展中心，乌鲁木齐 830000）

科学识别气象要素和水文要素变化特征对区域水资源管理具有重要意义，许多专家学者对流域水文特征及气象要素进行研究并取得重要成果[1～5]。新疆阿卡尔河主流发源于科古尔琴山，产流区主要在伊犁地区境内，汇合后进入博州，阿卡尔站以上集水面积628 km2，径流由冰雪水、雨水、地下水混合补给，流域属于典型的大陆性干旱气候，冬冷夏热，昼夜温差大，日照时间长，降雨量小蒸发量大，光热资源丰富[6]。本文以阿卡尔河流域1981-2017 年逐月实测径流资料及降水资料为基础，采用线性趋势法、滑动平均值法、不均匀系数法及小波方差法分析阿卡尔河径流与降水的变化特征，结果可为合理开发利用流域水资源提供参考。

1 阿卡尔河流域气候及水文特征变化分析

图1 阿卡尔河流域气候及水文特征变化分析

阿卡尔河流域气候及水文特征变化过程见图1。1981-2017 年阿卡尔河流域多年平均径流量为10 708×104m3，最大年径流量为16 931×104m3，出现在2016 年，最小年径流量为5948×104m3，出现在2014 年，年径流量随时间呈递减趋势，线性减少率为0.08×108m3/10 a；多年平均降水量为95.47 mm，最大年降水量为159.10 mm，出现在2016年，最小年降水量为42.9 mm，出现在2008年，年降水量随时间呈递减趋势，线性减少率为2.6 mm/10 a；多年平均气温为8.3℃，年平均气温最高为9.6℃，出现在2015年，年平均气温最低为6.7℃，出现在1984 年，年均气温随时间呈增加趋势，线性增长率为0.34℃/10 a；多年平均蒸发量为1 536.4 mm，最大年蒸发量为1 786.8 mm，出现在1983年，最小年蒸发量为1 298.1 mm，出现在1993 年，年蒸发量随时间呈递减趋势，线性减少率为29.4 mm/10 a。

2 降水径流年际年内变化规律分析

2.1 年际降水径流变化规律

对阿卡尔河流域年降水量与实测年径流量序列进行Z-score 标准化处理，阿卡尔河流域年降水径流过程线见图2。研究期内阿卡尔河流域年降水与年径流变化趋势一致，均存在下降趋势且降水径流关系比较稳定。1981-1990年期间降水年际波动较大，径流波动规律及下降趋势基本与降水一致；1991-2000年期间降水年际波动变小并表现出上升趋势，径流上升趋势与降水一致；2001-2010 年期间，降水与径流均呈现下降趋势，降水年际波动较大；2011-2017年期间，降水与径流呈上升趋势。

图2 阿卡尔河流域年降水径流过程

2.2 年内降水径流变化规律

2.2.1 降水年内分配均匀性变化

阿卡尔河流域年降水及径流不均匀分布过程见图3。阿卡尔河流域降水径流年内分配不均匀系数具有年代际变化，1981-2017 年径流不均匀系数变化范围为0.016～0.060，最大值出现在2016 年，最小值出现在2014年；年降水不均匀系数变化范围为0.042～0.123，最大值出现在1995 年，最小值出现在2006年。降水不均匀系数呈显著性递减趋势，而径流不均匀系数呈缓慢增加趋势，说明随时间变化径流年内分配往均匀方向发展，而降水随时间变化年内分配较不均匀。

图3 阿卡尔河流域年降水及径流不均匀分布过程

2.2.2 季节降水径流变化规律

阿卡尔河流域不同季节降水径流变化过程见图4，不同季节径流量变化过程见表1，不同季节降水量变化过程见表2。阿卡尔河流域多年平均径流量为10 708×104m3，其中春、夏、秋、冬多年平均径流分别占全年的22.35%、39.43%、23.31%、14.91%。多年平均降水量为95.47 mm，其中春、夏、秋、冬多年平均降水量占全年的27.76%、41.04%、18.4%、12.8%。由图4 可知，在整个研究区内，春季和冬季径流量变化波动较小，而夏季和秋季径流量变化波动较大。春季和夏季的径流降水变化趋势一致，均有减少趋势，降水径流关系比较稳定。秋季和冬季径流呈减少趋势而降水呈增加趋势。夏季和秋季的径流降水峰值呈现出了很强的同步性，径流量分配过程主要依赖于降水量变化。而春季和冬季降水量和同期的径流量峰值变化同步性较差，是由于春季和冬季降雪无法及时融化补给径流，径流处于枯水期。

由表1和表2可知，径流和降水主要集中在6～8月，季节上主要集中在夏季，占到40%左右，各年代的径流和降水变化也主要体现在这一阶段，在1～5月、9～12月的径流量、降水量均较少，各年代之间的变化也较小。从80年代到90年代，年平均径流及四季径流呈减小趋势，年平均降水量呈减少趋势，春季和冬季降水呈增加趋势，夏季、秋季降水呈减小趋势。2001-2010 年这10 a 较90 年代年平均径流量及四季径流量均减小，年均降水量呈增加趋势，春、夏两季降水量减少，秋、冬两季降水量增加。不同年代年均径流量及降水量呈先减少后增加趋势。

图4 阿卡尔河流域四季降水及径流过程

表1 阿卡尔河流域年平均径流量变化

表2 阿卡尔河流域年平均降水量变化

2.3 降水径流变化周期分析

阿卡尔河流域降水径流小波方差变化见图5。由图5 可以看出，年降水和年径流量在时间尺度上具有周期变化特征，1981-2017年37 a间，径流量时间序列变化具有两个明显的峰值，对应时间尺度周期分别为6 a和18 a，其中18 a时间尺度对应的小波方差峰值较大，是径流量变化的第一周期。降水量时间序列变化具有两个明显的峰值，对应时间尺度周期分别为6 a 和16 a，其中16 年时间尺度对应的小波方差峰值较大，是降水量变化的第一周期。降水量和径流量在时间尺度上具有共同周期，为6 a，说明降水变化影响径流变化。