白杨河多年径流特征分析

王新德

（昌吉水文勘测局，新疆 昌吉831100）

0 引言

河流是地球表面接纳、汇集和输水的路径或通道，是地球上水循环的主要路径［1］。近年来由于自然和人类活动的共同作用造成全球气候显著变暖，降水和蒸发增强，不仅造成洪、旱灾害频繁发生，而且导致水循环加快，直接影响河流的径流量［2］，当前已成为国际社会普遍关心的热点问题。径流是气候因子与下垫面相互作用而形成的产物，是地球上水循环的重要环节和水资源平衡的基本要素［3］，也是地表水资源量分析评价和合理规划开发的基础［4］。土地利用类型、植被破坏程度、地下水位升降趋势等自然或人为因素均对径流变化产生不同程度的影响。根据不同流域的水文观测资料，分析流域径流的演变规律和影响因子，对研究流域水平衡与水循环以及流域的生态系统稳定具有重要意义。白杨河作为新疆昌吉市主要的水源之一，对当地工农业的发展及人类的正常生产生活具有重要的作用，随着社会经济的发展，白杨河水资源开发力度逐渐增大，水资源的可持续发展将是当地面临的重要问题之一。因此，本文通过分析白杨河径流和降水年内、年际变化特征及演变规律，以期为该河流的生态安全及区域水资源的合理开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 区域概况

白杨河发源于博格达峰东北阔克括力冰川，源头由东西两支构成。白杨河河道长60 km，流域总面积1272 km2，是典型的冰雪消融型河流。据资料显示，多年年均径流量为0.6851×108m3，最大年径流量出现在2016年，径流量为0.9672×108m3，最小年径流量出现在1984年，径流量为0.4320×108m3。白杨河站为白杨河的小河站，属一般水文站和自治区级报汛站，地理坐标为东经88°32′，北纬44°03′，设于1962年10月，现测验断面以上集水面积252 km2，河长32 km，河道坡降53.7‰，流域平均高程2774 m。测站高程1042 m。

1.2 资料来源

本文水文资料来源于白杨河白杨站1977年1月～2017年12月各月的实测值。

1.3 方法

（1）时间序列分析。时间序列又叫动态数列，是变量的数据按照时间顺序排列而成的一组数列，其反映各变量随时间变化的演变规律。

（2）相关分析。相关分析是研究各变量间相互关系密切程度的一种常用统计方法，相关系数是反映这种函数关系程度及方向的统计量［6］。

2 白杨河年际径流量与降水特征分析

2.1 不同年段年均径流量和降水量演变规律分析

表1 白杨河不同年段年均径流量、降水量变化特征

以5年时间为一组进行时间分段分析，2002年～2006年白杨河平均径流量最大，为0.8453×108m3，最小值在1982年～1986年，径流量为0.8453×108m3；白杨河降水量在2007年～2011年达到最大为317.14 mm，在1982年～1986年最小为227.90 mm，与年际径流量变化规律一致。在2012年～2017年均径流量的极值比最大为1.92，变差系数为0.20，在1997年～2001年均径流量的极值比最小为1.17，变差系数为0.07。在1987年～1991年和1997年～2001年白杨河年均降水量极值比最大，分别为2.08、2.09，变差系数分别为0.25、0.24；在1992年～1996年年均降水量极值比最小为1.09×108m3，变差系数为0.03。整体而言，年均径流量的变差系数和极值比均小于降水量的变差系数和极值比，由此表明，白杨河的年均径流量和降水量的演变规律并不完全一致（见表1）。

2.2 年际径流量和降水量变化规律分析

图1 白杨河年径流量变化图

图2 白杨河年降水量变化图

年径流量的变化趋势直接反映径流的演变规律，决定着水资源的合理开发和利用［5］。图1表示白杨河站41年年径流量变化，由图1可以看出，自1977年白杨河年际径流量总体呈现缓慢上升趋势。41年平均径流量为0.7163亿/m3，在1991年、2003年、2016年出现径流量波峰，在1984年、2014年出现径流量波谷。降水量是影响径流量变化的主要因素，研究降水量的演变规律对明确径流变化特征具有重要的作用。图3是白杨河多年平均降水量演变图。由图3可知，白杨河多年平均降水量为273.53 mm。41年间出现3次明显的波峰，在1987年、2007年和2015年，波谷不明显。

3 白杨河年内径流量与降水特征分析

3.1 月均流量和降水量分析

图3 白杨河多年月均流量变化图

图4 白杨河月降水量变化图

本文采用不均匀系数进行白杨河多年月均流量的分配进行分析。径流的不均匀系数是反映月径流量不均匀程度的指标［6］，此系数越小，说明月径流量的不均匀程度越低，反之，年内分配越不均匀。不均匀系数的计算公式如下：

式中：C为不均匀系数；Ri为各月均流量；R为月流量。

由公式计算得白杨河多年月均流量不均匀系数为0.08，表明白杨河月均流量不均匀；由图4可以看出，白杨河年径流量主要集中在6月～8月，占年内总流量的73.61%；月均流量最大值出现在7月份为8.13 m3/s，占年内总流量的31.30%；月均流量最小值出现在2月份，流量为0.329 m3/s，占年内总流量的1.38%。月均流量从每年的2月份到7月份呈现增长趋势，在7月份达到最大值，从8月份到次年的1月份月均流量呈现降低趋势。

从图3所示多年月平均降水量可以看出，白杨河的年降水量主要集中在4月～8月，每月月降水量均大于29 mm，降水量占全年总降水量的62.38%；最大降水量出现在6月，其多年月平均降水量为38.27 mm，占多年平均降水量的14.13%；最小降水量出现在1月，其多年月平均降水量为7.45 mm，占多年平均降水量的2.7%。从每年的1月份到6月份，降水量呈现增长趋势，6月份降水量达到最大值，7月份到12月份的呈下降趋势，降水的季节性变化较为显著。尽管该河流多年年降水量有所差异，但降水量多集中在每年的4月～8月，这种特征主要由强降雨过程产生的频次与发生时间所导致［7］。

3.2 月降水量与流量相关性分析

图5 白杨河月降水量与流量相关图

图5 为白杨河1977年～2017年月均降水量和月均流量的相关图。由图可以看出，随着月均降水量的增加，月流量呈现指数增加趋势，拟合函数为Y=0.1458e0.0895x，相关系数R=0.83。其中，当月均降水量小于20 mm时，月均流量与降水量的拟合度更高。由此表明，降水量是白杨河径流量的重要决定因素之一。

4 结论

径流是河流重要的组成部分，河流径流量的变化受气候、天文、人类活动等诸多因素的影响［8］。大量研究表明，降水量与河流径流量密切相关［9］，本文通过分析白杨河1977年～2017年多年径流量和降水特征，得出白杨河年降水量和年径流量均呈现不稳定、缓慢增加的趋势，且年内分配不均匀，但是二者的变化趋势并不完全一致，其中年径流量主要集中在6月～8月，而年降水量主要集中在4月～8月，主要是由于上半年干旱缺水，4月～6月的降水主要以土壤渗透为主，随着土壤含水量的饱和，6月～8月主要以径流的形成为主。从该研究区月降水量与流量的相关分析情况可得，随着月均降水量的增加，月径流量呈现指数增加趋势，相关系数达0.83。综上分析可知，白杨河降水量是径流量的主要影响因子之一，同时还可能受温度、湿度等因素的影响，因此，后期应针对白杨河径流量的其他干扰因子进行深入分析。