叶尔羌河卡群站1957-2018年降水径流变化特征分析

2022-05-19秦雯

地下水 2022年2期

秦雯

(新疆喀什水文勘测局，新疆喀什 844000)

近些年来，随着气候变化及人类活动叠加影响，全球水循环系统发生不同程度的变化[1]。水循环和水量平衡重要的环节和基本要素就是河川径流，径流受人类活动和气候变化影响产生不同程度变异，使得区域洪涝频发，对人类和社会经济产生不同程度的威胁[2]。有研究结果表明新疆天山以西的区域气候出现较为明显的暖湿转型变化[3]。山区是新疆内陆河流水源的发源地，冰川融雪径流补给山区径流，其极易受气候变化的影响。对于内陆干旱区域降水和径流变化特征的分析有助于对气候变化和人类活动影响下的水循环演变机理和科学调度区域水资源提供重要的支撑依据[4]。塔里木盆地西部最大的河流为叶尔羌河，叶尔羌河流域常年干旱少雨，多年降水量均值低于100 mm。近些年来，对于叶尔羌流域降水和径流变化取得一定研究成果[5-12]，但这些成果对于叶尔羌河卡群站的降水和径流变化特征研究还较少，而卡群站作为叶尔羌河出山口重要控制水文站，其降水和径流变化特征的分析对于叶尔羌河气候变化和人类活动下的水循环影响程度十分重要，因此本文以叶尔羌河卡群站1957-2018年实测降水和径流资料，对其近60年降水和径流变化特征进行分析。

1 叶尔羌河流域概况及数据来源

昆仑山北部最大河流是叶尔羌河，叶尔羌河流域总面积为4.24×104km2，其中河流冰川面积占流域总面积的比例达到10%。崇山峻岭为叶尔羌河上游源流区，其中游和下游主要位于戈壁沙漠地区。叶尔羌河流域属于我国内陆典型的西部干旱区域，冰川融雪是其河流径流重要补给来源，流域多年平均径流量为68.59×108m3，冰川融雪径流补给量占流域总径流量的比重约为70%左右，其出山口重要控制水文站为卡群站，卡群站以下河流断面主要属于河流径流消耗区域，是区域水资源开发和利用的主要河段。叶尔羌河流域降水时空分布十分不均匀，降水主要集中在汛期的6-9月，汛期降水量占全年降水量的比值高达80%。受区域季节冰川融雪径流的影响，6-9月属于叶尔羌河径流量最高的月份，其径流总量占全年径流总量的比值约为75%。本文采用卡群水文站1957-2018年实测降水和径流资料，对其降水和径流变化特征进行分析，其中降水和径流均通过了可靠性、一致性和代表性分析，数据来源可靠。

2 Mann-Kendall趋势检验方法

采用Mann-Kendall趋势方法对各水质指标变化特征进行显著变化特征的分析。该方法将检验指标序列作为样本序列对其统计变量S进行计算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：S为趋势检验样本序列显著性检验统计变量；xi和xj表示为来自同一个样本总体的两个样本数据系列；σs表示为方差标准计算值；sign表示为计算变量；n表示为总的样本序数；Z表示检验特征变量，当Z>0则表示水质指标呈现递增变化趋势，否则呈现递减变化趋势，∣Z∣>2.32、1.64<∣Z∣<2.32、1.28<∣Z∣<1.64则分别表示变化趋势的显著性可分别达到99%、95%以及90%的置信水平。

3 降水变化特征分析

3.1 不同年代季节降雨变化特征

结合卡群站1957-2018年降雨资料数据系列，对不同年代际各季节降雨量进行统计，结果如表1所示。

表1 叶尔羌河卡群站1957-2018年不同年代季节降雨变化特征分析结果

从分析结果可看出，叶尔羌河卡群站春季和夏季降水量占全年比重较大，春季和夏季降水量占全年降水量的比值在70%左右，与国内大多数地区降水主要集中在夏季有所不同。叶尔羌河降水主要时段也包括春季，春季主要以降雪方式且由于春季融雪量较少，春季积雪量主要在夏季融化量较大。通过对各年代际降水进行对比分析，从50年代开始到90年代结束各年代际降水量总体低于多年总体降水量的均值79.35 mm，从20年代开始，其年代际降水量高于多年总体降水量的均值，区域降水量有较为显著的增加。各年代际年最大降水量和最小降水量无明显变化规律。

3.2 不同年代季节降雨变化趋势检验

结合Mann-Kendall趋势方法对叶尔羌河卡群站各年代际降水量进行变化趋势检验，检验结果如表2所示。

表2 叶尔羌河卡群站1957-2018年不同年代季节降雨变化趋势检验结果

从叶尔羌河卡群站1957-2018年不同年代季节降雨变化趋势检验结果，叶尔羌河各年代际降水量总体呈现增长趋势，从50年代开始到90年代末降水量总体增加变化趋势较低，趋势检验值均低于1.64，增长变化趋势未能通过90%的显著性检验水平，而从2000年代开始，其降水量呈现显著的递增变化，尤其是春节降雪量变化趋势检验值均超过1.64，通过90%的显著性检验水平，夏季和春季是叶尔羌河卡群站降水量递增最为显著的两个季节。从叶尔羌河卡群站年降水量变化数可看出，夏季和春季也是其两个降水量增长趋势较为显著的季节，这主要和叶尔羌河降水主要集中在夏季和春季有关。

4 径流变化特征分析

4.1 不同季节径流变化特征

结合卡群站1957-2018年径流资料数据系列68.59×108m3对不同年代际各季节径流量进行统计，结果如表3所示。

表3 叶尔羌河卡群站1957-2018年不同季节径流变化特征统计析结果 108m3

从各季节径流量变化结果可看出，叶尔羌河卡群站夏季径流量最大占全年径流总量均值68.59×108m3的比值约为70%左右，春季和冬季占全年径流总量均值的比值约为15%左右。冬季径流总量的标准差序列值最低，各年径流量变化差异度较小，因气候变化影响叶尔羌河冰川在冬季补给径流量较低，使得冬季径流变化率较低。

4.2 年代际径流变化特征分析

结合4种指标对叶尔羌河不同年代际径流变化特征进行统计分析，分析结果如表4所示。

表4 叶尔羌河卡群站1957-2018年不同年代际径流变化特征统计结果

Cr表示为径流年内分配的不均性；Cn表示为径流年内分配的不均衡程度；Cd表示为年内径流的集中度；Cm表示为径流年内变化度的衡量指标。

从叶尔羌河卡群站1957-2018年不同年代际径流变化特征统计结果可看出，卡群站作为叶尔羌河出水口水文控制站，其年内径流变化趋势的波动程度明显降低，各统计指标变化波动特征较小，从50年代开始到80年代具有波动性，各指标从2000年以后均呈现递减变化，其年内分配的程度逐步趋于平衡。此外从叶尔羌河卡群站年内径流的集中度可看出，其径流集中度从50年代到90年代，径流的集中度相对较低，从2000年以后其径流集中度逐步增加变化，从径流年内变化度的衡量指标也可看出，其衡量指标变化具有波动性。