新疆滚滚铁里克河1960年～2019年径流量分析

2024-03-20徐敬东

陕西水利 2024年3期

徐敬东

（阿克苏水文勘测局,新疆阿克苏 843000）

1 引言

水资源与所有生物的基本生存息息相关,影响着生态文明的可持续发展[1-2]。河川径流是人们生活用水和社会工业用水的主要来源,是制约当地经济社会可持续发展的重要因素[3-4]。径流变化规律已成为现代水科学领域的热点问题之一,是实现流域水资源综合管理和可持续发展的重要基础工作[5-6]。

滚滚铁里克河平时干旱无水,气温升高导致的融冰、融雪径流大多入渗补给地下水,与夏季强降雨混合可能导致山洪爆发,目前尚未被开发利用,无系列水文资料。因此本文选取卡拉苏站的月平均径流资料,对滚滚铁里克河径流变化特征进行研究。运用等值线图法、同气候带流域平均高程与径流深关系、地区综合年径流量模比系数法,推算滚滚铁里克河年径流量。

2 研究区概况

滚滚铁里克河,又名古古提力克河、固古提尼克河,位于乌什县境内、科克留木苏河东侧,发源于天山南脉南麓,为托什干河左岸支流,山口以上河长31 km,流域集水面积342 km2。地形东北高西南低,由东北向西南倾斜,山高谷深,山势陡峭,高差达3500 m以上,属典型的大陆性气候,多年平均气温9.1℃,多年平均降水量104.8 mm。径流主要来自于冰雪融水和暴雨及泉水补给。

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

3.1.1 水文站网

根据水文产、汇流成因相似,地域相近,气候条件一致,下垫面相近的原则,本次拟选用阿俄、克尔古提、拜城和卡拉苏水文站的水文资料资料做参证,这些水文站的产、汇流条件基本满足,其流域面积、流域形状、下垫面情况也与工程所属的流域相近。观测项目包括水位、流量、降水、蒸发、气温、水质等,资料系列长度为33年以上连续系列,可以满足设计需要。

3.1.2 水文资料

多年平均年径流深、径流系数、径流离差系数、降水量、水面蒸发量等值线图,包括多年平均悬移质含沙量分布图及侵蚀模数分区图等来源于阿克苏水文水资源勘测局已编制的阿克苏河流域地表水资源评价成果及新疆水文总站。

3.2 研究方法

本文从径流年际变化的趋势性、突变性和径流年内分布的不均匀性、集中程度及变化幅度等方面研究卡拉苏水文站的径流变化特征。采用等值线图法、同气候带流域平均高程与径流深关系及地区综合年径流量模比系数法计算滚滚铁里克河多年平均年径流量。

（1）年际变化趋势性研究：M-K趋势检验法[5-6]。

（2）年际变化突变性研究：M-K突变检验法[7]。

（3）年内分配特征研究：不均匀系数、集中期和集中度[8]、极值比[9]。

各研究方法的原理参考标注文献,在此不再赘述。研究区季节和水文期划分：春季为3月～5月、夏季为6月～8月、秋季为9月～11月、冬季为12月～次年2月；1月～3月为非汛期（汛前）、5月～9月为汛期、10月～12月为非汛期（汛后）。

3.3 选定参证站

表1为参证站模比系数汇总表,从表中可以看出以降水产流为主的卡浪沟吕克水文站2018年～2020年3年年径流量普遍比多年平均值偏小,以冰川和永久性积雪为产流为主的拜城水文站（台勒维丘克河）2018年～2020年三年年径流量普遍比多年平均值偏大。产流（降水产流、冰雪产流）相近的卡拉苏水文站、克尔古提水文站,其2018年～2020年年径流分布型式与滚滚铁里克河有较大的相似性和同步性。卡浪沟吕克水文站和拜城水文站由于产流方式有较大的差异,其2018年～2020年年径流分布型式与乌依布拉克河存在一定的差异。

表1 参证站模比系数对比表

由于产流（补给来源）、汇流对年际、年内变化起到了关键性作用,因此,应采用以卡拉苏水文站、克尔古提水文站为主,阿俄水文站一同辅助做参证站分析计算滚滚铁里克河年际、年内变化。但滚滚铁里克河没有长系列水文资料,本次采用同一气候带卡拉苏水文站资料做代表性分析,分析水文资料的代表性。

4 结果分析

4.1 径流量年际变化

4.1.1 趋势性分析

1960年～2019年卡拉苏水文站径流量年际变化趋势见图1。由图1可见,1960年～2019年卡拉苏水文站年平均径流量在3.87 m3/s～15.4 m3/s之间波动,2002年的平均径流量最大,2015年的平均径流量最小,总体呈现上升趋势。从多年径流量特征值来看,1960年～2019年卡拉苏水文站多年平均年径流量为2.46×108m3,径流变差系数CV值为0.17。2002年为最丰年,年径流量为4.825×108m3,1968年为最枯年,年径流量为1.491×108m3。从中可见,径流变差系数CV值较小,最丰水年径流量为最枯水年径流量的3.24倍,说明卡拉苏河流域为代表的同类型流域年径流量年际变化较大。

图1 1960年～2019年卡拉苏水文站径流量年际变化趋势

不同研究时期径流年际变化M-K趋势性诊断结果见图2。若Z＞0,则径流序列呈上升趋势；反之则呈减小趋势。图2表明,径流年际变化趋势与线性拟合结果一致,水文站平均径流量呈上升趋势,且通过0.05显著性检验。从不同季节的平均径流量变化情况来看,春夏秋冬四季均呈上升趋势,春季呈不显著上升趋势,夏秋冬三季均呈显著上升趋势。

图2 卡拉苏台兰水文站不同时期径流年际变化M-K趋势性诊断结果

4.1.2 突变性分析

本文对卡拉苏水文站的径流进行M-K突变检验,若UF（UB）＞0,径流序列呈增大趋势,反之则呈减小趋势。UF超过Uα临界线的部分为发生突变的时间区域,需要重点关注[5]。UF和UB两条曲线产生交点的时刻是突变开始的时间。卡拉苏水文站年径流量M-K突变检验结果见图3。

图3 1960年～2019年卡拉苏台兰水文站年径流量M-K突变检验结果

由图3可知,卡拉苏水文站年平均径流序列可能发生突变的年份为1960年～1975年、1977年、1983年、1984年、1985年、1987年～1992年、1994年～2019年,卡拉苏水文站径流量的UF曲线在1982年以前介于-1～1.96之间,表明变化曲线趋势和突变不明显。1982年以后UF曲线超过临界值,表明径流增加趋势十分明显。在0.05的置信水平下,卡拉苏水文站的径流在1981年左右发生突变。

4.2 径流量年内分配

把研究区划分为7个时段,分别为1960年代、1970年代、1980年代、1990年代、2000年代、2010年代及全时期1960年～2019年,绘制各时段卡拉苏水文站的径流量年内月平均分配过程线（图4）。卡拉苏水文站不同时间段年内分配曲线均呈“单峰”形态。1970年代、1980年代、1990年代、2000年代及1960～年2019年的峰值出现在7月,而1960年代和2010年代的峰值出现在8月。多年平均径流量季节分配比例为：春季占比15.54%,夏季占比63.47%,秋季占比16.14%,冬季占比4.85%。多年平均径流量水文期分配比例为：汛前占比4.53%,汛期占比87.23%,汛后占比8.24%。

图4 1960年～2019年不同时段卡拉苏水文站径流量年内月平均分配过程线

综合分析径流年内分配过程线（图4）和年内分配特征值（表2）,卡拉苏水文站1960年代、1980年代、1990年代及2010年代径流年内不均匀系数都比1960年～2019年全时期高,可知卡拉苏水文站4个时期的径流量年内分配比较不均匀,其中当属1990年代最为不均匀,2000年代径流年内分配在所有时期中最为均匀,在各时期的分配均匀程度中变化不明显。在变化幅度方面,径流量年内相对变化幅度最大的是1990年代,相对变化幅度最小的是2000年代；在集中程度方面,径流量年内分配最为集中的是1990年代,集中程度最低的是2000年代,各时期的径流量集中期皆分布在7月。2000年代径流量年内分配特征值与其他时期相比表现出明显差异。

表2 1960年～2019年不同时段卡拉苏水文站径流年内分配特征值

4.3 多年平均年径流量计算

4.3.1 等值线图法

滚滚铁里克河为无资料地区,按规范要求,对缺乏实测径流资料地区,多年平均年径流深等值线图法是推求调查断面多年平均年径流量的基本方法。本区域采用自治区水文局编制的新疆地表水资源评价1956年～2000年多年平均年径流深等值线图量算。此等值线图在进行阿克苏水资源评价时已经过水量平衡计算及合理性检查。本文对该等值线图进行复核,成果较可靠。计算得到滚滚铁里克河多年平均径流深为185.32 mm,多年平均年径流量6338.10×104m3。

4.3.2 同气候带流域平均高程与径流深关系

流域平均高程采用《渭干河流域（拜城盆地）地表水资源评价》（1996年通过自治区水文局评审）量算值,径流深采用建站～2020年平均径流量计算值。根据渭干河流域5个水文站的平均高程与径流深的关系,绘制平均高程～径流深关系（图5）。