雅礱河流域補(bǔ)給源及徑流變化機(jī)制分析

曾 敏，李 曉，宋 凱

（成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都 610059）

雅礱河屬于雅魯藏布江流域，發(fā)源于高山冰川，以高原河谷地貌為特征，在西藏中小河流中具有一定的典型性，是西藏境內(nèi)的第一個(gè)國家級(jí)重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)，西藏古代文明的搖籃，藏民族的發(fā)祥地。目前對(duì)雅礱河流域的徑流研究甚少。因此，研究雅礱河流域的補(bǔ)給源及徑流變化機(jī)制有著重要的科學(xué)意義，為旅游及水資源的開發(fā)利用和優(yōu)化配置提供可靠的依據(jù)，并對(duì)其下游灌區(qū)用水至關(guān)重要。

1 流域概況

雅礱河發(fā)源于山南地區(qū)南部，喜馬拉雅山北麓措美縣的雅香拉山，海拔6 400 m，整個(gè)流域高度范圍是3 500～6 400 m，屬雅魯藏布江中游河谷，全長68 km，流域面積920萬m2。該區(qū)屬于南亞季風(fēng)氣候區(qū)中的南亞Ⅵ型氣候區(qū)，處于喜馬拉雅山的雨影區(qū)，屬于半干旱地區(qū)，多年平均降水量為393.6 mm，且年內(nèi)分配不均勻，集中在每年季風(fēng)影響的6—9月份，占全年降水的85%左右。

雅礱河流域內(nèi)設(shè)有某水文站，該站所轄集水面積307 km2，高度范圍4 200～6 400 m，海拔在4 900 m 以上區(qū)域有178.34 km2，占集水面積的58%。其中，區(qū)域內(nèi)5 100 m以上為高山凍土區(qū)，以下為深層季節(jié)凍土區(qū)。

2 河川徑流特征

2.1 河川的年內(nèi)分配

雅礱河流域徑流量年內(nèi)分配特點(diǎn)是汛期較遲，持續(xù)時(shí)間較長，汛期出現(xiàn)在6—8月，夏季水量較為集中，占年徑流量的50.4%。年內(nèi)徑流變化較大，普遍存在夏洪、春旱，這與年內(nèi)氣溫與降水量的變化是相應(yīng)的。受下墊面、地形及降水的影響，年徑流深從上游至下游呈遞減趨勢，年徑流深度平均為129.6 mm。雅礱河流域年內(nèi)降水量、徑流量以及岸溫?cái)?shù)據(jù)見圖1和表1。

表1 雅礱河流域降水量、徑流量、岸溫年內(nèi)分布表

2.2 徑流量的月、季分布

據(jù)圖1和表1，汛期（6—8月）降水集中，占年降水量的77.6%，全年降水日數(shù)為69 d，河川徑流隨著溫度的升高而增大。同一氣溫增量，在較低氣溫條件下所引起的流量增量較小，而在較高氣溫下則能引起很大的流量增量。因此，持續(xù)高溫天氣對(duì)冰川融水量的大小有著關(guān)鍵的作用。4月，氣溫開始大于0℃，冰川積雪開始融化，雅礱河徑流量開始增大，徑流過程矮胖，水量主要集中在汛期，加上流域下墊面的容量較大，使得流域汛初大量吸收水量，汛末大量釋放水量，汛初流量過程線步步高升，汛末卻是節(jié)節(jié)退落。10月，氣溫逐漸降低至小于0℃，此時(shí)仍有徑流存在，這些水量一部分來自冰川滯留水，同時(shí)地?zé)岷湍Σ翢岬南诹考白冃?、熱融水和地下水的排出都可能形成一些水量，由于地下水補(bǔ)給量較大，使得該流域枯水期（11月—次年3月）徑流較內(nèi)地河流豐富，且比較穩(wěn)定[1]。

圖1 年內(nèi)數(shù)據(jù)日變化曲線圖

由表2可知，雅礱河與喜馬拉雅山北坡的多數(shù)河流類似，有著月際分布極不均勻，水熱同步，季節(jié)變化明顯的特點(diǎn)。由于年內(nèi)各季節(jié)氣溫及降水存在較大的差異，致使徑流的年內(nèi)分配不均，6—8月徑流量占全年徑流量的50.4%，其中又以7，8兩月徑流量最大，僅7，8主汛期兩月平均徑流量便占全年徑流量的41.5%；徑流最大月（8月）徑流量是最小月（12月）徑流量的10.0倍；其中，春季徑流量占全年徑流量的13.4%，春汛較少發(fā)生。夏季徑流量占全年徑流量的50.4%，因此，雅礱河洪水多發(fā)期為夏季。秋季和冬季的徑流量分別為16.7%和19.5%。

表2 雅礱河某水文站月徑流量分布表

3 徑流補(bǔ)給源計(jì)算

雅礱河發(fā)源于喜馬拉雅山北坡，高山區(qū)冰雪消融和降雨是河川徑流的主要補(bǔ)給源。徑流在流入雅礱平原后，大量損失于滲漏和蒸發(fā)，山區(qū)是河流的形成區(qū)，而平原是徑流的散失區(qū)。

雅礱河流域中有58%的面積海拔在4 900 m以上，大部分地區(qū)被冰川覆蓋。冰川區(qū)的徑流來自兩個(gè)方面：純冰川消融徑流量（Rl），裸露山坡降水徑流量（Rr），再加上地下水補(bǔ)給的徑流量（Rb），即為總的徑流量（R），即：

純冰川消融量Rl，一般可由花桿資料或輻射平衡的方法確定。本次計(jì)算可據(jù)某水文站提供的水文資料，根據(jù)實(shí)測氣溫、降水資料先確定Rr，然后用直線斜割法分割出地下水補(bǔ)給量Rb，最后確定Rl。裸露山坡降水徑流系數(shù)取0.6。

傳統(tǒng)水文學(xué)上將流量過程劃分為地表徑流、壤中流和地下徑流[2]?；髁恐秆a(bǔ)給河水的地下徑流。在實(shí)際的基流分割中，枯水期因地下徑流量與地表徑流量基本一致，只需要將漲水點(diǎn)以上流量減去即可，對(duì)于無明顯地表徑流匯入的枯季河川徑流量可全部作為基流處理[3]。劉昌明和成立[4]基于月流量將最小月份的作為基流，進(jìn)行了徑流成分的劃分。基于這個(gè)理論，利用某站2009年全年水文特征值，以非消融期徑流量為基準(zhǔn)對(duì)徑流過程線進(jìn)行基流分割，使用基流分割法之直線斜割法，分割出地下水對(duì)雅礱河的補(bǔ)給比例，見圖2。

圖2 基流分割曲線圖

表3 雅礱河徑流組成與其他流域統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比[5]

分割結(jié)果表明地下水平均補(bǔ)給量42%。最后得出某站水文點(diǎn)徑流組成，見表3。在雅魯藏布江河流干流上游及中游上段，以地下水補(bǔ)給為主；中游下段至下游上段，補(bǔ)給形式轉(zhuǎn)為以雨水、融水混合補(bǔ)給；進(jìn)入大峽谷以下暴雨區(qū)，河流以雨水補(bǔ)給為主[5]。而雅礱河處于雅魯藏布江中游上段，徑流以地下水補(bǔ)給為主，說明本次基流分割的比例是合理的。

4 徑流變化機(jī)制分析

河川徑流受氣候、地貌、土壤、植被等自然條件及人類活動(dòng)的耦合作用，在某種尺度上，河流流量特征的季節(jié)模式反應(yīng)了區(qū)域氣候的自然地理?xiàng)l件的綜合效應(yīng)。根據(jù)研究，冰川徑流，溫度與降雨因素與其相關(guān)性極高，因此對(duì)全年的降水量、溫度與徑流量進(jìn)行相關(guān)性分析。

分消融期和非消融期探討徑流變化機(jī)制。根據(jù)水文站提供岸溫資料，4—10月平均氣溫在0℃以上，會(huì)產(chǎn)生一定的冰雪融水，因此確定4—10月為消融期。雅礱河流域降雨主要集中在6—8月，因此消融期又分雨季（7—8月）和非雨季（4—6，9，10月）。

除雨季外徑流與氣溫作相關(guān)分析，線性回歸方程[6]如下：

式中：Q4，Q5，Q6，Q9，Q10分別為各月徑流量；T 表示各月每日溫度；R為復(fù)相關(guān)系數(shù)。

根據(jù)復(fù)相關(guān)系數(shù)R可以看出徑流與氣溫高度相關(guān)。僅在5月，由于當(dāng)月溫度變化幅度較小，流量可能受其他因素的因素影響，使關(guān)系式表現(xiàn)出異常，即相關(guān)系數(shù)極低。雨季前后的一個(gè)月R值達(dá)到最大，說明徑流與氣溫在這段時(shí)間相關(guān)性極高。T的系數(shù)相當(dāng)于度日因子，相當(dāng)于每增加1℃所增加的徑流量。該值隨相關(guān)系數(shù)增加而增加，說明消融強(qiáng)度增加，氣溫對(duì)徑流的貢獻(xiàn)越來越大。

7月開始，印度洋季風(fēng)帶來大量降水，7，8月降水量占全年60%，該時(shí)間段內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于0℃氣溫使得冰雪大量消融，此時(shí)冰雪融水和雨水共同補(bǔ)給徑流，徑流受到氣溫與降水的共同作用。雖然氣溫和降水沒有表現(xiàn)出變化趨勢，但徑流已經(jīng)有很敏感的變化。將7，8月徑流與氣溫降水作多元回歸，方程如下；

同樣由復(fù)相關(guān)系數(shù)R值可以看出徑流與氣溫和降水存在可靠相關(guān)。其中P的系數(shù)相當(dāng)于降雨徑流系數(shù)，相當(dāng)于增加1 mm降水所增加的徑流量，7—8該值由0.316增加到0.485，說明降水對(duì)徑流的貢獻(xiàn)越來越大。另外T的系數(shù)在全年中8月是最大的，8月降水量最多，降雨徑流系數(shù)最大，與該月徑流量為全年最大是一致的。

將非消融期（11—次年3月）的徑流量與溫度、降雨量做了回歸分析，結(jié)果復(fù)相關(guān)系數(shù)過低，說明在這時(shí)間段內(nèi)徑流與溫度和降水關(guān)系不密切。在徑流過程線中可以看出，隨著降水的減少，同時(shí)氣溫低于0℃不足以引起消融，此時(shí)徑流的補(bǔ)給主要是依賴夏季儲(chǔ)存地下水釋放，并受到前期月徑流的共同影響。所以在本次計(jì)算中以非消融期徑流量為基準(zhǔn)對(duì)徑流過程線進(jìn)行基流分割所得到的基流量的比例是合理的。

5 結(jié)語

1）雅礱河流域徑流量年內(nèi)分配特點(diǎn)：汛期較遲，持續(xù)時(shí)間較長，汛期出現(xiàn)在夏季，夏季降水較為集中，占年徑流量的50.4%，年內(nèi)徑流變化較大。

2）運(yùn)用基流分割法之直線斜割法分割雅礱河徑流表明：該徑流補(bǔ)給源以地下水為主，補(bǔ)給量占總徑流量的42%，其次為降水、冰雪融水，補(bǔ)給量分別占總徑流量的30%和28%。

3）消融期非雨季（4—6月、9—10月）河川徑流量的變化與溫度的變化一致：溫度升高，徑流量相應(yīng)地增加，氣溫對(duì)徑流起著積極主導(dǎo)作用。多元回歸方程表明：消融期雨季（7，8月）徑流與氣溫、降水復(fù)相關(guān)，8月徑流量為全年最大。

4）非消融期（11月—次年3月）的徑流與溫度和降水關(guān)系不密切，其主要是由前期儲(chǔ)存于土壤和近地表中的地下水補(bǔ)給，因此受到前期月份的共同作用，其他月份徑流增加的累積使得此期間的變化程度更明顯。

［1］蘇菊.基流分割的簡便計(jì)算法［J］.地下水，2003，25（2）：110-112.

［2］成小松，劉宗義淺析貴州省地下水資源評(píng)價(jià)中的基流分割［J］.貴州水力發(fā)電，2006，20（5）：11-14.

［3］劉昌明，成立.黃河干流下游斷流的徑流序列分析［J］.地理學(xué)報(bào)，2000，55（3）：257-265.

［4］劉天仇.雅魯藏布江水文特征［J］.地理學(xué)報(bào)，1999，54:157-164.

［5］胡小剛等.博格達(dá)山南坡黑溝冰川融水徑流［J］.冰川凍土，1990，12（1）：71-83.

［6］張菲等.喜馬拉雅山北坡卡魯雄曲徑流與氣候變化［J］.地理學(xué)報(bào)，2006，61（11）：1141-1149.