西拉木倫河流域氣候與徑流關系

安 娜，于明洋，吳建華，張新龍

（1.赤峰市氣象局，內(nèi)蒙古赤峰 024000；2.松山區(qū)氣象局，內(nèi)蒙古松山 024500；3.阿魯科爾沁旗氣象局，內(nèi)蒙古天山 025550）

西拉木倫河是赤峰市境內(nèi)流域面積最大、支流最多的河流，流經(jīng)克什克騰旗、林西縣、翁牛特旗、巴林右旗、阿魯科爾沁旗，流域面積32 539.13 km2。2011年7月25日至26日，西拉木倫河支流查干木倫河發(fā)生1 550 m3/s的百年一遇洪水，為新中國成立以來最大值[1]。西拉木倫河洪峰7月27日5時48分到達通遼市臺河口樞紐時，流量為1 424 m3/s，比1998年最高洪峰流量1 378 m3/s多46 m3/s。受7月中下旬連降暴雨影響，流域內(nèi)林西縣、巴林右旗及下游開魯縣等地區(qū)遭受嚴重洪澇災害，部分渠道、防洪壩被沖毀，道路交通受阻，大片耕地和草牧場被沖，造成了巨大的經(jīng)濟損失。開展西拉木倫河流域氣候變化與徑流關系研究，能夠明確西拉木倫河流域氣候變化特征及徑流變化特點，對決策部門合理利用西拉木倫河水資源及依據(jù)氣象預報信息準確完成流域內(nèi)暴雨災害防御部署，有效保護人民生命、財產(chǎn)安全具有重大意義。

1 研究方法

運用回歸統(tǒng)計方法建立西拉木倫河流域氣溫、蒸發(fā)、降水與同期徑流的數(shù)學模型及過程降水與同期徑流量關系的數(shù)學模型[2]。

參照丘蔚天《田頭水赤溪（四）站“06·7”特大洪水降水徑流關系分析》中所介紹方法對流域內(nèi)過程降水、徑流數(shù)據(jù)，進行整理[3]。通過統(tǒng)計對比分析，過程降水影響日數(shù)為10 d，徑流逐日折減系數(shù)選取0.60最為合理。

2 結果與分析

2.1 西拉木倫河流域氣候特征及演變分析

2.1.1 西拉木倫河流域溫度變化特征分析 西拉木倫河流域1995—2012年平均溫度為5.5℃，其中大板6.2℃、林西5.5℃、經(jīng)棚3.5℃、烏丹6.9℃。流域溫度最高年份出現(xiàn)在2007年，年平均溫度為6.6℃，溫度最低年份出現(xiàn)在2012年，為4.1℃。氣溫平均變率（K1＝最大年值/年平均值）為 1.19，氣溫變率（K2＝最大年值/最小年值）為1.61，說明西拉木倫河流域年平均氣溫極值比相差較大，而且平均氣溫年際之間變化較大。從圖1可以看出，1995年以來西拉木倫河流域年平均溫度呈波動下降趨勢，年平均氣溫變化傾向率為每10年-0.31℃。這與程玉琴、吳建華等人研究結果赤峰地區(qū)年平均氣溫呈波動上升趨勢相反[4-7]，通過分析西拉木倫河流域1995—2012年四季溫度變化趨勢可以看出，年平均溫度呈波動下降趨勢主要是由冬季氣溫顯著降低所至。該時段內(nèi)冬季平均氣溫變化傾向率為每10年-1.39，而夏季平均氣溫變化傾向率為每10年0.443℃。

2.1.2 西拉木倫河流域蒸發(fā)量變化特征分析1995—2012年西拉木倫河流域年平均蒸發(fā)量為1 729 mm，其中大板2 070 mm、林西1 641 mm、經(jīng)棚1 608 mm、烏丹1 598 mm。蒸發(fā)量最多的年份為2001年，年降水量為2 115 mm，年最少的年份為2012 年，1 483 mm。蒸發(fā)平均變率（K1＝最大年值/年平均值）為1.22，降水變率（K2＝最大年值/最小年值）為1.43。說明西拉木倫河流域年蒸發(fā)量極值比相差較大，而且蒸發(fā)量年際之間變化較大。通過分析1995年以來西拉木倫河流域年平均溫度資料可以看出（圖2），該流域多年蒸發(fā)量呈波動下降趨勢，平均變化傾向率為每10年-270.37 mm。

2.1.3 西拉木倫河流域降水特征分析 通過分析西拉木倫河流域1995—2012年降水量資料表明，該流域內(nèi)多年平均降水量為349.6 mm，降水量最多的年份為1998年，年降水量為468.5 mm，最少的年份為2007年，為250.8 mm。降水平均變率（K1＝最大年值/年平均值）為1.34，降水變率（K2＝最大年值/最小年值）為1.87。說明西拉木倫河流域年降水量極值比相差較大，而且年降水量年際之間變化較大，但總體仍然表現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢。從圖3可以看出，西拉木倫河流域1995—2012年降水量呈波動減少趨勢，平均降水量變化傾向率為每10年-33.6 mm。

通過對西拉木倫河流域近1995—2012年逐月降水量資料分析可以看出，1月降水量最少為1.5 mm，7月降水量最多為106.8 mm。從圖4可以看出，該流域在5月份開始出現(xiàn)明顯降水，隨后逐漸增加，到7月份達到高峰。統(tǒng)計資料表明：西拉木倫河流域春、夏、秋、冬四季降水量年內(nèi)分配比例依次為：14.2%，69.0%，13.4%，3.4%，進一步說明西拉木倫河流域降水主要集中在夏季。夏季6—8月，多年平均降水量分別為67.8，106.8，66.6 mm。分別占全年的19.4%，35.5%，19.1%。

2.2 西拉木倫河流域徑流特征分析

2.2.1 西拉木倫河流域年內(nèi)徑流特征分析 從圖5可以看出，西拉木倫河流域的年內(nèi)各月徑流總量差異較大，4月、6月、7月、8月徑流總量均在65.5×106m3以上，分別為 83.0×106m3、65.5×106m3、136.1×106m3、90.1×106m3，分別占全年徑流量的15.3%，12.4%，25.5%，16.4%。12月、1月、2月西拉木倫河流域因河水結冰影響徑流，徑流總量在5×106m3以下。其余月份徑流總量基本維持在 20×106～40×106m3。說明西拉木倫河流域的河川徑流的水源是大氣降水，以降雨徑流為主，降雪及冰雪融水徑流占有的比例較小。該流域6月開始出現(xiàn)明顯降水，徑流總量隨之迅速增加，從9月份開始徑流量隨降水量的減少而驟減，3、4月份雖沒有較充足降水但徑流總量卻迅速增加，這與該流域河水冬季結冰而在3、4月份迅速融化出現(xiàn)凌汛有著密切關系。

2.2.2 西拉木倫河流域年際徑流特征分析 1995年以來，西拉木倫河流域平均徑流總量為5.29×108m3，年徑流總量最多的年份為1998年，年徑流總量為 12.68×108m3，年徑流總量最少的年份為2011年，年徑流量為1.78×108m3。根據(jù)年徑流平均變率K1＝2.47和年徑流變率K2＝7.11，徑流離差系數(shù)Cv＝0.51。說明受不同年份降水差異影響，西拉木倫河流域徑流量年際變化較為強烈，極值比懸殊。從圖6可以看出，西拉木倫河流域年徑流總量呈波動減少趨勢，年平均徑流總量變化傾向率為每10年-3.4×108m3。

早在一年前，中國國際經(jīng)濟交流中心學術委員會副主任、國家開發(fā)銀行原副行長劉克崮就召集了來自社科院財經(jīng)戰(zhàn)略研究院、中國財政科學研究院等財稅專家，成立了“個人所得稅改革研究課題組”，歷時一年，搜集了國內(nèi)外的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，對個稅改革進行了深入研究。

2.3 西拉木倫河流域氣候與徑流關系研究

2.3.1 西拉木倫河流域氣候與徑流總量之間的關系降水和徑流是水文循環(huán)中的兩個必要環(huán)節(jié)，二者相互影響，不可以單獨存在，徑流總量與降水量的變化趨勢存在明顯的同步性[8]。同樣一段時期內(nèi)氣溫、蒸發(fā)的波動變化與徑流總量之間也存在著明顯的相關性。運用回歸分析手段，對西拉木倫河流域多年氣溫、蒸發(fā)量、降水量與同期徑流總量進行同步比較分析，構建數(shù)學回歸模型。通過回歸分析得出西拉木倫河流域年徑流總量與同期氣溫、蒸發(fā)量、降水量的數(shù)學模型如下：

式中：Y為年徑流總量，×106m3；X1為年平均溫度，℃；X2為年蒸發(fā)量，mm；X3為年降水量，mm。

從上述模型中可以看出，西拉木倫河年徑流總量變化與氣候條件存在著明顯的正相關性，這與吳建華研究結果基本趨于一致[9]。即西拉木倫河流域年徑流量隨著年際氣溫、蒸發(fā)量、降雨量的增高（或降低）而增加（或降低）。

2.3.2 過程降水量和雨強組合因子與徑流量關系降水天氣過程的降水強度及前期降水的豐沛程度與徑流量的大小有著直接關系[2，8]，選取西拉木倫河最主要支流查干木倫河為研究對象，研究過程降水量和雨強等的組合因子與同期徑流量關系。該流域內(nèi)有索博日嘎、五十家子、新林、官地、林西、大板共6個自動雨量觀測站點，水文資料站點為大板站。

受自動雨量觀測站數(shù)據(jù)積累年限限制，選取了查干木倫河流域2009年以來的主要降水天氣過程進行分析研究。通過分析近年降水與數(shù)據(jù)可以看出，只要流域內(nèi)有暴雨或大暴雨出現(xiàn)，徑流量都會明顯增加（表1）。2011年7月16日，索博日嘎站降大暴雨，大板水文站徑流量由0突增至42.2 m3/s，7月18日大板站降大暴雨，徑流量由前一日的19.7 m3/s猛增至60.7 m3/s，7月24日新林、官地、林西三個站點降暴雨，徑流量則由前一日的7.8 m3/s增至451.0 m3/s，7月25日新林、林西降暴雨，索博日嘎、大板降大暴雨，徑流量猛增至1 020.0 m3/s。暴雨導致徑流量劇增，必會引發(fā)洪澇災害，所以流域內(nèi)有暴雨出現(xiàn)時必須要加強洪澇災害的預防。當流域內(nèi)沒有暴雨及以上量級降水出現(xiàn)時，徑流變化則明顯減弱，同樣也不會造成太大的洪澇災害。

通過回歸分析分別得出了西拉木倫河流域有無暴雨天氣過程降水與同期徑流量關系的數(shù)學模型：

式中：Q為過程徑流量，×106m3；P為過程影響雨量，mm。

3 討論與結論

通過分析西拉木倫河流域1995—2012年氣候資料，表明該流域內(nèi)年平均氣溫、蒸發(fā)量、降水量均呈波動下降趨勢，流域內(nèi)極值比相差較大，年際之間變化較大。西拉木倫河流域降水主要集中在夏季，夏季降水量占年降水總量的70%左右。

西拉木倫河流域徑流的水源主要是大氣降水，以降雨徑流為主，降雪及冰雪融水徑流占有的比例較小。該流域6月開始出現(xiàn)明顯降水，徑流總量隨之迅速增加，4月，6月，7月，8月徑流總量均在65.5×106m3以上，分別占全年徑流量的15.3%，12.4%，25.5%，16.4%，從9月份開始徑流總量隨降水量的減少而驟減，3、4月份雖沒有較充足降水但徑流總量卻迅速增加，這與該流域河水冬季結冰而在3、4月份迅速融化出現(xiàn)凌汛有著密切關系。受不同年份降水差異影響，西拉木倫河流域徑流總量年際變化較為強烈，極值比懸殊。西拉木倫河流域年徑流總量呈波動減少趨勢，年平均徑流總量變化傾向率為每10 年-3.4×108m3。

西拉木倫河流域年徑流總量變化與氣候條件存在著明顯的正相關性，即西拉木倫河流域年徑流總量隨著年際氣溫、蒸發(fā)量、降雨量的增高（或降低）而增加（或降低）。

受研究資料年限長度限制，只對1995—2012年氣候、徑流特征進行了分析研究，研究結果雖能較客觀地反映出西拉木倫河流域該時段內(nèi)氣候與徑流特征關系，但研究成果是否能夠真實反映西拉木倫河流域長期氣候尺度的氣候與徑流特征關系，還有待于進一步研究探討。另外研究區(qū)域內(nèi)植被狀況、土壤水分情況都會對徑流產(chǎn)生影響，這一方面今后還需要進一步探索和論證。

表1 2009—2012年以來主要降水情況

參考文獻：

［1］郝佳麗.新開河潰口成功合龍西遼河流域特大洪水值超1998 年［N］.北方新報，2011-8-1（2）.

［2］鄔昀，陳海山，倪東鴻.三峽庫區(qū)降水-徑流關系及徑流量預報模型研究［J］.氣象與減災研究，2010，3（33）：46-52.

［3］丘蔚天，韓學軍.田頭水赤溪（四）站“06·7”特大洪水降水徑流關系分析［J］.人民珠江，2007（5）：13-15.

［4］辛寶楨，楊桂英，王 耕.近五十年來赤峰氣候變化及其對生態(tài)環(huán)境的影響［J］.環(huán)境科學與管理，2011（6）：39-43.

［5］李俊有，王志春.赤峰市氣候變化及其對水資源的影響［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2006（4）：60-63.

［6］程玉琴，張少文.赤峰地區(qū)近51年來的氣候變化特點分析［J］.內(nèi)蒙古氣象，2003（1）：22-23.

［7］吳建華，李俊有，王志春，等.赤峰市近60年氣溫變化特征分析［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2013（2）：101-103.

［8］郭漢清，洪堅平，張 勇.文峪河流域降水和徑流關系初探［J］.黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院學報，2011，24（1）：1-2.

［9］吳建華，安 娜，季 飏，等.西拉木倫河流域降水和徑流特征分析［J］.內(nèi)蒙古氣象，2004（4）：23-24.