臺(tái)蘭河流域水文過程對(duì)氣候變化的響應(yīng)分析

田　龍

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊　830000)

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臺(tái)蘭河流域水文過程對(duì)氣候變化的響應(yīng)分析

田龍

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊830000)

摘要：設(shè)置3種氣候變化情景，依托含融雪結(jié)構(gòu)的新安江模型，利用2003—2009年逐日水文氣象資料，對(duì)臺(tái)蘭河流域進(jìn)行徑流模擬，以此預(yù)測(cè)在氣候變化下該流域的水文過程變化情況，為今后進(jìn)一步研究氣候變化下所產(chǎn)生的影響提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氣候變化；新安江模型；融雪結(jié)構(gòu)；臺(tái)蘭河流域

隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，全球的氣候也隨之有著明顯的變化，在氣候變化情況下，流域水文過程將做出何種響應(yīng)是水利專家學(xué)者共同關(guān)注的問題[1-2]。新疆的主要河流都發(fā)源于高寒山區(qū)，該區(qū)域?qū)夂蜃兓憫?yīng)強(qiáng)烈，一旦徑流變化劇烈，對(duì)下游將產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此對(duì)氣候變化下水文過程的響應(yīng)研究有著現(xiàn)實(shí)意義。

1數(shù)據(jù)與方法

1.1研究區(qū)概況

臺(tái)蘭河流域位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)：東經(jīng)80°21′44″～81°10′44″，北緯40°41′44″～42°15′13″之間，發(fā)源于西南天山托木爾峰南麓，上游由大臺(tái)蘭河、小臺(tái)蘭河在距出山口前8 km處匯合后稱臺(tái)蘭河，流域總面積為5 146 km2，其中山區(qū)面積為1 324 km2[3-4]。研究區(qū)地理位置及站點(diǎn)分布見圖1。

1.2水文與氣象資料

圖1　研究區(qū)地理位置及站點(diǎn)布設(shè)情況圖

研究區(qū)內(nèi)有1個(gè)水文站2個(gè)氣象站，即：臺(tái)蘭水文站、塔格拉克氣象站和小臺(tái)蘭氣象站。其中臺(tái)蘭站是國(guó)家基本水文站，資料可靠，收集到2003—2009年的日降水、氣溫和徑流資料；塔格拉克和小臺(tái)蘭氣象站由于建站時(shí)間過短，并且與現(xiàn)有臺(tái)蘭水文站資料不同期，故選擇臺(tái)蘭站2003—2009年的水文氣象資料用于模型參數(shù)的率定與模型結(jié)果的檢驗(yàn)。

1.3模型的建立

含融雪模塊的新安江模型結(jié)構(gòu)見圖2[5]，為了提高模型的精度，對(duì)流域進(jìn)行分帶處理，分帶信息見表1。

表1　流域分帶信息表

圖2　含融雪模塊的新安江模型結(jié)構(gòu)圖

1.4氣候情景設(shè)計(jì)

根據(jù)臺(tái)蘭水文站1958—2010年水文氣象資料，通過Mann-Kendall趨勢(shì)分析可知，氣溫在四季以及年的時(shí)間尺度上均表現(xiàn)出明顯上升的趨勢(shì)；降水在春季表現(xiàn)為減少趨勢(shì)，而在夏秋冬季均表現(xiàn)為上升趨勢(shì)。由此，設(shè)定以下3種方案對(duì)臺(tái)蘭河流域徑流在氣候變化下如何響應(yīng)進(jìn)行分析。

方案1：氣溫保持不變，降水量比實(shí)測(cè)增加或減少20%；

方案2：降水量保持不變，氣溫增加1 ℃或2 ℃；

方案3：氣溫增加1 ℃降水同時(shí)增加20%或氣溫增加2 ℃同時(shí)降水增加20%[6]。

2結(jié)果與分析

2.1模型參數(shù)的確定

通過2003—2009年水文氣象資料，運(yùn)用含融雪模塊的新安江模型進(jìn)行水文模擬，模型主要參數(shù)及取值見表2[7]。

表2　模型主要參數(shù)匯總表

2.2模型檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

(1) 徑流過程平均誤差(ABS)，模擬與實(shí)測(cè)徑流過程線的吻合程度。

(1)

(2)ΔW反映了模擬時(shí)間段內(nèi)實(shí)測(cè)水量與計(jì)算水量的誤差，以校正模擬過程中總水量的偏差。

(2)

式中:n是模擬時(shí)段數(shù)；Q測(cè)(i)、Q模(i)分別是第i時(shí)段的實(shí)測(cè)流量與模擬流量[7]。

2.3模擬結(jié)果與分析

根據(jù)已設(shè)3種情景模式進(jìn)行水文模擬，以此分析徑流在氣候變化下的響應(yīng)。由于篇幅限制，在文中方案1、方案2、方案3只列出2005—2006年的模擬結(jié)果。

2.3.1方案1

氣溫保持不變，降水量增加或減少20%。

根據(jù)方案1的情景設(shè)置進(jìn)行水文過程模擬，模擬結(jié)果見圖3、4。

圖3　方案1降水改變前后徑流模擬圖

圖4　方案1降水改變前后徑流量對(duì)比圖

在氣溫以及其它參數(shù)不變的情況下，運(yùn)用新安江模型模擬降水減少20%和增加20%的徑流過程。從圖3、4以及表3可以看出，降水增加20%，徑流量反而減少了10.39%；降水減少20%，徑流量減少了28.3%，由此降水的增減與徑流并沒有明顯的相關(guān)性，降水增加與降水減少的徑流過程線趨勢(shì)基本一致。

表3　方案1模擬年徑流量　/億m3

2.3.2方案2

降水量保持不變，氣溫增加1 ℃或2 ℃。

根據(jù)方案2的情景設(shè)置進(jìn)行水文過程模擬，模擬結(jié)果見圖5、6。

圖5　方案2氣溫改變前后徑流模擬圖

在降水以及其它參數(shù)不變的情況下，運(yùn)用新安江模型模擬氣溫增加1 ℃和增加2 ℃的徑流過程。從圖5、6以及表4可以看出，氣溫增加1 ℃，徑流量增幅3.35%；氣溫增加2 ℃，徑流量增幅15%，由此可見，氣溫的變化影響了冰川以及融雪的消融量，氣溫增加1 ℃與氣溫增加2 ℃的徑流過程線趨勢(shì)基本一致。由此可以看出，氣溫的增高對(duì)發(fā)源于山區(qū)的河流有很大的影響。

圖6　方案2氣溫改變前后徑流量對(duì)比圖

表4　方案2模擬年徑流量　/億m3

2.3.3方案3

降水量增加20%，氣溫增加1 ℃或2 ℃。

根據(jù)方案3的情景設(shè)置進(jìn)行水文過程模擬，模擬結(jié)果見圖7、8。

圖7　方案3氣溫降水改變前后徑流模擬圖

圖8　方案3氣溫降水改變前后徑流量對(duì)比圖

在其它參數(shù)不變的情況下，運(yùn)用新安江模型模擬氣溫增加1 ℃降水增加20%和氣溫增加2 ℃降水增加20%的徑流過程。從圖7、8以及表5可以看出，氣溫增加1 ℃降水增加20%，徑流量平均增幅2.73%；氣溫增加2 ℃降水增加20%，徑流量平均增幅5.50%，由此可見，氣溫與降水均改變影響了冰川以及融雪的消融量，然而增幅沒有方案2明顯，這表明降水的增加在某種程度上抑制了徑流的增加。

表5　方案3模擬年徑流量　/億m3

3結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)臺(tái)蘭河流域水文數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，氣溫具有明顯的上升趨勢(shì)，而降水的變化仍具有不確定性。文中設(shè)置2種氣候變化情景，依托含融雪結(jié)構(gòu)的新安江模型，利用2003—2009年逐日水文氣象資料進(jìn)行徑流模擬研究，模擬結(jié)果如下：降水的增加與減少對(duì)徑流的影響并沒有明顯的相關(guān)性；氣溫升高1 ℃和2 ℃的情況下，流域徑流量增幅較大，氣溫升高2 ℃較氣溫升高1 ℃的徑流量增幅更大；氣溫與降水均增加，流域徑流量增大，但增幅較方案2小。由此可以看出，降水對(duì)徑流量的影響并沒有明顯的相關(guān)性，而氣溫的升高影響了冰雪的消融量，與徑流量表現(xiàn)出很好的相關(guān)性。

參考文獻(xiàn):

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Analysis on Response of Hydrological Course in Tailan River Catchment to Climate Change

TIAN Long

(Xinjiang Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Urumqi830000,China)

Abstract:Runoff in the Tailan River catchment is simulated by application of the daily hydrological data in 2003 through 2009 in three cases of climate change and based on the Xin'anjiang model with snow thawing structure so as to forecast the hydrological course change of the catchment in condition of climate change, and provide the future study on affects caused by the climate change with theoretical basis.

Key words:climate change; Xin'anjiang model; snow thawing structure; Tailan River catchment

中圖分類號(hào)：P334.92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.001

作者簡(jiǎn)介：田龍(1988- )，男，陜西省渭南市人，助理工程師，主要從事水文水資源研究工作.

收稿日期：2015-03-19

文章編號(hào)：1006—2610(2016)01—0001—04