天山北坡金溝河流域降水特性及變化規(guī)律分析

程同福

(新疆石河子水文勘測局， 新疆 石河子　832000)

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水文水資源

天山北坡金溝河流域降水特性及變化規(guī)律分析

程同福

(新疆石河子水文勘測局， 新疆 石河子832000)

摘要：大氣降水是地表、地下水的補給來源，降水量的多少反映了當?shù)厮Y源的豐枯狀況，對河流及區(qū)域水資源的形成產(chǎn)生重要的影響。采用金溝河流域4個雨量站的實際觀測降水量資料,對該流域多年降水量的年內(nèi)、年際時空變化規(guī)律及山區(qū)、出山口、平原的空間分布規(guī)律進行了分析計算和總結。分析結果可為當?shù)胤姥凑{(diào)度和水資源管理借鑒。

關鍵詞：時空分布；演變規(guī)律；特性分析； 金溝河流域

1研究背景

金溝河流域位于天山北麓中段、準噶爾盆地西南緣，深處歐亞大陸腹地，遠離海洋，是內(nèi)陸干旱、半干旱地區(qū)。該流域地形高差變化大 (最大高差近5 000 m)，南北跨越緯度范圍較廣，具有大陸性和垂直分帶氣候特征，山區(qū)與平原區(qū)氣候差異很大。金溝河流域平原區(qū)降水較少，但山區(qū)隨高程的增加，降水量呈明顯增加趨勢，所以山區(qū)降水量較平原多，水汽主要來自大西洋的西風氣流。西風氣流從大西洋往東經(jīng)波德、東歐等平原直達天山山脈，中間除零星丘陵外，沒有高山阻擋，形成了一條水汽通道。新疆西部、西北部山脈，有幾處海拔較低的缺口，因此下層西風氣流亦能進入北疆，受天山山體的影響，來自西方和西北方的氣流在海拔2 000 m以上山區(qū)形成較多的降水。大氣降水是地表、地下水的補給來源，降水量的多少反映了當?shù)厮Y源的豐枯狀況，對河流及區(qū)域水資源有著重要的影響[1-4]。

2基本資料

按《水資源評價導則》要求，對所收集的實測資料進行了逐站、逐年審查，發(fā)現(xiàn)水文、氣象年鑒中有部分刊印和計算方面的錯誤。對于這些錯誤，通過查閱原始資料的方法進行逐一核實改正。對特大、特小值也進行了分析考證，評價其合理性。至于觀測方面的問題，由于站點稀少，地形差異較大，再加上本地一次降水量不大，對個別資料雖有質(zhì)疑也未作改動。

通過搜集金溝河流域降水量資料統(tǒng)計，共收集到流域內(nèi)3處及流域下游準噶爾荒漠邊緣地帶的1處降水觀測站點資料。在進行基本資料統(tǒng)計時，由于水文站常有上、下游遷移情況，降水量觀測點也隨同遷移，當遷移距離不超過10 km或兩地對比觀測資料之差不超出年降水量小的觀測點的±5%時，均按一站統(tǒng)計。金溝河流域選用雨量站基本情況見表1。

2.1資料的插補和延長

流域內(nèi)降水觀測站資料參差不齊，資料系列較短。4個選用站共有實測資料172站年，為使各選用站資料達到1956～2014年的同步系列，本次分析評價中，對八家戶水文站、沙灣氣象站的降水量資料進行了插補延長，相關系數(shù)均通過信度α=0.001的統(tǒng)計檢驗。

2.2系列代表性分析

降水量資料系列的代表性，直接影響到水資源的評價精度。因此，選擇區(qū)內(nèi)具有長期觀測資料的雨量代表站，采用數(shù)理統(tǒng)計法分析年降水量的多年變化規(guī)律及其統(tǒng)計參數(shù)的穩(wěn)定性，作出分析評價，可為合理選用水文系列提供依據(jù)。

采用分段統(tǒng)計法，分析不同年代時段平均降水量的變化情況；采用年降水量模比系數(shù)差積平均、多雨期與少雨期和連豐期與連枯期統(tǒng)計分析，了解豐、枯水年變化情況；采用長短系列統(tǒng)計參數(shù)對比分析法和年降水量模比系數(shù)累計平均值曲線法分析評價統(tǒng)計參數(shù)的穩(wěn)定歷時，從而評價短系列參數(shù)的穩(wěn)定性及其代表性。

選擇區(qū)內(nèi)具有長期觀測資料的雨量代表站，采用數(shù)理統(tǒng)計法分析年降水量的多年變化規(guī)律及其統(tǒng)計參數(shù)的穩(wěn)定性；研究不同年代時段平均降水量的變化情況，采用年降水量模比系數(shù)差積平均、多雨期與少雨期和連豐期與連枯期統(tǒng)計分析，了解豐、枯水年群變化情況。

2.3資料計算

2.3.1均值的計算和確定

對經(jīng)插補展延具備1956～2012年同步期年降水量系列的站點，系列均值一律采用算術平均值，多年系列也采用算術平均值。中紅山頭水文站資料系列不滿25 a的，用比值法進行訂正，因為站點稀少，訂正系數(shù)采用單站計算值，為1.043。再采用比值法進行系列均值計算：

同志們，做好新時期水利財務工作使命光榮，責任重大。我們要深入貫徹落實科學發(fā)展觀，積極進取，扎實工作，不斷取得水利財務工作新成效，為水利科學發(fā)展、和諧發(fā)展、跨越發(fā)展作出新貢獻！

(1)

其中：

(2)

2.3.2Cv和Cs值的計算和確定

首先用矩法進行估算，然后用適線法調(diào)整確定以減小抽樣誤差。單站適線時盡可能覆蓋全部點據(jù)，當配線困難時，主要考慮使中、下部點據(jù)擬合較好。

計算Cv值與適線Cv值相差不超過0.05，適線Cv值稍大些。而用矩法公式計算Cs抽樣誤差特大，且無規(guī)律可循，由此得出直接由資料算得的Cs值，它的抽樣誤差太大，難以應用，故根據(jù)頻率計算適線選定Cs/Cv倍比。選用站點統(tǒng)計參數(shù)計算成果見表3。

2.4各分區(qū)不同頻率年降水量

采用本區(qū)域及相鄰區(qū)域內(nèi)的雨量站資料，推求各分區(qū)逐年降水量系列。根據(jù)流域內(nèi)降水站點分布情況，選擇八家戶站為山區(qū)代表站；沙灣站、炮臺站為平原區(qū)代表站，分別推求出金溝河流域山區(qū)、平原區(qū)年降水量系列。依據(jù)各分區(qū)年降水量系列進行頻率分析計算，求得各分區(qū)不同頻率的年降水量(見表4)。金溝河流域1956～2014年年降水量頻率曲線見圖1。

3降水特性

該流域內(nèi)的降水分布特征表現(xiàn)為山區(qū)多于平原，春夏季多于秋冬季，年際變化不大。

3.1降水量空間分布

金溝河流域分布在依連哈比爾尕山山脈和準噶爾盆地兩個大的地貌單元上，流域最高點5 256 m。依連哈比爾尕山是北天山的主脈，山體高度一般在海拔4 000 m以上，山脈呈東西向排列，有利于西風氣流的進入。來自西方和北方的氣流在北坡遇高山阻擋抬升，水汽絕熱冷卻，在森林帶上下線中山區(qū)形成較多降水，年降水量在500 mm左右。此外，進入伊犁河谷的西風氣流，沿伊犁河支流哈什河谷東進河源分水嶺，氣流抬升，翻越天山后與北坡的西風氣流匯合，在高山區(qū)形成800 mm以上的降水高值區(qū)。降水量區(qū)域內(nèi)差異較大，山區(qū)多、平原少。各站實測多年平均降水量變化為150～400 mm。位于天山山地的八家戶水文站，實測年最大降水量528.3 mm(2012年)，32 a平均值為369.6 mm；而位于古爾班通古特沙漠邊緣的炮臺氣象站57 a平均值151.9 mm，最大年降水量為2004年的273.7 mm，最少的1967年年降水量僅為60.2 mm。降水量隨海拔高度增加而增加，垂直變化明顯，高程每增高100 m，降水量增加23 mm左右。

3.2降水量年內(nèi)分配

降水的年內(nèi)分配受水汽條件和地理位置的影響，山區(qū)連續(xù)最大4個月降水量占年降水量的百分率略大于平原。根據(jù)統(tǒng)計結果，金溝河流域降水觀測站各季降水量占年降水量的百分率為:春季占30%～36%；夏季占30%～45%；秋季占17%～23%；冬季占7%～15%。最大月降水量大約占年降水量的13.7～17.2%,出現(xiàn)在5～7月；最小月降水量出現(xiàn)在1月或2月，降水量占年降水量的2.0%～4.1%。

3.3降水量年際變化

用年降水量變差系數(shù)Cv值來表示年降水量的相對變化輻度，Cv值大，其多年變化輻度也大。金溝河流域年降水變差系數(shù)Cv值為0.22～0.35，年際變化較穩(wěn)定，平原略大于山區(qū)。降水量的多年變化若以最大年與最小年的比值來表示，金溝河流域各站最大年與最小年的比值在2.18～4.55之間，山區(qū)比值小，平原比值略大，而且倍比值有從平原至山區(qū)逐漸變小的趨勢。由此可見，流域降水量的年際變化是比較平穩(wěn)的。全流域具有自南向北，年降水量逐漸減少的趨勢。

4結語

金溝河降水量年際變化不大，少雨年和多雨年交替出現(xiàn)；豐、枯變化頻繁，且有連續(xù)數(shù)年降水偏多或偏少的現(xiàn)象，隨著系列年限的增長，降水系列均值漸趨穩(wěn)定。對長短系列對比分析表明，該流域降水量年際變化不大，年降水量系列達30 a以上時，各短系列降水量均值與長系列均值誤差不超過±3%。從頻次分析和長短系列參數(shù)誤差分析可知：系列n=44(1971～2014年)的年降水量系列豐、偏豐、平、偏枯、枯水5種年型出現(xiàn)頻次較接近于總體分布。

參考文獻：

[1]張弘，張青山，高文元.蒲石河流域降水特性分析[J].東北水利水電，2011(5):76-78.

[2]彭鎖瑞.石羊河流域降水特性分析[J].甘肅水利水電技術，2012(7):103-104.

[3]董奎.金溝河流域氣溫、降水、徑流的變化趨勢[J].水利科技與經(jīng)濟， 2009(6): 54-56.

[4]王欣，覃光華，李紅霞.雅魯藏布江平流年徑流變化趨勢及特性分析[J].人民長江，2016，47(1)：23-26.

(編輯：李慧)

收稿日期：2016-02-16

作者簡介：程同福，男，新疆石河子水文勘測局，高級工程師.

文章編號：1006-0081(2016)05-0008-03

中圖法分類號：P332.1

文獻標志碼：A