渭干河流域水面蒸發(fā)和干旱指數(shù)分析

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

渭干河流域水面蒸發(fā)和干旱指數(shù)分析

李興金

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

地處新疆天山南部的渭干河流域，為干旱區(qū)、半干旱區(qū)，水資源較為緊缺。通過分析渭干河游域地理氣候情況，對渭干河流域水面蒸發(fā)隨時空、地區(qū)和年內(nèi)、年際的變化結(jié)果進行了探討擬合，根據(jù)水文特性，從而確定其干旱指數(shù)變化規(guī)律，研究得出：總的趨勢是干旱指數(shù)由北向南逐漸增大；且干旱指數(shù)隨著降水量的減少而增加，隨著水面蒸發(fā)量的增加而增加。為該區(qū)域農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、水資源開發(fā)和水利工程建設(shè)提供參考。

渭干河流域；水面蒸發(fā)；干旱指數(shù)；變化規(guī)律

1 概況

渭干河流域位于南疆北部，天山中段南麓。北以天山主脈為界與新疆伊犁河谷相望，南至塔里木河干流，東為庫車河流域，西與阿克蘇地區(qū)溫宿縣喀拉玉兒滾為鄰，山區(qū)面積約22 000 km2。渭干河流域由木扎提河、卡普斯浪河、臺勒維丘克河、卡拉蘇河、克孜爾河5條支流匯合而成，均源于天山南坡，單獨出流，匯集于拜城盆地克孜爾水庫，干流全長452 km，從千佛洞出口后呈輻射狀分布，形成長64 km，寬160 km的山前大型沖洪積扇，其面積達8 281.8 km2。其氣候分別為山地高寒偏濕半濕潤氣候區(qū)、山間盆地干旱區(qū)和平原溫熱干旱區(qū)。其中:北部中高山區(qū)隨著山勢的增高，氣溫遞減而降雨遞增，大致每升高100 m年平均氣溫降低0.53℃，年平均降水量增加2.5 mm。拜城盆地和黒英山盆地年平均氣溫7.6℃。多年平均降水量172 mm，年蒸發(fā)量1 538.5 mm。

2 水面蒸發(fā)分析

2.1 水面蒸發(fā)概述

蒸發(fā)是一項十分重要的水文因素，一般分為水面蒸發(fā)和陸面蒸發(fā)。水面蒸發(fā)包括多種水體如湖泊、水庫、河道、渠系等水面蒸發(fā)以及冰川、積雪的冰面和雪面蒸發(fā)，它是反映不同區(qū)域水面蒸發(fā)能力的指標。陸面蒸發(fā)量指的是一個地區(qū)或流域總的蒸散發(fā)量，包括有水面蒸發(fā)，土壤蒸發(fā)，潛水蒸發(fā)以及植物蒸騰；影響陸面蒸發(fā)量的因素很多也很復雜，除上述氣象因子外，還涉及區(qū)域地下水埋深、土壤巖性、植物種類等等，目前工作中以水量平衡原理分析計算求出其值。

渭干河10個蒸發(fā)觀測站點主要采用Φ20cm蒸發(fā)皿觀測蒸發(fā)量，通過折算系數(shù)法將Φ20cm蒸發(fā)皿觀測數(shù)值折算成E601蒸發(fā)器數(shù)值，計算自然水體水面蒸發(fā)量。

2.2 水面蒸發(fā)量時空分布

渭干河流域水面蒸發(fā)量的地區(qū)分布主要受氣溫、水氣壓、相對濕度及風力等因素的綜合影響，各地有明顯差異。一般在低溫較濕潤地區(qū)的水面蒸發(fā)量小。在高溫、干燥區(qū)的水面蒸發(fā)量大。在相對濕度、風力小的地區(qū)水面蒸發(fā)量小，在相對濕度小，風力大的區(qū)域水面蒸發(fā)量大。根據(jù)選用站資料分析，渭干河流域年水面蒸發(fā)量在地區(qū)分布上具有年際變化較小但年內(nèi)分配不勻的時空分布特點。

2.3 水面蒸發(fā)量地區(qū)分布

渭干河流域多年平均年水面蒸發(fā)量值在858.9～1 670.9 mm，選用站中年水面蒸發(fā)量最大的破城子站，其年水面蒸發(fā)量為1 670.9 mm，最小的是拜城氣象站，年水面蒸發(fā)量858.9 mm。從各站點水面蒸發(fā)量大小分布來看，在渭干河流域，西部地區(qū)年水面蒸發(fā)量略大于東部地區(qū)，盆地四周大于盆地中心，中低山區(qū)大于低山區(qū)。選用站多年平均年水面蒸發(fā)量見表1。

2.4 水面蒸發(fā)量年內(nèi)變化

渭干河水面蒸發(fā)量的年內(nèi)變化與氣溫、風速及降水的季節(jié)變化關(guān)系十分密切，受年內(nèi)溫度、濕度及風的影響，加之本區(qū)氣溫月較差高達40℃左右，故夏季高溫多雨時節(jié)，水面蒸發(fā)量也較大，占到全年水面蒸發(fā)量的50%左右，冬季氣溫較低，期間水面蒸發(fā)量僅占年水面蒸發(fā)量的3%～5%左右，春季水面蒸發(fā)量大于秋季。選用站水面蒸發(fā)量最大月均發(fā)生在7月，其值占全年的15%～18%，水面蒸發(fā)量最小月均發(fā)生在冬季的1、2或12月，水面蒸發(fā)量最小月的值僅占全年值的1%左右。山區(qū)與平原區(qū)相比，年內(nèi)月水面蒸發(fā)量變化基本一致。選用站水面蒸發(fā)量月分配統(tǒng)計見表2，季節(jié)變化特征見表3。

選用站連續(xù)最大四個月水面蒸發(fā)量均發(fā)生在5—8月，與降水量和徑流量的連續(xù)最大四個月發(fā)生時間基本一致，5—8月水面蒸發(fā)量占全年水面蒸發(fā)量的比重多大于60%，最高的是黑孜水庫站，占全年的70.5%，最低的新和氣象站占59.4%，最高與最低比重值相差不大。5—8月各月間水面蒸發(fā)量也比較接近，最大月7月水面蒸發(fā)量是最小月水面蒸發(fā)量的12～28倍，各站4月—9月蒸發(fā)量占到全年的80%以上?？梢钥闯?，渭干河流域年內(nèi)蒸發(fā)是非常集中的，從另一方面來說，這對農(nóng)作物生長是不利的。

2.5 水面蒸發(fā)量年際變化

對渭干河各站年水面蒸發(fā)量1980—1989年系列、1990—1999年系列、2000—2007年系列均值對比發(fā)現(xiàn)，3個時段各站水面蒸發(fā)量變化不一，各時段內(nèi)有增有減，但總的來說，除庫車氣象站外其它站變化幅度不大，選用站水面蒸發(fā)量不同時段變化統(tǒng)計見表4。

表1 選用站蒸發(fā)量及水面蒸發(fā)統(tǒng)計表 mm

表2 選用站水面蒸發(fā)量月分配一覽表 %

表3 選用站水面蒸發(fā)量季節(jié)分配一覽表

表4 選用蒸發(fā)站點水面蒸發(fā)量不同時段變化分析表 %

通過分析，從具有較長蒸發(fā)量資料系列的拜城氣象站數(shù)據(jù)可以看出，1959—1979年段水面蒸發(fā)量較多年平均值偏多6.73%，而1971～2007年和1980～2007年段，水面蒸發(fā)量較多年平均值減少4%～6%，說明80年代以來隨著降水量的增加，空氣濕度有所增大，渭干河山區(qū)水面蒸發(fā)量出現(xiàn)了減小的趨勢，這與天山山脈中部降雨量普增趨勢是相一致的,見表5拜城站不同長度系列蒸發(fā)量變化分析。

由于影響水面蒸發(fā)的氣象要素年際變化不大，因此決定了水面蒸發(fā)量年際變化也相對較小。表5列出評價區(qū)選用資料系列較長站拜城站的不同長度系列水面蒸發(fā)量變差系數(shù)Cv值，由表可見，不同長度系列水面蒸發(fā)量Cv值在0.09～0.12之間，說明水面蒸發(fā)量的年際變化較小，長系列資料統(tǒng)計最大年蒸發(fā)量與最小年蒸發(fā)量的比值為1.72，與1980～2007年系列的最大、最小比1.49相差不大。

3 干旱指數(shù)分析

干旱指數(shù)是反映各地氣候干濕程度的指標。以年蒸發(fā)能力與年降水量之比表示，即r=E0/P。水面蒸發(fā)能力以E601蒸發(fā)量代表。當蒸發(fā)能力超過降水量，即r>1.0時，說明該地區(qū)偏于干旱，r愈大干旱程度就愈嚴重；反之r<1.0時，說明該地區(qū)氣候濕潤。因此一般用干旱指數(shù)來進行氣候的干濕分帶，十分濕潤<0.5，濕潤0.5～1.0，半 濕 潤1～3，半 干 旱3～7，干 旱>7，渭干河流域干旱指數(shù)在地區(qū)分布上變化范圍較大，最低值為破城子站的4.7，最大值為沙雅氣象站站，達到16.9。根據(jù)各站實測資料計算的干旱指數(shù)列于表7。其分布規(guī)律是，中高山區(qū)小，低山區(qū)大，盆地中心小，總的趨勢是干旱指數(shù)由北向南逐漸增大；且干旱指數(shù)隨著降水量的減少而增加，隨著水面蒸發(fā)量的增加而增大。

在各河發(fā)源的中高山地帶，干旱指數(shù)一般在1～3之間，大體對應于年降水量為600 mm以上的區(qū)域，在氣候上屬半濕潤地區(qū)。中低山地帶，如破城子、卡木魯克站，干旱指數(shù)一般在3～7之間，低山區(qū)如黑孜水庫、蘭干站、卻勒塔克山嶺一帶干旱指數(shù)大于7，對應于其年降水量也在150 mm以下；盆地中心地區(qū)干旱指數(shù)一般在3～7之間，屬半干旱地區(qū)，此區(qū)為渭干河流域山區(qū)人類活動的主要范圍。從干旱指數(shù)規(guī)律可以看出，渭干河的干旱變化，不是氣候變化，而是人類活動對自然進行地改造，形成了干旱區(qū)獨特的自然景觀—灌溉綠州，使自然生態(tài)環(huán)境發(fā)生了很大的變化。

表5 拜城站不同長度系列蒸發(fā)量變化分析

4 結(jié)語

蒸發(fā)是水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是地表水，地下水的主要影響因素，同時而是旱澇災害的直接影響因素。從渭干河流域各站點水面蒸發(fā)量大小分布來看，西部地區(qū)年水面蒸發(fā)量略大于東部地區(qū)，盆地四周大于盆地中心，中低山區(qū)大于低山區(qū)。干旱指數(shù)是采用主要氣候因子反映自然環(huán)境的主要指標。渭干河流域的廣大地區(qū)為干旱區(qū)、半干旱區(qū)，受人為干擾影響較大。

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2017-06-02

李興金(1983-)，男，寧夏中衛(wèi)人，工程師，主要從事水文水資源方面工作。