阿卡爾河流域徑流對氣候變化的響應分析

張楚迪

（新疆維吾爾自治區(qū)灌溉排水發(fā)展中心，烏魯木齊 830000）

科學識別氣象要素和水文要素變化特征對區(qū)域水資源管理具有重要意義，許多專家學者對流域水文特征及氣象要素進行研究并取得重要成果[1～5]。新疆阿卡爾河主流發(fā)源于科古爾琴山，產(chǎn)流區(qū)主要在伊犁地區(qū)境內(nèi)，匯合后進入博州，阿卡爾站以上集水面積628 km2，徑流由冰雪水、雨水、地下水混合補給，流域屬于典型的大陸性干旱氣候，冬冷夏熱，晝夜溫差大，日照時間長，降雨量小蒸發(fā)量大，光熱資源豐富[6]。本文以阿卡爾河流域1981-2017 年逐月實測徑流資料及降水資料為基礎，采用線性趨勢法、滑動平均值法、不均勻系數(shù)法及小波方差法分析阿卡爾河徑流與降水的變化特征，結果可為合理開發(fā)利用流域水資源提供參考。

1 阿卡爾河流域氣候及水文特征變化分析

圖1 阿卡爾河流域氣候及水文特征變化分析

阿卡爾河流域氣候及水文特征變化過程見圖1。1981-2017 年阿卡爾河流域多年平均徑流量為10 708×104m3，最大年徑流量為16 931×104m3，出現(xiàn)在2016 年，最小年徑流量為5948×104m3，出現(xiàn)在2014 年，年徑流量隨時間呈遞減趨勢，線性減少率為0.08×108m3/10 a；多年平均降水量為95.47 mm，最大年降水量為159.10 mm，出現(xiàn)在2016年，最小年降水量為42.9 mm，出現(xiàn)在2008年，年降水量隨時間呈遞減趨勢，線性減少率為2.6 mm/10 a；多年平均氣溫為8.3℃，年平均氣溫最高為9.6℃，出現(xiàn)在2015年，年平均氣溫最低為6.7℃，出現(xiàn)在1984 年，年均氣溫隨時間呈增加趨勢，線性增長率為0.34℃/10 a；多年平均蒸發(fā)量為1 536.4 mm，最大年蒸發(fā)量為1 786.8 mm，出現(xiàn)在1983年，最小年蒸發(fā)量為1 298.1 mm，出現(xiàn)在1993 年，年蒸發(fā)量隨時間呈遞減趨勢，線性減少率為29.4 mm/10 a。

2 降水徑流年際年內(nèi)變化規(guī)律分析

2.1 年際降水徑流變化規(guī)律

對阿卡爾河流域年降水量與實測年徑流量序列進行Z-score 標準化處理，阿卡爾河流域年降水徑流過程線見圖2。研究期內(nèi)阿卡爾河流域年降水與年徑流變化趨勢一致，均存在下降趨勢且降水徑流關系比較穩(wěn)定。1981-1990年期間降水年際波動較大，徑流波動規(guī)律及下降趨勢基本與降水一致；1991-2000年期間降水年際波動變小并表現(xiàn)出上升趨勢，徑流上升趨勢與降水一致；2001-2010 年期間，降水與徑流均呈現(xiàn)下降趨勢，降水年際波動較大；2011-2017年期間，降水與徑流呈上升趨勢。

圖2 阿卡爾河流域年降水徑流過程

2.2 年內(nèi)降水徑流變化規(guī)律

2.2.1 降水年內(nèi)分配均勻性變化

阿卡爾河流域年降水及徑流不均勻分布過程見圖3。阿卡爾河流域降水徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)具有年代際變化，1981-2017 年徑流不均勻系數(shù)變化范圍為0.016～0.060，最大值出現(xiàn)在2016 年，最小值出現(xiàn)在2014年；年降水不均勻系數(shù)變化范圍為0.042～0.123，最大值出現(xiàn)在1995 年，最小值出現(xiàn)在2006年。降水不均勻系數(shù)呈顯著性遞減趨勢，而徑流不均勻系數(shù)呈緩慢增加趨勢，說明隨時間變化徑流年內(nèi)分配往均勻方向發(fā)展，而降水隨時間變化年內(nèi)分配較不均勻。

圖3 阿卡爾河流域年降水及徑流不均勻分布過程

2.2.2 季節(jié)降水徑流變化規(guī)律

阿卡爾河流域不同季節(jié)降水徑流變化過程見圖4，不同季節(jié)徑流量變化過程見表1，不同季節(jié)降水量變化過程見表2。阿卡爾河流域多年平均徑流量為10 708×104m3，其中春、夏、秋、冬多年平均徑流分別占全年的22.35%、39.43%、23.31%、14.91%。多年平均降水量為95.47 mm，其中春、夏、秋、冬多年平均降水量占全年的27.76%、41.04%、18.4%、12.8%。由圖4 可知，在整個研究區(qū)內(nèi)，春季和冬季徑流量變化波動較小，而夏季和秋季徑流量變化波動較大。春季和夏季的徑流降水變化趨勢一致，均有減少趨勢，降水徑流關系比較穩(wěn)定。秋季和冬季徑流呈減少趨勢而降水呈增加趨勢。夏季和秋季的徑流降水峰值呈現(xiàn)出了很強的同步性，徑流量分配過程主要依賴于降水量變化。而春季和冬季降水量和同期的徑流量峰值變化同步性較差，是由于春季和冬季降雪無法及時融化補給徑流，徑流處于枯水期。

由表1和表2可知，徑流和降水主要集中在6～8月，季節(jié)上主要集中在夏季，占到40%左右，各年代的徑流和降水變化也主要體現(xiàn)在這一階段，在1～5月、9～12月的徑流量、降水量均較少，各年代之間的變化也較小。從80年代到90年代，年平均徑流及四季徑流呈減小趨勢，年平均降水量呈減少趨勢，春季和冬季降水呈增加趨勢，夏季、秋季降水呈減小趨勢。2001-2010 年這10 a 較90 年代年平均徑流量及四季徑流量均減小，年均降水量呈增加趨勢，春、夏兩季降水量減少，秋、冬兩季降水量增加。不同年代年均徑流量及降水量呈先減少后增加趨勢。

圖4 阿卡爾河流域四季降水及徑流過程

表1 阿卡爾河流域年平均徑流量變化

表2 阿卡爾河流域年平均降水量變化

2.3 降水徑流變化周期分析

阿卡爾河流域降水徑流小波方差變化見圖5。由圖5 可以看出，年降水和年徑流量在時間尺度上具有周期變化特征，1981-2017年37 a間，徑流量時間序列變化具有兩個明顯的峰值，對應時間尺度周期分別為6 a和18 a，其中18 a時間尺度對應的小波方差峰值較大，是徑流量變化的第一周期。降水量時間序列變化具有兩個明顯的峰值，對應時間尺度周期分別為6 a 和16 a，其中16 年時間尺度對應的小波方差峰值較大，是降水量變化的第一周期。降水量和徑流量在時間尺度上具有共同周期，為6 a，說明降水變化影響徑流變化。

圖5 阿卡爾河流域降水及徑流小波方差曲線

3 結論

本文分析阿卡爾河流域1981-2017年近37 a徑流、降水、氣溫及蒸發(fā)變化情況，得到以下結論：

（1）阿卡爾河流域年徑流量、年降水量及年蒸發(fā)量隨時間呈遞減趨勢，年均氣溫隨時間呈增加趨勢，年徑流量線性減少率為0.08×108m3/10 a，年降水量線性減少率為2.6 mm/10 a，年蒸發(fā)量線性減少率為29.4 mm/10 a，年均氣溫線性增長率為0.34 ℃/10。

（2）降水和徑流在不同年代變化趨勢一致，關系比較穩(wěn)定，呈現(xiàn)減小-增加-減小-增加波動變化，隨時間變化徑流年內(nèi)分配往均勻方向發(fā)展，而降水隨時間變化年內(nèi)分配較不均勻。徑流和降水主要集中在夏季6～8 月，占到全年比例的40%左右，在春、秋、冬3季徑流量、降水量分配均較少，各年代之間的變化也較小。

（3）夏季和秋季的徑流降水峰值呈現(xiàn)出了很強的同步性，徑流量分配過程主要依賴于降水量變化。春季和冬季降水量和同期的徑流量峰值變化同步性較差，是由于春季和冬季降雪無法及時融化補給徑流，徑流處于枯水期。

（4）年降水和年徑流量在時間尺度上具有周期變化特征，年徑流變化的第一周期時間尺度為18 a，年降水變化的第一周期時間尺度為16 a，年徑流與年降水具有共同的周期尺度為6 a，在時間尺度上降水變化影響徑流變化。