尼雅河流域徑流變化及特征分析

張芳紅 韓興勝 新疆和田水文勘測局

和田地區(qū)民豐縣地處新疆西南邊陲，經(jīng)濟條件比較落后，是國家深度貧困地區(qū)，降水資源少，水資源極其饋乏，土地荒漠化嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，研究及揭示民豐縣尼雅河的徑流變化特征，對合理開發(fā)利用當(dāng)?shù)厮Y源用具有十分重要的作用。

1.流域概況

尼雅河是和田地區(qū)民豐縣的第一大河，呈南北走向，發(fā)源于昆侖山北麓的呂什塔格峰。河流源頭段呈樹枝狀，水系發(fā)育。尼雅河是以高山冰川融水、季節(jié)性積雪、降雨補給的河流，其枯水期河水流出山口后沿河道滲漏，至尼雅水文站測驗斷面已經(jīng)斷流。汛期水量可以流至灌區(qū)下游的沙漠之中，給胡楊、紅柳及其它沙生植物供水。全年徑流主要集中在高溫季節(jié)的5～8月，最大徑流量出現(xiàn)在7月底或8月初，夏季的持續(xù)高溫天氣和河道上游處的降水易形成較大洪水。

2.數(shù)據(jù)來源與研究方法

尼雅水文站是尼雅河基本控制站，位于尼雅河中游，為國家基本水文站，測站海拔高程為1760m。尼雅水文站觀測斷面雖然幾經(jīng)上下遷移，但距離均較近，區(qū)間沒有匯入流出，無水利工程引水，只有少量的牧民生活，人類活動影響較小，對年徑流量沒有影響。參考經(jīng)過整編的水文資料及部分水文站同步期實測資料，采用插補延長方法得到尼雅河1956-2018年共63年的徑流系列資料，資料精度較高。

本文以尼雅河流域為研究區(qū)域，對尼雅水文站63 年徑流資料做了徑流系列代表性分析，利用線性趨勢法、滑動平均法、Mann—Kendall檢驗法對徑流變化規(guī)律進行研究，為當(dāng)?shù)厮Y源開發(fā)利用提供合理依據(jù)。

3.徑流特性分析

3.1 徑流資料代表性分析

對尼雅水文站 1956～2018年年徑流系列做代表性分析。

（1）長短系列統(tǒng)計參數(shù)對比分析。尼雅站1956-2018年徑流系列，以5年逆時序劃分時段，劃分10個不同時段年平均徑流量，求得平均及系列統(tǒng)計參數(shù)統(tǒng)計情況見表1。隨著系列的增長，均值穩(wěn)定性好，Cv值越來越小，統(tǒng)計參數(shù)基本趨于穩(wěn)定，系列具有較好的代表性。在25年系列長度時，均值相對偏差率為-3.04%，Cv值相對偏差為0.0%；在50年系列長度時，均值相對偏差為-4.68%，Cv值相對偏差為0.0%，均值與Cv值最大誤差在±5%以內(nèi)。因此，尼雅水文站1956～2018年徑流系列資料較穩(wěn)定且具有較好的代表性。

表1 尼雅水文站年長短系列統(tǒng)計參數(shù)對比分析統(tǒng)計表

（2）年徑流量模比系數(shù)差積曲線分析。將尼雅水文站1956～2018年63年實測年徑流資料做模比系數(shù)差積曲線分析。從圖1中可看出，尼雅水文站63年徑流系列出現(xiàn)了完整豐、枯變化周期。1956-1977年屬于平水年，歷時22年；1978～2009年屬于枯水年，歷時32年；2010～2018年屬于平水年，歷時8年。從水文學(xué)的角度認(rèn)為，尼雅河的豐水段與枯水段的時間大體相當(dāng)。隨著資料年限的積累，差積曲線還會反應(yīng)出豐枯水變化趨勢。由圖1差積曲線所反映出尼雅河豐、枯水年相差不大，并交替出現(xiàn)，基本上包括了年徑流豐、平、枯水變化過程，樣本代表性較好。

圖1 尼雅水文站年徑流量模比系數(shù)差積曲線圖

（3）年徑流量模比系數(shù)累積平均曲線分析。尼雅水文站年徑流量模比系數(shù)累積曲線見圖2，隨著時間的增長累積曲線變化程度越來越小，當(dāng)年徑流量系列長度達到40年時，模比系數(shù)累積曲線穩(wěn)定并趨近1。因此，尼雅水文站63年徑流系列均值具有較好的收斂性，系列代表性較好。

圖2 尼雅水文站年徑流量模比系數(shù)累積曲線圖

綜合以上三方面的分析，尼雅水文站徑流量系列年數(shù)達40 年以上時，均值及Cv值基本趨于穩(wěn)定，尼雅站年徑流系列豐枯周期較為完整，徑流量模比系數(shù)累積平均值有漸趨近于1的趨勢，具有較好的收斂性，系列穩(wěn)定性較好。因此，認(rèn)為尼雅站年徑流系列的代表性較好。

3.2 徑流年內(nèi)變化

尼雅河站多年平均徑流量年內(nèi)分配見表2，全年徑流主要集中在5～8月。這四個月徑流量占年徑流量的89.6%左右，徑流的年內(nèi)分配很不均勻，年內(nèi)變化大，對各區(qū)域內(nèi)工、農(nóng)、牧業(yè)生產(chǎn)非常不利。

表2 尼雅站徑流量年內(nèi)分配表

3.3 徑流年際變化

尼雅河年徑流量多年變化過程線見圖3。尼雅河年徑流量年際變化大，豐、枯懸殊，多年平均年徑流量為2.135×108m3，尼雅河徑流最大水年與最小水年徑流的倍比為3.2倍，多年最大模比系數(shù)為1.86，最小模比系數(shù)為0.58，最豐水年徑流量為多年平均年徑流量的1.9倍，最枯水年徑流量為多年平均年徑流量的0.6倍，這對滿足灌溉農(nóng)業(yè)多年用水的需求是不利的。由年徑流量線性趨勢線可看出，呈現(xiàn)減小趨勢，線性遞減率約為每十年0.11×108m3。由圖3的5年滑動平均曲線可看出，年徑流量呈現(xiàn)波動減小趨勢，有一定的周期性。

圖3 年徑流量5年、10年滑動平均變化

3.4 年徑流量突變分析

通過Mann—Kendall檢驗法對尼雅河年徑流量變化趨勢作顯著性分析，取顯著性水平為α＝0.05，其中M-K趨勢指標(biāo)Z＝-1.15，│Z│

圖4 1956-2018年尼雅河徑流量M-K趨勢檢驗

采用M-K非參數(shù)檢驗法，通過變量離差平方和曲線UF與變化過程線U B反映年徑流量變量的局部信息。如圖4所示，UF與UB在a=0.05置信水平線內(nèi)在1961年相交，說明在該點突變，年徑流量存在突變形勢，1984～2012年期間，UF的檢驗值超過閾值置信區(qū)間1.96的水平，說明這29年減少總趨勢相對明顯。3.5設(shè)計年徑流量分析計算

尼雅河水文站年徑流量系列長度為63年，對年徑流統(tǒng)計參數(shù)進行計算，計算出不同頻率設(shè)計年徑流量，見表3。通過對比分析，選擇設(shè)計頻率為25%、50%、75%、95%的典型年分別為1983年、1990年、1991年、1984年作為設(shè)計部門參考依據(jù)。

表3 尼雅水文站不同頻率設(shè)計年徑流量成果表

4.結(jié)論

尼雅水文站徑流量系列年數(shù)達40年以上時，均值及Cv值基本趨于穩(wěn)定，徑流量模比系數(shù)累積平均值趨近于1，具有較好的收斂性，年徑流系列豐枯周期較為完整，尼雅站年徑流系列的代表性較好。尼雅河全年徑流主要集中在高溫季節(jié)的5～8月，徑流量占年徑流量的89.6%左右，四季來水量不均勻。尼雅河年徑流量年際變化大，豐、枯懸殊，總體呈現(xiàn)遞減趨勢。