葉爾羌河卡群站1954-2018年水沙特征分析

古力米日·買買提

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

人類活動和氣候變化對區(qū)域水沙影響最為顯著，與河湖健康、河流演變具有較為密切的聯(lián)系[1]。近些年來隨著人類活動和全球氣候變化影響的加劇，許多河流的水沙關(guān)系得到顯著影響。國內(nèi)許多學者研究成果[2-8]均表明氣候變化和人類活動對流域徑流量和輸沙量影響都具有明顯差異。冰川融雪徑流是葉爾羌河流域徑流主要補給來源，冰川融雪量受氣溫升高影響逐步增加，徑流量的增加也使得河道內(nèi)的沙量呈現(xiàn)較為明顯的遞增變化[9]。當前葉爾羌河流域徑流量和輸沙量變化特征得到不同程度的研究[10-14]，這些研究成果均表明葉爾羌河流域水沙變化特征較為明顯，徑流量變化率低于輸沙量的變化率，但對于不同時期葉爾羌河流域水沙變化特征尤其是水沙豐枯變化的研究還較少，為此本文結(jié)合葉爾羌干流卡群水文站1954-2018年近64 a徑流量和輸沙量資料，對其水沙變化特征進行分析，研究成果對于葉爾羌河流域綜合治理規(guī)劃具有重要的參考意義。

1 區(qū)域概況及研究方法

1.1 葉爾羌河概況

葉爾羌河是喀什地區(qū)第一大河流，喀喇昆侖山北玻是葉爾羌河的主要發(fā)源地，流域地理位置在東經(jīng)74°29′～80°51′以及北緯34°49′～40°33′之間。塔里木河的主要水系包括葉爾羌河水系，葉爾羌河下游出山口水文站為卡群站，流域總的匯水面積為50 000 km2，流域內(nèi)植被較為稀缺，河道內(nèi)的輸沙模數(shù)較大，水土流失較為嚴重，使得下游河道水生態(tài)健康得到不同程度的影響。卡群站多年輸沙量和徑流量均值分別為3 056萬 t和92.8億 m3，徑流量和輸沙量變化具有同步特征即輸沙量加大的年份其徑流量也相對較大，這主要和區(qū)域降水徑流成因有關(guān)。葉爾羌河在1999年受上游冰川洪水影響發(fā)生突發(fā)洪水，河道徑流量的增加也使得輸沙量有所增加。

1.2 研究數(shù)據(jù)

本文主要采用葉爾羌河出山口卡群水文站1954-2018年近64 a徑流量和輸沙量月尺度資料，所有水文資料數(shù)據(jù)均通過可靠性、一致性、代表性檢驗。

1.3 研究方法

本文對于水沙變化趨勢檢驗主要用M-K非線性顯著檢驗方法對徑流量和輸沙量指標變化特征進行顯著變化特征的分析。該方法將徑流量、輸沙量序列作為樣本序列對其統(tǒng)計變量S進行計算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：S為徑流量、輸沙量樣本序列顯著性檢驗統(tǒng)計變量；xi和xj表示為來自同一個樣本總體的兩個樣本數(shù)據(jù)系列；σs表示為方差標準計算值；sign表示為計算變量；n表示為總的樣本序數(shù)；Z表示檢驗特征變量，當Z>0則表示徑流量、輸沙量呈現(xiàn)遞增變化趨勢，否則呈現(xiàn)遞減變化趨勢，當∣Z∣>2.32、1.64<∣Z∣<2.32、1.28<∣Z∣<1.64則分別表示變化趨勢的顯著性可分別達到99%、95%以及90%的置信水平。

2 水沙變化特征分析

2.1 不同季節(jié)水沙距平分析

結(jié)合葉爾羌河卡群1954-2018年月徑流量和月輸沙量數(shù)據(jù)，對卡群站春季、夏季、秋季及冬季徑流量和輸沙量距平率進行統(tǒng)計，不同季節(jié)水沙距平率統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

葉爾羌河流域冰川融雪在不同季節(jié)受氣溫影響其分布十分不均勻，從葉爾羌河卡群站1954-2018年不同時期各季節(jié)水沙距平率統(tǒng)計結(jié)果可看出，不同季節(jié)徑流量和輸沙量距平具有同步變化特征，各季節(jié)水沙變化較大，徑流量和輸沙量距平較大的季節(jié)主要集中在夏季，不同時期夏季徑流量和輸沙量距平最大值分別為175.46%和283.52%，春季、秋季以及冬季水沙距平率均為負值，表明各時期除夏季外，其他季節(jié)徑流量和輸沙量均有所減少。不同時期各季節(jié)水沙距平率變化無明顯規(guī)律，這主要是因為葉爾羌河流域徑流主要來源于冰川融雪補給，而冰川融雪受氣溫影響其變化較大，使得除夏季外其他季節(jié)水沙距平率變化無明顯規(guī)律。

表1 葉爾羌河卡群站1954-2018年不同時期各季節(jié)水沙距平率統(tǒng)計結(jié)果

表2 葉爾羌河卡群站1954-2018年不同時期各季節(jié)水沙變化趨勢檢驗結(jié)果

2.2 不同季節(jié)水沙變化趨勢

在不同時期各季節(jié)徑流量和輸沙量距平分析的基礎(chǔ)上，采用M-K非線性顯著檢驗方法對各時期春季、夏季、秋季、冬季的水沙變化特征進行趨勢檢驗，檢驗結(jié)果如表2所示。

表3 葉爾羌卡群站不同時期年徑流量和年輸沙量模比系數(shù)差積分析結(jié)果

從葉爾羌卡群站不同時期年徑流量和年輸沙量模比系數(shù)差積分析結(jié)果可看出，卡群站年徑流量和年輸沙量模比系數(shù)差積總體可劃分兩個階段，1954-1959年、1960-1969年、1970-1979年、1980-1989年，年徑流模比系數(shù)差積為負值，但總體呈現(xiàn)遞減變化，從1990年開始，其年徑流量模比系數(shù)差積總體呈現(xiàn)遞增變化，因此1990年為卡群站年徑流量變化的轉(zhuǎn)折點，1990年以前葉爾羌卡群站為相對枯水時期，從1990年以后進入相對豐水時期。年輸沙量和年徑流量的模比系數(shù)差積具有同步特征，年輸沙量的模比系數(shù)差積的變化轉(zhuǎn)折點也在1990年，葉爾羌流域卡群站1990年以前年輸沙量處于枯沙時期，1990年以后年輸沙量處于豐沙時期。

3 水沙影響主因分析

結(jié)合黃霄[15]水沙影響貢獻率分析方法對葉爾羌河卡群站水沙影響的兩個主要因素氣溫變化和人類活動影響貢獻率進行分析，分析結(jié)果如表4和表5所示。

表4 葉爾羌河卡群站徑流量影響貢獻率分析結(jié)果

表5 葉爾羌河卡群站輸沙量影響貢獻率分析結(jié)果

從卡群站水沙豐枯變化分析結(jié)果可知1990年為其水沙豐枯變化轉(zhuǎn)折點，而卡群站水沙豐枯變化轉(zhuǎn)變主要為氣溫變化以及人類活動變化影響，為此對卡群站水沙變化的兩個主因進行不同時期貢獻率的分析，從其貢獻率分析可看出，對于徑流量和輸沙量而言，氣溫變化影響的貢獻率分別為56.25%和73.52%，人類活動影響的貢獻率分別為43.75%和26.48%，氣溫變化是葉爾羌卡群站影響貢獻率高于人類活動影響，水沙變化的主因為氣溫變化影響所致，這主要是因為葉爾羌河徑流補給主要來源于冰川融雪，而冰川融雪量主要受氣溫影響，氣溫較高其融雪量相對較大，冰川融雪量較大使得河流徑流補給量加大，而由于徑流和輸沙量變化具有同步特征，徑流量的加大也使得河道輸沙量增加，因此對于葉爾羌卡群站水沙變化影響而言氣溫變化要高于人類活動影響。

4 結(jié)語

(1)卡群站不同季節(jié)徑流量和輸沙量距平具有同步變化特征，各季節(jié)水沙變化較大，徑流量和輸沙量距平較大的季節(jié)主要集中在夏季，不同時期夏季徑流量和輸沙量距平最大值分別為175.46%和283.52%，春季、秋季以及冬季水沙距平率均為負值。

(2)1990年為卡群站年徑流量變化的轉(zhuǎn)折點，1990年以前葉爾羌卡群站為相對枯水時期，從1990年以后進入相對豐水時期，年輸沙量的模比系數(shù)差積的變化轉(zhuǎn)折點也在1990年，葉爾羌流域卡群站1990年以前年輸沙量處于枯沙時期，1990年以后年輸沙量處于豐沙時期。

(3)卡群站水沙受氣溫變化影響的貢獻率分別為56.25%和73.52%，人類活動影響的貢獻率分別為43.75%和26.48%，氣溫變化對于卡群站水沙影響貢獻率高于人類活動影響，是其變化主因。