迪那河流域降水與徑流年內(nèi)分配特征分析

謝 葆

（巴音郭楞水文勘測(cè)局,新疆 庫(kù)爾勒 841000）

1 研究區(qū)域概況

1.1 自然地理概況

迪那河流域位于輪臺(tái)縣境內(nèi)，迪那河流域地處天山山脈南部霍拉山西部地區(qū)，地理坐標(biāo)處于E83°38′～84°52′，N41°18′～42°32′之間。流域內(nèi)最高點(diǎn)海拔高程為4 727m，流域地勢(shì)北高南低，東高西低。迪拉河發(fā)源于南天山支脈科克鐵克山支脈的南坡，水源補(bǔ)給以降水為主，融雪次之，流域面的降水，經(jīng)過(guò)五條一級(jí)支流匯入，再由三條二級(jí)支流的匯集調(diào)蓄。河流由北向南，沿程不斷有支流匯入最后匯合稱為迪那河[1-3]。

1.2 氣候狀況

迪那河流域地處天山南麓內(nèi)陸地，遠(yuǎn)離海洋，又有天山阻隔北方、西北方冷濕氣流難以侵入，南面有昆侖山脈阻擋,暖濕氣流難以越過(guò)高山，東面留大海較遠(yuǎn)濕潤(rùn)空氣過(guò)來(lái)有限,位于塔里木盆地北部, 晝夜溫差大,受沙漠氣候影響,蒸發(fā)量大；降水量小,多年平均降水量為49.8mm，主要集中在夏季。產(chǎn)流匯流速度較慢。據(jù)迪那河水文站氣象站觀測(cè)資料分析∶降水量年內(nèi)分配極不均勻，5、6、7、8 四個(gè)月的降水量占年降水量的70%，歷年降水最高月份多在七月[4-6]。

1.3 代表站點(diǎn)

迪那河水文站：位于迪那河流域出山口處，海拔1 850m。于1956 年10 月設(shè)立，1993 年10 月撤銷，集水面積1 615km2，觀測(cè)項(xiàng)目包括水流沙、氣溫、降水、20cm 蒸發(fā)、冰情、水質(zhì)等項(xiàng)目。

迪那河出山口處設(shè)有水文監(jiān)測(cè)站，迪那河流域基本情況，見(jiàn)表1。

表1 河流徑流控制站基本情況表

2 資料處理方法

2.1 多年平均年內(nèi)分配百分比

年內(nèi)各月每旬?dāng)?shù)據(jù)分配百分比能反應(yīng)一段時(shí)間水文要素占年總量的程度，計(jì)算公式如下：

式中：R'為占年總量百分比、Rn為旬降水量或徑流量、R 為年降水量或徑流量。

2.2 年內(nèi)分配系數(shù)

2.2.1 年內(nèi)分配不均勻系數(shù)：

式中：Cu 為年內(nèi)分配不均勻系數(shù)、Ri為月降水量或徑流量、為月平均降水量或徑流量。

2.2.2 年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)：

式中：Cr 年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù), Cr 的取值范圍為0 ≤Cr ＜1 , Ri為月降水量或徑流量、為月平均月降水量或徑流量。

2.3 年內(nèi)分配集中度

2.3.1 年內(nèi)構(gòu)成12 個(gè)月合成量的水平和垂直分量

式中：Rx為年內(nèi)12 個(gè)月合成量的水平分量，Ry為年內(nèi)12 個(gè)月合成量的垂直分量，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12分別為1-12 月降水量或徑流量。

2.3.2 年內(nèi)合成量

R 為降水量或徑流量的總向量。

2.3.3 集中度

Cn 為降水量或徑流量集中度，Ri為月降水量或徑流量。

3 結(jié)果與分析

3.1 河流年內(nèi)降水和徑流的分配情況

通過(guò)分析迪那河流域區(qū)內(nèi)的降水季節(jié)性變化極為明顯（見(jiàn)圖1），每年5 月上旬至9 月下旬為降水量集中時(shí)段，也是徑流量豐水季節(jié)時(shí)段，時(shí)段降水占全年降水量的79.4%之間，時(shí)段徑流占年徑流的78.0%之間，兩者值非常接近； 11 月至次年3 月為降水量平穩(wěn)時(shí)段。徑流量分布，每年11 月中旬至次年4 月上旬為枯水期，其中，12 月上旬至次年3 月下旬為平穩(wěn)枯水時(shí)段， 徑流量占年徑流的0.16～0.30%之間。由圖1 可見(jiàn)，迪那河多年平均各月降水與徑流年內(nèi)分配情況是同步的，夏季降水量、徑流量變化較大，并且降水量變化幅度更加明顯。

圖1 多年平均各月降水及各旬徑流年內(nèi)分配過(guò)程線

3.2 降水與徑流年內(nèi)分配特征

3.2.1 年內(nèi)分配指標(biāo)值

將迪那河流域近1957—1993 年的實(shí)測(cè)月降水和徑流數(shù)據(jù)代入(2)～(5)，計(jì)算得到各年內(nèi)分配指標(biāo)值（Cu、Cr 和Cn）。統(tǒng)計(jì)的降水和徑流年內(nèi)分配指標(biāo)值見(jiàn)表2。

表2 迪那河流域降水和徑流年內(nèi)分配指標(biāo)值

通過(guò)計(jì)算分析（見(jiàn)表2），表中Cu 值越大降水量、徑流年內(nèi)分配越不均勻；Cr 值越大，說(shuō)明降水量、徑流年內(nèi)分配越集中；集中度（Cn）表示降水量、徑流年內(nèi)分配的集中程度。迪那河流域降水和徑流各特征年的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)（Cu）值都比較大，年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)（Cr）與集中度（Cn）也較大，說(shuō)明迪那河流域降水和徑流的年內(nèi)分配極不均勻，且相對(duì)集中。從降水和徑流特征年的年內(nèi)分配情況來(lái)看，降水量最大年份的年內(nèi)分配指標(biāo)值（Cu 和Cr）要小于降水量最小年份的年內(nèi)分配指標(biāo)值，但降水量最大年份的年內(nèi)分配集中度（Cn）大于降水量最小年份的年內(nèi)分配指標(biāo)值；；徑流量最大年份的年內(nèi)分配指標(biāo)值（Cu、Cr 和Cn）均大于徑流量最小年份的年內(nèi)分配指標(biāo)值。就迪那河流域多年平均降水和徑流的年內(nèi)分配指標(biāo)值（Cu、Cr 和Cn）相比較，降水的年內(nèi)分配指標(biāo)值Cu 和Cr 要小于徑流的年內(nèi)分配指標(biāo)值，但降水的年內(nèi)分配集中度（Cn）略大于徑流的年內(nèi)分配集中度（Cn）[7-9]。

3.2.2 徑流年內(nèi)分配特征的變化

為進(jìn)一步觀察各指標(biāo)的變化趨勢(shì)，本次將迪那河流域1957—1993 年降水和徑流系列的年內(nèi)分配指標(biāo)值，繪制成時(shí)間序列的過(guò)程線，并添加多項(xiàng)式趨勢(shì)線。見(jiàn)圖2 ～圖4。

圖2 迪那河流域降水和徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)（Cu）變化過(guò)程線

從圖2 來(lái)看，迪那河流域降水和徑流的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)（Cu）值過(guò)程線中，降水不均勻系數(shù)年際變化較大，最大值為2.15（1985 年）最小值為0.766（1977 年）極差達(dá)1.38 相當(dāng)于最大年降水（1958 年）的不均勻系數(shù)，徑流不均勻系數(shù)年際變化較大，最大值為1.44（1993 年）、最小值為0.966（1977 年），極差0.44，相當(dāng)于最小年不均勻系數(shù)的一半。從圖3 來(lái)看，迪那河流域降水和徑流的年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)（Cr）值過(guò)程線中，降水完全調(diào)節(jié)系數(shù)年際變化較大，最大值為0.700（1968年）最小值為0.325（1977 年）極差達(dá)0.375，大于最小年降水集中度，徑流集年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)較大，最大值為0.598（1993 年）最小值為0.429（1988 年）極差0.169，最大值與最小值相差不大。從圖4 來(lái)看，迪那河流域降水和徑流的年內(nèi)分配集中度（Cn）值過(guò)程線中，降水集中度年際變化較大，最大值為0.819（1985 年)最小值為0.121（1977 年）極差達(dá)0.698，大于降水最大年份（1958 年）的集中度，徑流集年內(nèi)分配集中度較大，最大值為0.516(1993年)最小值為0.429（1988 年）極差0.169，最大值與最小值相差不大。根據(jù)繪制的迪那河流域降水和徑流系列的年內(nèi)分配指標(biāo)值（Cu、Cr 和Cn）變化趨勢(shì)來(lái)看，在1957—1993 年時(shí)間序列的過(guò)程線中，降水和經(jīng)流年內(nèi)分配指標(biāo)值（Cu、Cr 和Cn）均呈現(xiàn)17～20a 的周期波變化趨勢(shì)。

圖3 迪那河流域降水和徑流年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系（Cr）變化過(guò)程線

圖4 迪那河流域降水和徑流年內(nèi)分配集中度（Cn）變化過(guò)程線

4 結(jié) 論

以迪那河流域1957—1993 年的實(shí)測(cè)月降水和徑流資料為基礎(chǔ)，研究了迪那河流域降水和徑流年內(nèi)分配變化規(guī)律。對(duì)降雨和徑流序列的年內(nèi)分配指標(biāo)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，降水與徑流年內(nèi)分配特征的趨勢(shì)變化一致。通過(guò)計(jì)算降水和徑流年內(nèi)分配不均勻性、集中程度、變化幅度等指標(biāo)值都比較大，說(shuō)明迪那河流域降水和徑流年內(nèi)分配及不均勻。1957—1993 年的年內(nèi)分配指標(biāo)變化過(guò)程表現(xiàn)為具有一定的周期波動(dòng)性。從各指標(biāo)的變化情況看，不均勻系數(shù)、調(diào)節(jié)系數(shù)和集中度的最大值為最小值相差懸殊。就迪那河流域多年平均降水和徑流的年內(nèi)分配指標(biāo)值（Cu、Cr 和Cn）相比較，降水的年內(nèi)分配指標(biāo)值要小于徑流的年內(nèi)分配指標(biāo)值。