臺蘭河流域水文過程對氣候變化的響應分析

田　龍

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊　830000)

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臺蘭河流域水文過程對氣候變化的響應分析

田龍

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊830000)

摘要：設置3種氣候變化情景，依托含融雪結構的新安江模型，利用2003—2009年逐日水文氣象資料，對臺蘭河流域進行徑流模擬，以此預測在氣候變化下該流域的水文過程變化情況，為今后進一步研究氣候變化下所產生的影響提供理論依據。

關鍵詞：氣候變化；新安江模型；融雪結構；臺蘭河流域

隨著人類社會的快速發展，全球的氣候也隨之有著明顯的變化，在氣候變化情況下，流域水文過程將做出何種響應是水利專家學者共同關注的問題[1-2]。新疆的主要河流都發源于高寒山區，該區域對氣候變化響應強烈，一旦徑流變化劇烈，對下游將產生嚴重影響，因此對氣候變化下水文過程的響應研究有著現實意義。

1數據與方法

1.1研究區概況

臺蘭河流域位于新疆阿克蘇地區溫宿縣境內，地理坐標：東經80°21′44″～81°10′44″，北緯40°41′44″～42°15′13″之間，發源于西南天山托木爾峰南麓，上游由大臺蘭河、小臺蘭河在距出山口前8 km處匯合后稱臺蘭河，流域總面積為5 146 km2，其中山區面積為1 324 km2[3-4]。研究區地理位置及站點分布見圖1。

1.2水文與氣象資料

圖1　研究區地理位置及站點布設情況圖

研究區內有1個水文站2個氣象站，即：臺蘭水文站、塔格拉克氣象站和小臺蘭氣象站。其中臺蘭站是國家基本水文站，資料可靠，收集到2003—2009年的日降水、氣溫和徑流資料；塔格拉克和小臺蘭氣象站由于建站時間過短，并且與現有臺蘭水文站資料不同期，故選擇臺蘭站2003—2009年的水文氣象資料用于模型參數的率定與模型結果的檢驗。

1.3模型的建立

含融雪模塊的新安江模型結構見圖2[5]，為了提高模型的精度，對流域進行分帶處理，分帶信息見表1。

表1　流域分帶信息表

圖2　含融雪模塊的新安江模型結構圖

1.4氣候情景設計

根據臺蘭水文站1958—2010年水文氣象資料，通過Mann-Kendall趨勢分析可知，氣溫在四季以及年的時間尺度上均表現出明顯上升的趨勢；降水在春季表現為減少趨勢，而在夏秋冬季均表現為上升趨勢。由此，設定以下3種方案對臺蘭河流域徑流在氣候變化下如何響應進行分析。

方案1：氣溫保持不變，降水量比實測增加或減少20%；

方案2：降水量保持不變，氣溫增加1 ℃或2 ℃；

方案3：氣溫增加1 ℃降水同時增加20%或氣溫增加2 ℃同時降水增加20%[6]。

2結果與分析

2.1模型參數的確定

通過2003—2009年水文氣象資料，運用含融雪模塊的新安江模型進行水文模擬，模型主要參數及取值見表2[7]。

表2　模型主要參數匯總表

2.2模型檢驗標準

(1) 徑流過程平均誤差(ABS)，模擬與實測徑流過程線的吻合程度。

(1)

(2)ΔW反映了模擬時間段內實測水量與計算水量的誤差，以校正模擬過程中總水量的偏差。

(2)

式中:n是模擬時段數；Q測(i)、Q模(i)分別是第i時段的實測流量與模擬流量[7]。

2.3模擬結果與分析

根據已設3種情景模式進行水文模擬，以此分析徑流在氣候變化下的響應。由于篇幅限制，在文中方案1、方案2、方案3只列出2005—2006年的模擬結果。

2.3.1方案1

氣溫保持不變，降水量增加或減少20%。

根據方案1的情景設置進行水文過程模擬，模擬結果見圖3、4。

圖3　方案1降水改變前后徑流模擬圖

圖4　方案1降水改變前后徑流量對比圖

在氣溫以及其它參數不變的情況下，運用新安江模型模擬降水減少20%和增加20%的徑流過程。從圖3、4以及表3可以看出，降水增加20%，徑流量反而減少了10.39%；降水減少20%，徑流量減少了28.3%，由此降水的增減與徑流并沒有明顯的相關性，降水增加與降水減少的徑流過程線趨勢基本一致。

表3　方案1模擬年徑流量　/億m3

2.3.2方案2

降水量保持不變，氣溫增加1 ℃或2 ℃。

根據方案2的情景設置進行水文過程模擬，模擬結果見圖5、6。

圖5　方案2氣溫改變前后徑流模擬圖

在降水以及其它參數不變的情況下，運用新安江模型模擬氣溫增加1 ℃和增加2 ℃的徑流過程。從圖5、6以及表4可以看出，氣溫增加1 ℃，徑流量增幅3.35%；氣溫增加2 ℃，徑流量增幅15%，由此可見，氣溫的變化影響了冰川以及融雪的消融量，氣溫增加1 ℃與氣溫增加2 ℃的徑流過程線趨勢基本一致。由此可以看出，氣溫的增高對發源于山區的河流有很大的影響。

圖6　方案2氣溫改變前后徑流量對比圖

表4　方案2模擬年徑流量　/億m3

2.3.3方案3

降水量增加20%，氣溫增加1 ℃或2 ℃。

根據方案3的情景設置進行水文過程模擬，模擬結果見圖7、8。

圖7　方案3氣溫降水改變前后徑流模擬圖

圖8　方案3氣溫降水改變前后徑流量對比圖

在其它參數不變的情況下，運用新安江模型模擬氣溫增加1 ℃降水增加20%和氣溫增加2 ℃降水增加20%的徑流過程。從圖7、8以及表5可以看出，氣溫增加1 ℃降水增加20%，徑流量平均增幅2.73%；氣溫增加2 ℃降水增加20%，徑流量平均增幅5.50%，由此可見，氣溫與降水均改變影響了冰川以及融雪的消融量，然而增幅沒有方案2明顯，這表明降水的增加在某種程度上抑制了徑流的增加。

表5　方案3模擬年徑流量　/億m3

3結語

通過對臺蘭河流域水文數據分析發現，氣溫具有明顯的上升趨勢，而降水的變化仍具有不確定性。文中設置2種氣候變化情景，依托含融雪結構的新安江模型，利用2003—2009年逐日水文氣象資料進行徑流模擬研究，模擬結果如下：降水的增加與減少對徑流的影響并沒有明顯的相關性；氣溫升高1 ℃和2 ℃的情況下，流域徑流量增幅較大，氣溫升高2 ℃較氣溫升高1 ℃的徑流量增幅更大；氣溫與降水均增加，流域徑流量增大，但增幅較方案2小。由此可以看出，降水對徑流量的影響并沒有明顯的相關性，而氣溫的升高影響了冰雪的消融量，與徑流量表現出很好的相關性。

參考文獻:

[1]楊鵬鵬,黃曉榮,柴雪蕊,趙靜薇.岷江都江堰降雨與徑流變化趨勢分析及預測[J].西北水電，2014，(03) ：9-12.

[2]魏光輝.新疆黃水溝1956—2013年徑流變化特征研究[J].西北水電，2015，(03)：9-13.

[3]王琴,鄧銘江,董新光,等.干旱內陸河地下水庫極限蓄水能力分析[J].人民黃河,2008,(10):59-60.

[4]田龍，姜卉芳，穆振俠.高寒山區融雪模型的改進與應用研究[J].水資源與水工程學報，2014，(4)：86-90.

[5]王鵬,穆振俠.KM河流域融雪徑流與積雪面積-氣溫關系分析[J].水資源與水工程學報,2013,(04):28-31.

[6]田龍.臺蘭河流域水文氣象要素變化特征分析[J].廣西水利水電,2014,(4):26-29.

[7]景少波,姜卉芳,穆振俠.含融雪結構的新安江模型在葉爾羌河流域的應用[J].新疆農業大學學報,2010,(03):250-254.

Analysis on Response of Hydrological Course in Tailan River Catchment to Climate Change

TIAN Long

(Xinjiang Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Urumqi830000,China)

Abstract:Runoff in the Tailan River catchment is simulated by application of the daily hydrological data in 2003 through 2009 in three cases of climate change and based on the Xin'anjiang model with snow thawing structure so as to forecast the hydrological course change of the catchment in condition of climate change, and provide the future study on affects caused by the climate change with theoretical basis.

Key words:climate change; Xin'anjiang model; snow thawing structure; Tailan River catchment

中圖分類號：P334.92

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.001

作者簡介：田龍(1988- )，男，陜西省渭南市人，助理工程師，主要從事水文水資源研究工作.

收稿日期：2015-03-19

文章編號：1006—2610(2016)01—0001—04