烏魯木齊河流域徑流與氣候變化的年內相關性分析

金 兵

0 引言

西北干旱區域氣候由干燥寒冷逐漸轉變為溫暖濕潤，導致新疆天山附近河流徑流逐漸增加。作為新疆烏魯木齊境域的主要河流，烏魯木齊河是該地人民生產、生活的主要水源。該河流水源主要為冰雪融水及降水，這兩種水源都與該地氣候變化有著密切的關系。一些學者對烏魯木齊河徑流與氣候變化的相關性研究大部分都是從時間上分析兩者的年際變化情況，而對于徑流年內變化及其與氣候特征之間的關系研究上相對缺乏。從徑流月度變化上分析烏魯木齊河徑流及氣候之間的相關性，可為該地區環境保護、水利建設提供參考。

1 烏魯木齊河流域概況

烏魯木齊河流位于天山北麓，河流總長超過200 km，寬度在25～50 km之間。該河流從英雄橋水文站流出后到山前平原地區，在水文站前河流平均徑流量為2.4×108m，氣候變化主要體現在高山冰雪區（平均氣溫為零下6℃，降雪量占75%）、高山凍土區域（平均氣溫為零下3℃到1℃之間變化，降雪量為50%）、高山寒溫區（平均氣溫0～4℃，降雪量為25%，降水量為500 mm）[1]。

2 徑流與氣候年內相關性分析方法

對該河流流域內的數據分析得出，英雄橋水文站設置在烏魯木齊河出山口處。本研究采用水文站中的5個氣象站點的降水情況對該流域進行了分析，主要采用的氣象數據為1993年到2012年的數據情況。

2.1 徑流與氣候年內變化分析

河流徑流變化與降水之間的相關性分析方法：用逐月降水量對年內降水量集中度的反應評價降水集中期。降水集中期指的是各月降水量按月以向量的方式累加，各分量和為年降水量百分數，而集中期則指的是降水的向量總和之后的方位情況，其反映了全年徑流量集中出現的時間，表示方式為365 d的日分量和的比值正切角度。徑流變化隨著月份、年代變化，且具有差異性[2]。如對于徑流量的分析，其將月徑流量作為向量，月徑流程度為向量長，月份為向量方向。

河流徑流變化與氣溫之間的相關性分析方法：該流域徑流變化與降水、熱量有關，而熱量條件表示為正積溫，其表示冰雪消融時期溫度超過0℃的積溫情況，積溫越大，則熱量越多，冰雪融化量越大，使得河流徑流越多。

2.2 氣候對徑流影響定量分析

利用相關分析對降水、氣溫等氣候條件在徑流變化中的影響進行分析。

相關分析方法是利用數學分析法對兩個對等數列中的關聯程度、方向進行測定的一個抽象數值，這個數值就是相關系數[3]。這種分析方法能夠對因素間列陣進行比較，其對于用數據初始值來改變原有聯系具有重要作用，計算公式如下：

公式中的xˉ，yˉ均為樣本數列平均數，r為兩者之間相關性統計指標，其值在±1之間，r值越接近1，兩者的相關性越大。

3 分析結果探討

3.1 徑流年變化情況

表1 烏魯木齊河各月徑流與年徑流量的百分比

結合表1可發現，流域內月徑流與年徑流量的百分比情況中，徑流年內分配程度不均。徑流集中在夏季6～8月份，貢獻率超過60%，其他月徑流普遍較小，各年的最大徑流普遍位于7月份，導致這種情況出現的原因就是降水量的年內分配不均。

烏魯木齊河流域英雄橋水文站中的數據顯示見圖1，該流域內徑流年內分配不均，徑流量動最低量。2月份其逐漸增加到7月后達到最大量，然后從8月開始遞減到12月最小量[4]。而該流域徑流年級變化降水集中程度見圖2，從1993～2013年減稅集中程度，整體呈下降趨勢。

圖1 英雄橋水文站徑流月變化情況

圖2 河流1993～2013年降水集中程度變化情況

3.2 氣候變化情況對徑流影響

降水變化對河流徑流的影響分析。對該流域的5個氣象站點降水數據進行分析，計算其月降水量情況得到：流域內降水情況與徑流量變化情況相同，主要集中在6～8月份，占年降水量一半以上，最大降水量均在7月，降水量與徑流量變化一致，表明降水量變化對于河流徑流變化影響成正相關[5]。而關于徑流對降水的時滯分析主要是將降水的集中期與其徑流做對比，如圖3所示，該流域徑流降水集中期變化成上下趨勢波動，隨時間變化其逐漸向后推移。而從時間上來看，降水集中期主要分布在6月份，并成前移趨勢。因此，從整體上來看，徑流明顯較降水滯后，時間大約為一周左右，且滯后時間變化逐漸擴大。

圖3 流域內徑流變化與降水集中期變化對比情況

氣溫變化與河流徑流之間的關系分析，如圖4所示。河流徑流多年平均氣溫的月變化呈拋物線形狀變化，從1月到12月的氣溫最大值位于7月，氣溫從1月到7月逐年上升，7月后到12月逐漸降溫，徑流量與氣溫變化趨勢一致。

圖4 流域內氣溫變化與徑流變化情況

3.3 結果討論

對于氣候與水文變化的分析結果是非線性的，尤其是在不受到人類活動干預的情況下進行的分析。但是，這對于真實的相關性不具有確定性的結果。文中采用的數據對于水文和氣候研究而言相對缺乏，結果不具有信任性，且流域徑流變化影響因素除了受到氣候、降水的影響外，還有地下水補給、人類活動等因素。因此，需要更深入的條件對其進行相關性分析工作。

4 結論

通過對烏魯木齊河徑流與氣候變化的年內相關性分析得出：該河流徑流年內分配不均，河流徑流以及該地降水主要集中在1993年～2012年6月后期，且徑流對降水存在滯后反應，滯后時間逐年上升。該流域內溫度年內變化程度較大，月徑流與天山雪融期的氣溫變化成指數增加。因此，降水、氣溫等氣候條件對烏魯木齊河徑流變化影響較大，其中降水條件影響較為明顯，相關性分析更加明顯。

[1]黃鋒華,黃本勝,邱靜,趙吉國,劉達.氣候變化對北江流域徑流影響的模擬研究[J].水利水電技術,2018,49(01):23-28.

[2]張翠榮.氣候變化和人類活動對東魚河流域徑流影響的探析[J].水資源開發與管理,2017,13(07):66-69.

[3]聶曉,丁玲玲.CMIP5RCP情景下漢江上游流域徑流對氣候變化的響應[J].安徽農業科學,2017,45(02):76-79.

[4]劉劍宇,張強,鄧曉宇,慈暉,陳曉宏.氣候變化和人類活動對鄱陽湖流域徑流過程影響的定量分析[J].湖泊科學,2016,28(02):432-443.

[5]吳麗,張愛靜.氣候變化和人類活動對大凌河上游流域徑流的影響[J].水利水電科技進展,2016,36(02):10-15.