艾比湖流域降水及徑流變化特征分析

烏仁娜

（新疆博爾塔拉水文勘測局，新疆 博爾塔拉 834000）

徑流水資源作為重要的社會和經濟資源，是社會可持續發展的重要物質保證。處于全球環境變化反應敏感的生態脆弱地帶的艾比湖流域，是近年來中國環境演變研究的重點及熱點區域[1]。本文主要分析艾比湖流域的降水變化和徑流變化，研究水文循環的要素和特性，有利于合理利用艾比湖流域的水資源，提高艾比湖流域的水資源利用率，解決水資源短缺問題。

1 研究區概況

研究區域東至艾比湖盆地，南北兩側則是山地，艾比湖的海拔是189 m，是區域的最低點。山地單元主要包括北部的阿拉套山和瑪依拉山，兩山間夾著阿拉山口;南、西部為天山的復合式山脈，婆羅科努山和科古爾琴山的山脊及陰坡有終年積雪和冰川[2]。博爾塔拉河谷地海拔從2000多米過渡到400米，主要由山地、洪積地貌、沖積地貌構成，其中博爾塔拉河谷地的沖積扇緣區，土壤層較厚，地形平坦，適合作物生長，是博樂市、溫泉縣重要的農作物生產區[3]。艾比湖盆地是準噶爾盆地西南部的匯水區，盆地南北為向盆地中心傾斜的山前洪積沖積平原。

2 艾比湖流域降水變化特征分析

2.1 降水的年際變化

多邊形分析得出平均降水量，根據圖1表示的艾比湖流域1960年～2013年間的降水年際變化，可以看出該研究區為平均年降水量為164 mm，最大降水量出現在2011年，降水量為261 mm；最少降雨量為69 mm，出現在1968年。以90年為界，之前降水量處于波動變化之中，沒有明顯趨勢變化，之后，降水量出現了增加，且增加比較顯著，特別是在本世紀之后，趨勢更加顯著。通過距平數據分析(圖2)，研究期內共有26年為負距平，約占研究期的47%，至90年代后正距平顯著增加。

圖1 艾比湖流域1960年～2013年降水量變化圖

圖2 艾比湖流域1960年～2013年降水距平變化圖

區域的年降水量在各年代變化不同(表1),上世紀六十、七十、八九十年代以及截止2013年，經過統計降水量，分析結果顯示：分別與多年平均降水量相差-15.1 mm、-21.7 mm，6.7 mm，6.7 mm，19.1 mm，這些誤差說明了八十年代之前的降水量比較低，從八十年代以后降水量增加。2000年后達到最大。春、冬兩季的降水距平與年降水距平變化趨勢相同，夏秋季的降水量自90年代開始增加，至2000年后達到最大，相對其他季節增加滯后。

表1 年及季節降水年代際變化 單位：mm

2.2 降水的年內分配特征

流域降水年內分配不均性大，降水在春夏兩季匯集。月降水最大的7月，平均月降水超過25 mm,5月降水次之，降水達到24.9 mm，分別占年降水的15.3%、15.1%。

2.3 降水周期性研究

如圖3所示，通過對降水小波系數的實部等高線圖的分析，可以推出長時間序列的降雨具有多時間尺度的特征，且降水量變化很大。在宏觀尺度上，存在著21～25年降水周期，存在2個由少向多轉變的情況存在。從上世紀90年代到現在是降水增加的時期，類似于對年變化的分析。在中尺度下，降水周期相對來說比較明顯，一般為9到16年，一共經歷了5次變化和降水沖擊。分析微尺度下的降水周期，即2～8年，可以充分顯示出變化的頻繁程度和不顯著性。

圖3 降水小波實部圖及小波系數圖

3 艾比湖流域徑流變化特征分析

3.1 流域徑流變化趨勢分析

艾比湖流域博河水文站為溫泉水文站、博樂水文站、精河為精河水文站[5]。通過對1964年～2014年各個水文站的徑流量進行分析:精河年均徑流量為14.58 m3/s，1988年徑流為6.01×108m3，是歷史最大量，2013 年出現最小流值為 3.4×108m3。溫泉站年均徑流量為9.96 m3/s，1969年是歷史最大量，是4.59×l08m3。1975年的2.4×108m3為歷史上最小值。博河站年均徑流量為 15.6 m3/s，2002 年出現最大流量，8.01×108m3。4.03×108m3為1976年出現的最小值。

1964年至2014年間，三站呈波動變化趨勢，溫泉站及博河站總體上呈不明顯增加趨勢，年徑流增加率為0.474 m3/(s*10a)和0.076 m3/(s*10a)。精河站呈不明顯減少趨勢，年徑流減少率為0.0124 m3/(s*10a)。通過圖4中的徑流量線性趨勢變化可以分析得到，從河流徑流量的變化角度分析，其趨勢十分相近。

圖4 1964年～2014年徑流變化趨勢

由圖5可知，精河站及溫泉站的徑流主要集中在6月～8月，分別占全年62%,41%，相對月份的徑流變化差距不大，相對較為均勻。博河站與其他兩站的月變化差別很大，博河站的徑流在1至3月占全年徑流的33%，至5月降至最小，隨后開始緩慢增加至11月、12月，其中11月、12月兩個月徑流占全年的21%，月徑流波動相對比較均勻，在6至8月相對是全年徑流較少的月份，占全年徑流的18%，主要是由于博河站以上存在三個巨大的地下儲水層，對春夏季的水量儲存，影響了徑流。

圖5 1964年～2014年三站流域年內徑流分布

3.2 流域徑流周期變化分析

基于近51年三站的徑流量數據，研究三站的周期性變化。在圖3～26中，當小波系數大于零時，表明徑流量偏向于豐水期，為相對豐水期;小波系數小于零時偏向枯水期，而小波系數等于零代表著突變期。小波方差系數的波峰代表著徑流主周期的時間尺度。

在圖6中，由徑流量的小波方差圖可知，博爾塔拉河博河水文站的徑流量在年際變化以21年周期為主，同時，年際變化還存在著著14年、5年的主周期變化。針對21年的周期變化，徑流變化在1995年至2014年呈正位相，代表著相對豐水期，1995年之前為負位相，代表著相對枯水期。1995年的小波系數為0.04，意味著徑流小波系數由負轉正，代表著徑流突變，這與上節突變方法研究博河站的突變時間為1996年基本一致。11年主周期變化，徑流集中在1979年至1988，1999年至2008年呈正位相，意味著相對豐水期，其他時段為負位相，表明處于相對枯水期。5年主周期的徑流相呈正負周期性振蕩。

圖6 徑流量的小波分析圖

4 結論

太陽輻射作為主要能量來源，影響著降水、蒸發平衡，對流域水量平衡過程起著重要作用。研究顯示得到以下結論：

（1）流域年太陽輻射呈現減少趨勢，遞減率為31.7 MJ/m2，表現出“由明向暗”變化趨勢。55年來流域降水處于增加趨勢，但沒有發生顯著性增加趨勢變化，線性傾向率為7.95 mm/l0a。長時間序列降雨具有多時間尺度和大變化特征。

（2）艾比湖流域平均溫度近50年呈現比較明顯的增長趨勢，線性變化率為0.248℃/10a，研究期間平均增溫約1.31℃。最高氣溫多年平均12.92℃，線性變化率為0.207℃/10a，過去53年最高氣溫增幅為1.097℃。最低氣溫平均值為0.93℃，最低氣溫的線性增幅趨勢為0.56℃/10a，研究期間增加約2.94℃。最高溫度、最低溫度、平均溫度突變時間分別在1995年、1989年、1996年。在突變時間后，最高溫度、最低溫度、平均溫度三者有顯著升溫。過去近54年間，平均氣溫在秋季及冬季升溫最為顯著，其次是夏季與春季。最高氣溫秋季及冬季升溫最為顯著，其次是春季。最低氣溫的四季升溫顯著。

（3）通過對三站多年徑流分析，從整體上看，溫泉站和博河站沒有明顯的上升趨勢，而金河站也沒有明顯的下降趨勢，沒有通過顯著性檢驗。精河站及溫泉站的徑流峰值主要集中在6月～8月，而博河站月徑流變化主要集中在冬季，變化較為平緩。