氣候變化對于冰川洪水的影響即冰情變化研究

古麗婭爾·穆合塔爾

（新疆維吾爾自治區水文局信息中心，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

水是環境的重要組成部分，其可利用價值對于生物圈的有效運行是不可替代的，但也可能是破壞性的。洪水是極端的水文事件，其威脅著人類和社會的安全。隨著氣候變暖，不穩定的天氣頻繁發生，冰川融化加速。冰川湖潰決洪水現象增多，并已受到了廣泛關注，在中國、冰島、秘魯、瑞士、加拿大、俄羅斯、美國、尼泊爾和不丹等國家已造成了嚴重的自然災害[1～2]。為了減少洪水對流域周邊居民生活的影響，蘇蓋提吐乎防洪工程隨之興建。為了了解該工程所在流域的氣候狀態，本文選取葉爾羌河流域的兩個水文站，分析該流域的氣候變化對洪水的影響及冰情變化。

1 研究區概況

葉爾羌河流域位于新疆維吾爾自治區的西南部，流域總面積為8.73 萬km2，其中國內面積為8.44 萬km2，國外面積2870 km2，河流全長1165 km，是塔里木河的三大源流之一[3～5]。葉爾羌河具有13 處國家水文站。與本文水文分析計算有關的水文站為：卡群水文站、塔什庫爾干水文站。卡群水文站設立于1953 年6 月，觀測至今，其位于山區，為葉爾羌河的重要控制站。采用其水位、流量、降水量、蒸發量、氣溫、水溫、風速數據。塔什庫爾干水文站位于平原，設立于1967 年5 月，1968 年6 月～1971 年7 月停止觀測，1971 年7 月后觀測至今，同為葉爾羌河的重要控制站。采用其水位、流量數據。莎車縣氣象站位于新疆西南邊陲、昆侖山北麓,帕米爾高原南面,地處塔克拉瑪干沙漠和布古里沙漠之間的葉爾羌河沖積扇平原中上游。

2 數據來源

卡群水文站、塔什庫爾干水文站兩個水文站資料數據長度見表1。冰川數據采用2016 年中國科學院寒旱所科考歷史數據。

3 結果分析

3.1 氣象要素變化

3.1.1 氣溫和降水變化

卡群站和塔什庫爾干站的年平均氣溫均呈上升趨勢。兩個水文站在1961 年～2000 年期間的年平均溫度變化見圖1。由圖1 可以看出：對于卡群水文站，年平均氣溫的增長率僅為0.03℃/10 a；對于塔什庫爾干水文站，年平均氣溫的增長速率為0.25℃/10 a；表明山區的溫度變化比平原更明顯。經繪制逐年氣溫變化圖，塔什庫爾干站的氣溫逐年上升，1961 年～1986年期間的年平均氣溫為3.30℃，1987 年～2000 年期間為3.87℃，季節氣溫的十年變化一直呈上升趨勢（見表2），年平均氣溫上升了0.67℃，秋季占比最大，從20 世紀60 年代到90 年代年平均氣溫增加了1.17℃，夏季增加了0.76℃，春季和冬季增加了約0.4℃。溫度升高加速了冰川的融化并阻礙了冰川的形成和維持。然而，除冬季外，卡群站的氣溫呈下降趨勢，從20世紀60 年代到90 年代，年平均氣溫變化不明顯。塔什庫爾干站和卡群站氣溫變化的不同趨勢揭示了在山區和近平原地區之間的熱量差異。

表1 水文資料使用年限統計表 單位：年

圖1 1961 年～2000 年期間年平均溫度變化

表2 1961 年～2000 年雅魯藏布江流域卡群站和塔什庫爾干站的年代際氣溫變化

圖2 1961 年～2000 年期間年降水量變化

卡群站和塔什庫爾干站降水的年際變化見圖2，可以看出：平原的降水量比山區增加得多。突出點發生在1986 年。自20 世紀60 年代以來，卡群站10 年的年降水量有所增加，到90年代，年增量達到了85 mm 左右，比80 年代和60 年代分別增加了25.23%和38.29%，這可歸因于夏季的氣溫變化。然而，在塔什庫爾干站，年降水量與1980 年代相比沒有顯著變化，但春季降水量從1980 年代的10.77 mm 顯著增加到1990 年代的19.55 mm。數據表明，自20 世紀80 年代以來，山區和近平原地區的降水量明顯增加，近平原地區大多在夏季，山區大多在春季。

3.1.2 風速及凍土變化

莎車氣象站氣象料統計結果表明：該站多年平均風速為2.0 m/s，風向多偏西北，多年平均最大風速為22 m/s，風向多偏西北，最大風速為28.5 m/s，風向WNW，各月最大風速統計見表3，其最大凍土深度為0.69 m。

表3 莎車縣氣象站歷年各月最大風速統計表

3.2 洪水變化

在過去50 年中，葉爾羌河發生了大約21 次與冰川有關的洪水。從1959 年～1986 年，洪水頻發，平均洪峰流量為2690 m3/s，洪量為0.67×108m3。在1987 年～1996 年間，由于1986 年冰湖爆發，冰川排水系統被打開，因此沒有爆發洪水。自1997 年以來，發生了7 次特大冰川洪水，平均洪峰流量為3290 m3/s，洪量為0.72×108m3。前30 年的洪水頻率為0.4 次/年，后10 年為0.7 次/年。洪水的突發主要出現在6 月～11 月，與融雪或風暴洪水大不相同，其特點是上漲速度快，洪峰流量高，洪量較小，持續時間短，通常為單峰。歷史洪水資料統計結果表明超過4500 m3/s 的洪峰流量已發生過6 次，另有6 次洪峰流量在2000 m3/s～4500 m3/s 范圍內。其他洪水的流量為800 m3/s～2000 m3/s，洪峰流量平均超過常流量的6 倍，最大超過10 倍。大多數洪水持續時間約為20 h，最短為12 h。有些洪水只需0.5 h 就能到達頂峰，從806 m3/s 的起漲流量漲到6270 m3/s的洪峰流量，1961 年的一場洪水達到洪峰流量僅用了半個小時。1984 年的洪峰流量從起漲到峰頂僅用了18分鐘。上漲率為203 m3/min。

8 月～9 月初出現了超過4500 m3/s 的洪峰流量，而在秋季和冬季初，流量通常為800 m3/s。雖然不同季節出現的突發性洪水的洪峰流量變化較大，但其具有相似的模式，退水快，洪量相對較小，洪量比平均年徑流量大10～25 倍。1961 年洪峰流量為6270 m3/s，是年平均流量的25 倍，但洪量為1.5×108m3，不到年徑流總量的2%。除了1961 年、1978 年、1984 年、1999 年和2002 年的洪水外，幾乎所有的洪量都低于1.0×108m3。

3.3 河流冰情變化

河流冰情是寒冷地區河流中普遍存在的一種自然現象。以卡群站和塔什庫爾干站的實測冰情資料系列，對河流冰情進行分析。據卡群站（1954 年～2012 年）實測冰情統計：最早開始流冰在11 月17 日（1959 年），最遲在12 月26 日（2004 年）；終止流冰最早為1 月21 日（2003 年），最晚為3 月5 日（2008 年）。終冰最早為1 月21 日（2003 年），最晚為3 月20 日（1975 年），初冰最早為11 月3 日（1957 年），最晚為12 月16 日（1968 年），封凍天數最長為13 天，最短為0 天；岸邊最大冰厚為1.23 m（2008 年），其詳細的統計結果見表6。根據塔什庫爾干水文站（1967 年～1979 年)實測冰情統計，結果表明：最早開始結冰日期為11 月19 日（1979 年)；最晚開始結冰日期為12 月30 日（1973 年)；最早開始流冰日期為11 月26 日（1967 年)，最晚終止流冰日期為2 月25 日（1975 年）；實測期內，絕大多年份未出現封凍，僅1977 年有封凍現象，該年1 月9 日封凍，1 月23日解冰，封凍時間為14 天，最早全部融冰日期2 月12 日（1977年)，最晚全部融冰日期3 月10 日（1974 年)，最大岸邊冰厚0.24 m（1964 年1 月5 日)，見表4。由上述分析可見，葉爾羌河下游冰情變化沿程不盡相同。總體上來說，葉爾羌河蘇蓋提吐乎防洪工程場址處年年都有冰情，冰期自11 月份上、中旬開始，次年3 月上、中旬結束，各年冰期長短不一。

表4 河流冰情要素統計表

4 結論

本文分析了葉爾羌河流域氣象水情及冰情要素的多年變化趨勢，研究獲得的主要結論如下：

（1）在過去50 年里，葉爾羌河流域發生了大約21 次與冰川有關的洪水。冰川爆發的頻率和幅度表現出增加的趨勢。從1959 年～1986 年，有14 場洪水，其中有4 場洪峰流量大于4000 m3/s；洪水發生的頻率為0.4 次/年。從1997 年～2006 年，有7 場洪水，其中有3 場洪峰流量大于4000 m3/s；洪水發生的頻率為0.7 次/年。

（2）蓋提吐乎防洪工程場址處各年均有冰情發生，冰期自11月份上、中旬開始，次年3 月上、中旬結束，各年冰期長短不一。

隨著氣候變暖，冰湖潰決的發生將更加頻繁，并威脅到該地區的水安全。應加強對冰川洪水和預警的研究。應充分利用氣候變化引起的日益增加的水資源，并采取積極的防御措施，為當地農業生產和水安全維護提供保障。