阿卡爾河流域徑流對氣候變化的響應分析

張楚迪

（新疆維吾爾自治區灌溉排水發展中心，烏魯木齊 830000）

科學識別氣象要素和水文要素變化特征對區域水資源管理具有重要意義，許多專家學者對流域水文特征及氣象要素進行研究并取得重要成果[1～5]。新疆阿卡爾河主流發源于科古爾琴山，產流區主要在伊犁地區境內，匯合后進入博州，阿卡爾站以上集水面積628 km2，徑流由冰雪水、雨水、地下水混合補給，流域屬于典型的大陸性干旱氣候，冬冷夏熱，晝夜溫差大，日照時間長，降雨量小蒸發量大，光熱資源豐富[6]。本文以阿卡爾河流域1981-2017 年逐月實測徑流資料及降水資料為基礎，采用線性趨勢法、滑動平均值法、不均勻系數法及小波方差法分析阿卡爾河徑流與降水的變化特征，結果可為合理開發利用流域水資源提供參考。

1 阿卡爾河流域氣候及水文特征變化分析

圖1 阿卡爾河流域氣候及水文特征變化分析

阿卡爾河流域氣候及水文特征變化過程見圖1。1981-2017 年阿卡爾河流域多年平均徑流量為10 708×104m3，最大年徑流量為16 931×104m3，出現在2016 年，最小年徑流量為5948×104m3，出現在2014 年，年徑流量隨時間呈遞減趨勢，線性減少率為0.08×108m3/10 a；多年平均降水量為95.47 mm，最大年降水量為159.10 mm，出現在2016年，最小年降水量為42.9 mm，出現在2008年，年降水量隨時間呈遞減趨勢，線性減少率為2.6 mm/10 a；多年平均氣溫為8.3℃，年平均氣溫最高為9.6℃，出現在2015年，年平均氣溫最低為6.7℃，出現在1984 年，年均氣溫隨時間呈增加趨勢，線性增長率為0.34℃/10 a；多年平均蒸發量為1 536.4 mm，最大年蒸發量為1 786.8 mm，出現在1983年，最小年蒸發量為1 298.1 mm，出現在1993 年，年蒸發量隨時間呈遞減趨勢，線性減少率為29.4 mm/10 a。

2 降水徑流年際年內變化規律分析

2.1 年際降水徑流變化規律

對阿卡爾河流域年降水量與實測年徑流量序列進行Z-score 標準化處理，阿卡爾河流域年降水徑流過程線見圖2。研究期內阿卡爾河流域年降水與年徑流變化趨勢一致，均存在下降趨勢且降水徑流關系比較穩定。1981-1990年期間降水年際波動較大，徑流波動規律及下降趨勢基本與降水一致；1991-2000年期間降水年際波動變小并表現出上升趨勢，徑流上升趨勢與降水一致；2001-2010 年期間，降水與徑流均呈現下降趨勢，降水年際波動較大；2011-2017年期間，降水與徑流呈上升趨勢。

圖2 阿卡爾河流域年降水徑流過程

2.2 年內降水徑流變化規律

2.2.1 降水年內分配均勻性變化

阿卡爾河流域年降水及徑流不均勻分布過程見圖3。阿卡爾河流域降水徑流年內分配不均勻系數具有年代際變化，1981-2017 年徑流不均勻系數變化范圍為0.016～0.060，最大值出現在2016 年，最小值出現在2014年；年降水不均勻系數變化范圍為0.042～0.123，最大值出現在1995 年，最小值出現在2006年。降水不均勻系數呈顯著性遞減趨勢，而徑流不均勻系數呈緩慢增加趨勢，說明隨時間變化徑流年內分配往均勻方向發展，而降水隨時間變化年內分配較不均勻。

圖3 阿卡爾河流域年降水及徑流不均勻分布過程

2.2.2 季節降水徑流變化規律

阿卡爾河流域不同季節降水徑流變化過程見圖4，不同季節徑流量變化過程見表1，不同季節降水量變化過程見表2。阿卡爾河流域多年平均徑流量為10 708×104m3，其中春、夏、秋、冬多年平均徑流分別占全年的22.35%、39.43%、23.31%、14.91%。多年平均降水量為95.47 mm，其中春、夏、秋、冬多年平均降水量占全年的27.76%、41.04%、18.4%、12.8%。由圖4 可知，在整個研究區內，春季和冬季徑流量變化波動較小，而夏季和秋季徑流量變化波動較大。春季和夏季的徑流降水變化趨勢一致，均有減少趨勢，降水徑流關系比較穩定。秋季和冬季徑流呈減少趨勢而降水呈增加趨勢。夏季和秋季的徑流降水峰值呈現出了很強的同步性，徑流量分配過程主要依賴于降水量變化。而春季和冬季降水量和同期的徑流量峰值變化同步性較差，是由于春季和冬季降雪無法及時融化補給徑流，徑流處于枯水期。

由表1和表2可知，徑流和降水主要集中在6～8月，季節上主要集中在夏季，占到40%左右，各年代的徑流和降水變化也主要體現在這一階段，在1～5月、9～12月的徑流量、降水量均較少，各年代之間的變化也較小。從80年代到90年代，年平均徑流及四季徑流呈減小趨勢，年平均降水量呈減少趨勢，春季和冬季降水呈增加趨勢，夏季、秋季降水呈減小趨勢。2001-2010 年這10 a 較90 年代年平均徑流量及四季徑流量均減小，年均降水量呈增加趨勢，春、夏兩季降水量減少，秋、冬兩季降水量增加。不同年代年均徑流量及降水量呈先減少后增加趨勢。

圖4 阿卡爾河流域四季降水及徑流過程

表1 阿卡爾河流域年平均徑流量變化

表2 阿卡爾河流域年平均降水量變化

2.3 降水徑流變化周期分析

阿卡爾河流域降水徑流小波方差變化見圖5。由圖5 可以看出，年降水和年徑流量在時間尺度上具有周期變化特征，1981-2017年37 a間，徑流量時間序列變化具有兩個明顯的峰值，對應時間尺度周期分別為6 a和18 a，其中18 a時間尺度對應的小波方差峰值較大，是徑流量變化的第一周期。降水量時間序列變化具有兩個明顯的峰值，對應時間尺度周期分別為6 a 和16 a，其中16 年時間尺度對應的小波方差峰值較大，是降水量變化的第一周期。降水量和徑流量在時間尺度上具有共同周期，為6 a，說明降水變化影響徑流變化。

圖5 阿卡爾河流域降水及徑流小波方差曲線

3 結論

本文分析阿卡爾河流域1981-2017年近37 a徑流、降水、氣溫及蒸發變化情況，得到以下結論：

（1）阿卡爾河流域年徑流量、年降水量及年蒸發量隨時間呈遞減趨勢，年均氣溫隨時間呈增加趨勢，年徑流量線性減少率為0.08×108m3/10 a，年降水量線性減少率為2.6 mm/10 a，年蒸發量線性減少率為29.4 mm/10 a，年均氣溫線性增長率為0.34 ℃/10。

（2）降水和徑流在不同年代變化趨勢一致，關系比較穩定，呈現減小-增加-減小-增加波動變化，隨時間變化徑流年內分配往均勻方向發展，而降水隨時間變化年內分配較不均勻。徑流和降水主要集中在夏季6～8 月，占到全年比例的40%左右，在春、秋、冬3季徑流量、降水量分配均較少，各年代之間的變化也較小。

（3）夏季和秋季的徑流降水峰值呈現出了很強的同步性，徑流量分配過程主要依賴于降水量變化。春季和冬季降水量和同期的徑流量峰值變化同步性較差，是由于春季和冬季降雪無法及時融化補給徑流，徑流處于枯水期。

（4）年降水和年徑流量在時間尺度上具有周期變化特征，年徑流變化的第一周期時間尺度為18 a，年降水變化的第一周期時間尺度為16 a，年徑流與年降水具有共同的周期尺度為6 a，在時間尺度上降水變化影響徑流變化。