塔里木河源流和干流徑流特征及其相關性分析

張程程（塔里木河流域干流管理局，新疆庫爾勒841000）

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塔里木河源流和干流徑流特征及其相關性分析

張程程
（塔里木河流域干流管理局，新疆庫爾勒841000）

基于塔里木河流域源流和干流1957～2013年實測徑流數據，運用Mann-Kenda11和Mann-Whitney等非參數檢驗和相關分析等方法，探究源流和干流徑流變化趨勢和突變特征，以及源流和干流不同徑流頻率的對應關系。結果表明：（1）1957～2013年塔里木河源流徑流量呈顯著的增加趨勢，干流徑流量呈不顯著的下降趨勢，干流徑流量的減少主要是源流耗用量不斷增加導致。（2）當源流徑流頻率低于50%時，干流徑流量的增加幅度小于源流；當源流徑流頻率高于50%，干流徑流量的減少幅度小于源流。

徑流；區間耗水量；變化趨勢；突變；塔里木河

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.017

塔里木河是我國最長的內陸生態河流，對于保障流域內綠洲的生態安全和經濟社會的可持續發展具有重要戰略意義。上世紀50年代以來，流域大規模的水土資源開發，一方面促進了流域社會經濟的快速發展，另一方面大量生態水被擠占，造成流域生態環境急劇退化。2001年，國務院批復了107.79億元的流域綜合治理項目，經過十余年的不懈努力，流域水資源統一管理水平不斷提高，流域內生態環境惡化趨勢基本得到遏制。

塔里木河因其特殊的地理位置，對于研究干旱區內陸河流域徑流變化趨勢和突變特征，以及源流和干流之間水力聯系方面具有典型性和代表性。本文基于1957～2013年流域源流和干流控制性測站徑流資料，借助Mann-Kenda11單調趨勢檢驗和Mann-Whitney階段性轉換檢驗對源流和干流徑流變化趨勢和突變特征進行了分析；并通過建立源流徑流量與區間耗水量之間的相關方程，探究干流與源流徑流的對應關系，以期為流域水資源分配和管理提供決策依據。

1 研究區概況

塔里木河流域是環塔里木盆地的阿克蘇河、喀什噶爾河、葉爾羌河、和田河、開都-孔雀河、迪那河、渭干河、庫車河、克里雅河和車爾臣河等九大水系144條河流的總稱。從最長源流葉爾羌河上游的支流拉斯開木河至尾閭臺特瑪湖全長2437km，流域總面積102.86萬km2。流域多年平均降水深111.1mm，水面蒸發量1125～1600mm（折算為E601蒸發器）。流域多年平均地表徑流量為398.3×108m3，主要由源流山區冰川降雪補給。目前與塔里木河干流常年有地表水聯系的和田河、葉爾羌河和阿克蘇河三條源流多年平均地表徑流量為194.1×108m3。塔里木河干流自身不產流，水量均來自源流補給，干流上游阿拉爾多年平均地表徑流量為45.3×108m3。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

所采用1957～2013年源流和干流各水文斷面的徑流量數據由塔里木河流域管理局提供。源流徑流量是指阿克蘇河沙里桂蘭克、協合拉、葉爾羌河喀群、提孜那甫河江卡、和田河烏魯瓦提、同古孜洛克等6個出山口水文站實測地表徑流量的加和。塔里木河干流自身不產流，水量由源流補給，干流徑流量是指干流上游阿拉爾水文站實測地表徑流量。

2.2 研究方法

對于徑流時間序列的假設檢驗一般從單調趨勢和階段轉換趨勢兩個方面考慮。在檢驗中，原假設認為時間序列的增減趨勢或者階段轉換的跳躍不明顯；而備擇性假設認為變化趨勢顯著。從檢驗能力上看，使用非參數Mann-Kenda11單調趨勢檢驗和Mann-Whitney階段轉換檢驗要優于參數t檢驗，并且無須事先假定樣本的統計分布。

3 結果分析

3.1 源流徑流變化規律分析

利用1957～2013年阿克蘇河、和田河、葉爾羌河各斷面徑流監測資料，分析源流徑流量的變化規律（圖1和表1）。由圖1可知，塔里木河三源流徑流量存在明顯的上升趨勢和突變特征，但這種趨勢和突變在統計學上是否達到顯著水平，可借助非參數檢驗進行判定（表1）。

圖1 源流徑流量的趨勢及突變圖

根據表1可知，塔里木河三源流徑流量以每年0.83億m3的速率呈顯著增加趨勢，突變發生在1993年，突變前后水量年均增加值為31.13億m3。

表1 源流徑流量的趨勢及突變檢驗

注：統計變量Z0＞0，為增加趨勢；Z0＜0，為減小趨勢，Z0的絕對值大于1.96表明增加或減少趨勢顯著。H0表示原假設，A表示接受原假設變化趨勢或突變不顯著；R表示拒絕原假設變化趨勢或突變不顯著。

3.2 干流徑流變化規律分析

利用1957～2013年塔里木河流域干流阿拉爾斷面的地表徑流監測資料，研究干流徑流量的變化過程（圖2和表2）。根據圖2，與源流徑流量的變化趨勢相比，干流徑流量呈現輕微的下降趨勢和較弱突變。

圖2 干流徑流量的趨勢及突變圖

根據非參數檢驗（表2），干流徑流量以0.1億m3的速率呈輕微的下降趨勢；突變發生在1984年，但檢驗統計量（Z0）僅為1.29，表明突變不顯著，突變前后的年均減少量為4.41億m3。

表2 干流徑流量的趨勢及突變檢驗

3.3 源流區耗水規律分析

利用1957～2013年塔里木河流域源流與干流徑流量之間的差值，確定源流區的耗水量，并分析其變化特征（圖3和表3）。由圖3可知，由于塔里木河源流徑流增加而干流徑流減少，源流區耗水量的累積距平曲線在90年代由下降趨勢轉變為陡然上升，趨勢變化和突變特性強勁。

結合表3可知，塔里木河源流區的年均耗水量為152.07億m3，并以每年0.89億m3的速率呈顯著增加趨勢。源流區耗水量在1993年發生了顯著增加，該年前后兩時段的年均耗水增加量達到30.87億m3。結合源流、干流徑流量可知，在1993年之后，源流徑流量顯著增加，為源流區灌溉面積的擴大提供了豐沛水源。相關資料表明，1990～2008年，流域灌溉面積增加了67%，從而導致在源流徑流增加的情況下，干流徑流量反而出現減少。

圖3 源流區耗水量的趨勢及突變圖

表3 源流區耗水量的趨勢及突變檢驗

3.4 源流不同徑流情景下的干流徑流分析

為分析判定源流區水資源管理水平，對比分析源流在一定徑流頻率下干流的對應徑流量（即利用源流徑流預測干流徑流量）與同頻率下干流實際水量的差異。利用塔里木河1957～2013年源流徑流量數據，結合源流區的耗水量數據，構建了源流與耗水量（圖4、表4）之間的關系方程。

圖4 源流耗水量與徑流量的相關圖

根據圖4和表4，源流與區間耗水量擬合方程的相關系數（R2）為0.85，擬合精度較好，F檢驗結果表明回歸方程極顯著（P＜0.01），可滿足源流徑流下的源流區間耗水量的預測要求。

表4 源流徑流量與區間耗水量擬合方程的檢驗

根據1957～2013年塔里木河源流及干流的水文頻率曲線（P-Ⅲ型頻率曲線），查得其10%、25%、50%、75%和90%五個頻率下的徑流量。再根據不同頻率源流徑流量，通過表4計算方程計算不同頻率源流耗水量，源流徑流量與區間耗水量之間差值，即可作為源流不同徑流頻率下的干流徑流量預測值（表5）。

表5 不同頻率下源流區間耗水量和干流徑流量的預測單位：108m3

由表5可知，當源流徑流頻率為10%、25%和50%時，對應干流徑流保證率分別為12.1%、31.1%和54.9%，即干流徑流的增加幅度小于源流。這意味著在豐水期，源流地表水資源被大量引流利用，另外由于河道漫溢量、跑水量、水面蒸發量等加劇導致河道損耗增多。當源流徑流頻率為75%和90%時，對應干流徑流保證率分別為64.2%和71.1%，即干流徑流量的減少幅度小于源流。表明在偏枯水年，源流區耗水量相對較小，反映出流域管理機構對偏枯水年份水資源量管理更為嚴格，保障源流和干流用水的空間均衡，確保了源流向干流的下泄水量。

4 結語

本文對1957～2013年塔里木河源流和干流徑流量、源流區間耗水量變化趨勢及突變性進行了分析，同時分析了10%、25%、50%、75%和90%五個不同徑流頻率下源流與干流徑流量對應關系，結論如下。

（1）塔里木河源流徑流量呈顯著的增加趨勢，在1993年表現為顯著的增加突變。

（2）塔里木河干流徑流量呈不顯著的下降趨勢，在1984年表現為不顯著的減小突變。

（3）塔里木河源流區間耗水量呈顯著的增加趨勢，在1993年表現為顯著的增加突變。

（4）當塔里木河源流來水頻率低于50%時，干流徑流的增加幅度小于源流；當源流來水頻率高于50%，干流徑流的減少幅度小于源流。

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P333

A

1672-2469（2016）01-0050-04

2015-07-29

國家自然科學基金項目（41171427）。

張程程（1986年—），女，助理工程師。