白楊河多年徑流特征分析

王新德

（昌吉水文勘測局，新疆 昌吉831100）

0 引言

河流是地球表面接納、匯集和輸水的路徑或通道，是地球上水循環的主要路徑［1］。近年來由于自然和人類活動的共同作用造成全球氣候顯著變暖，降水和蒸發增強，不僅造成洪、旱災害頻繁發生，而且導致水循環加快，直接影響河流的徑流量［2］，當前已成為國際社會普遍關心的熱點問題。徑流是氣候因子與下墊面相互作用而形成的產物，是地球上水循環的重要環節和水資源平衡的基本要素［3］，也是地表水資源量分析評價和合理規劃開發的基礎［4］。土地利用類型、植被破壞程度、地下水位升降趨勢等自然或人為因素均對徑流變化產生不同程度的影響。根據不同流域的水文觀測資料，分析流域徑流的演變規律和影響因子，對研究流域水平衡與水循環以及流域的生態系統穩定具有重要意義。白楊河作為新疆昌吉市主要的水源之一，對當地工農業的發展及人類的正常生產生活具有重要的作用，隨著社會經濟的發展，白楊河水資源開發力度逐漸增大，水資源的可持續發展將是當地面臨的重要問題之一。因此，本文通過分析白楊河徑流和降水年內、年際變化特征及演變規律，以期為該河流的生態安全及區域水資源的合理開發利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 區域概況

白楊河發源于博格達峰東北闊克括力冰川，源頭由東西兩支構成。白楊河河道長60 km，流域總面積1272 km2，是典型的冰雪消融型河流。據資料顯示，多年年均徑流量為0.6851×108m3，最大年徑流量出現在2016年，徑流量為0.9672×108m3，最小年徑流量出現在1984年，徑流量為0.4320×108m3。白楊河站為白楊河的小河站，屬一般水文站和自治區級報汛站，地理坐標為東經88°32′，北緯44°03′，設于1962年10月，現測驗斷面以上集水面積252 km2，河長32 km，河道坡降53.7‰，流域平均高程2774 m。測站高程1042 m。

1.2 資料來源

本文水文資料來源于白楊河白楊站1977年1月～2017年12月各月的實測值。

1.3 方法

（1）時間序列分析。時間序列又叫動態數列，是變量的數據按照時間順序排列而成的一組數列，其反映各變量隨時間變化的演變規律。

（2）相關分析。相關分析是研究各變量間相互關系密切程度的一種常用統計方法，相關系數是反映這種函數關系程度及方向的統計量［6］。

2 白楊河年際徑流量與降水特征分析

2.1 不同年段年均徑流量和降水量演變規律分析

表1 白楊河不同年段年均徑流量、降水量變化特征

以5年時間為一組進行時間分段分析，2002年～2006年白楊河平均徑流量最大，為0.8453×108m3，最小值在1982年～1986年，徑流量為0.8453×108m3；白楊河降水量在2007年～2011年達到最大為317.14 mm，在1982年～1986年最小為227.90 mm，與年際徑流量變化規律一致。在2012年～2017年均徑流量的極值比最大為1.92，變差系數為0.20，在1997年～2001年均徑流量的極值比最小為1.17，變差系數為0.07。在1987年～1991年和1997年～2001年白楊河年均降水量極值比最大，分別為2.08、2.09，變差系數分別為0.25、0.24；在1992年～1996年年均降水量極值比最小為1.09×108m3，變差系數為0.03。整體而言，年均徑流量的變差系數和極值比均小于降水量的變差系數和極值比，由此表明，白楊河的年均徑流量和降水量的演變規律并不完全一致（見表1）。

2.2 年際徑流量和降水量變化規律分析

圖1 白楊河年徑流量變化圖

圖2 白楊河年降水量變化圖

年徑流量的變化趨勢直接反映徑流的演變規律，決定著水資源的合理開發和利用［5］。圖1表示白楊河站41年年徑流量變化，由圖1可以看出，自1977年白楊河年際徑流量總體呈現緩慢上升趨勢。41年平均徑流量為0.7163億/m3，在1991年、2003年、2016年出現徑流量波峰，在1984年、2014年出現徑流量波谷。降水量是影響徑流量變化的主要因素，研究降水量的演變規律對明確徑流變化特征具有重要的作用。圖3是白楊河多年平均降水量演變圖。由圖3可知，白楊河多年平均降水量為273.53 mm。41年間出現3次明顯的波峰，在1987年、2007年和2015年，波谷不明顯。

3 白楊河年內徑流量與降水特征分析

3.1 月均流量和降水量分析

圖3 白楊河多年月均流量變化圖

圖4 白楊河月降水量變化圖

本文采用不均勻系數進行白楊河多年月均流量的分配進行分析。徑流的不均勻系數是反映月徑流量不均勻程度的指標［6］，此系數越小，說明月徑流量的不均勻程度越低，反之，年內分配越不均勻。不均勻系數的計算公式如下：

式中：C為不均勻系數；Ri為各月均流量；R為月流量。

由公式計算得白楊河多年月均流量不均勻系數為0.08，表明白楊河月均流量不均勻；由圖4可以看出，白楊河年徑流量主要集中在6月～8月，占年內總流量的73.61%；月均流量最大值出現在7月份為8.13 m3/s，占年內總流量的31.30%；月均流量最小值出現在2月份，流量為0.329 m3/s，占年內總流量的1.38%。月均流量從每年的2月份到7月份呈現增長趨勢，在7月份達到最大值，從8月份到次年的1月份月均流量呈現降低趨勢。

從圖3所示多年月平均降水量可以看出，白楊河的年降水量主要集中在4月～8月，每月月降水量均大于29 mm，降水量占全年總降水量的62.38%；最大降水量出現在6月，其多年月平均降水量為38.27 mm，占多年平均降水量的14.13%；最小降水量出現在1月，其多年月平均降水量為7.45 mm，占多年平均降水量的2.7%。從每年的1月份到6月份，降水量呈現增長趨勢，6月份降水量達到最大值，7月份到12月份的呈下降趨勢，降水的季節性變化較為顯著。盡管該河流多年年降水量有所差異，但降水量多集中在每年的4月～8月，這種特征主要由強降雨過程產生的頻次與發生時間所導致［7］。

3.2 月降水量與流量相關性分析

圖5 白楊河月降水量與流量相關圖

圖5 為白楊河1977年～2017年月均降水量和月均流量的相關圖。由圖可以看出，隨著月均降水量的增加，月流量呈現指數增加趨勢，擬合函數為Y=0.1458e0.0895x，相關系數R=0.83。其中，當月均降水量小于20 mm時，月均流量與降水量的擬合度更高。由此表明，降水量是白楊河徑流量的重要決定因素之一。

4 結論

徑流是河流重要的組成部分，河流徑流量的變化受氣候、天文、人類活動等諸多因素的影響［8］。大量研究表明，降水量與河流徑流量密切相關［9］，本文通過分析白楊河1977年～2017年多年徑流量和降水特征，得出白楊河年降水量和年徑流量均呈現不穩定、緩慢增加的趨勢，且年內分配不均勻，但是二者的變化趨勢并不完全一致，其中年徑流量主要集中在6月～8月，而年降水量主要集中在4月～8月，主要是由于上半年干旱缺水，4月～6月的降水主要以土壤滲透為主，隨著土壤含水量的飽和，6月～8月主要以徑流的形成為主。從該研究區月降水量與流量的相關分析情況可得，隨著月均降水量的增加，月徑流量呈現指數增加趨勢，相關系數達0.83。綜上分析可知，白楊河降水量是徑流量的主要影響因子之一，同時還可能受溫度、濕度等因素的影響，因此，后期應針對白楊河徑流量的其他干擾因子進行深入分析。