新疆喀什庫山河近65年水文要素變化特征探討

秦 雯

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

庫山河位于新疆地區的西南部。流域地處塔里木盆地的西南邊緣且與蓋孜河西面相連接，東面與葉爾羌河相連且從布谷里沙漠穿越而過，昆侖山脈在庫山河的南面，喀什克孜河干流為庫山河北面河流的最終匯入點[1]。庫山河主要流經阿克陶縣、英吉沙縣以及疏勒縣，總的流域面積為6 957.6 km2，其中山區和平原地區面積分別為2 612 km2和4 345.6 km2[2]。沙曼水文站為庫山河主要控制水文站，站點以上匯水面積為2 169 km2，多年平均徑流量為6.378億 m3。庫山河由于遠離海洋且位于內陸腹地，降水量較少但蒸發量較大，日照時間長使得氣候較為干燥，氣溫日變化較為明顯且存在明顯的年代際變化，具有易出現極端干旱的大陸典型氣候變化特征[3]。流域氣候垂向分布變化特征明顯且冷暖兩季主要出現高山區的一年當中，夏季時間長而冬季時間較短。永久冰川主要發育在海拔5 000 d的高海拔山區[4]。中山的海拔高度一般在2 000 m左右[4]。中部山區年均降水量可達到3 000 mm屬于降水量較為充沛的區域，東北部山坡年降水量低于70 mm屬于極度干旱的地區，該區域水面蒸發多年均值可高達2 700 mm。流域內平原區日照充足但建設量較少，由于庫山河較為復雜的地形條件使得其氣候差異變化較大，山區和平原區的水文特征差異度較高[5]。近年來對于庫山河水文特征變化取得一定研究成果，但均未能對庫山河水文特征進行系統分析，因此本文結合庫沙河主要控制水文站沙曼站實測水文要素數據，對其水文變化特征進行分析。研究成果對于進一步解決庫山河水資源短缺及防洪減災能力提升具有重要的參考依據。

1 降水變化特征分析

結合沙曼水文站以上流域內的氣象站點數據，統計了流域內近65年的降水變化特征，并結合M-K趨勢統計方法對各年代際變化趨勢進行分析，結果如表1所示。

表1 庫山河降水量變化特征分析結果

通過對庫山河年降水量變化統計分析結果可看出，庫山河降水量總體呈現遞增變化，1961-2020年降水量的M-K統計值為1.29，達到M-K的95%統計置信區間。庫山河多年降水量的平均值為135.7 mm，降水量最大和最小的年份分別為1971年和1961年，最大和最小降水量差值為178.4 mm，差異較為顯著。結合庫山河平原區氣象站點降水數據表明其多年降水量均值為66 mm，最大降水量和最小降水量之間的差值117.5 mm，平原區降水較為集中，主要分布在春季和夏季，這兩個季節降水量占全年的降水量比重可達到75%左右。連續4個月最大降水量的占全年降水量比重可達到60%左右，年內分配差異較為明顯。庫山河降水量空間變化具有明顯的垂向分布規律，山區降水量明顯高于平原區降水量，隨著海拔高度的增加降水量逐步遞增。

2 蒸發變化特征分析

結合沙曼水文站以及流域內氣象站實測蒸發數據統計分析了庫山流域的蒸發變化特征，分析結果如表2所示。

表2 庫山流域的蒸發變化特征分析結果

從統計分析結果可看出，和降水量變化趨勢不同，庫山河的蒸發總體呈現遞減變化，其1961-2020年的M-K統計值為-0.29，但遞減的趨勢性較低。流域蒸發存在較為明顯的空間變化特征，水面蒸發量的高值主要出現在東北部區域。隨著地勢的增加蒸發量從東北向西南逐步增加，降水遞增變化而其蒸發逐步減小。山前傾斜區的蒸發低于沙漠區蒸發，但蒸發量要高于山區蒸發量。沙曼水文站多年蒸發量均值為1 436.1 mm，流域內阿克陶、英吉沙及岳普湖氣象站的蒸發量多年均值分別為1 344.3 mm、1 324.1 mm以及1 499.7 mm。隨著地勢的增高水面蒸發量逐步減小變化。

3 徑流變化特征分析

對庫山河各年代際近65年的的徑流量變化趨勢進行統計分析，并采用M-K統計分析方法對其變化趨勢進行顯著性檢驗，結果如表3所示。

表3 沙曼水文站年代際徑流變化特征

庫山河主要發源于冰川區，其徑流主要為融雪徑流的補給，降雨補給作為輔助方式，地下水和泉水的補給主要為枯水季節的徑流補給。徑流補給存在明顯的垂直地帶分布特征。主要通過兩大支流進行河流匯合而形成。春季徑流占全年徑流的比重在5%～20%之間變化，夏季徑流量比重較大，占全年徑流比重在55%～70%之間變化，而秋季和冬季徑流比重較小，其中秋季徑流占全年徑流的比重在10%～20%之間，冬季徑流比重最低僅占全年比重的3%～8%。沙曼水文站最大年徑流和最小年徑流分別出現在1959年和1965年，年徑流量分別為8.045億 m3和4.278億 m3。通過對沙曼水文站年徑流變化特征分析可知其年徑流豐枯比為1.88且其變差系數達到0.15，徑流年際變化相對較為穩定。

4 泥沙變化分析

結合沙曼水文站多年平均懸移質含沙量實測數據統計分析其年代際泥沙變化特征，分析結果如表4和表5所示，并對沙曼水文站多年懸移質含沙量和輸沙量年內分配變化進行分析，如圖1所示。

表4 沙曼水文站年代際含沙量變化特征

表5 沙曼水文站年代際輸沙量變化特征

圖1 沙曼水文站多年平均月含沙量和輸沙量變化過程

從分析結果可看出，沙曼水文站含沙量多年懸移質平均值為3.05 kg/m3，含水量最大的月份主要出現在7-8月份，含沙量最小月份主要出現在11月份，最大和最小含沙量的比重為137倍之多。懸移質含沙量主要出現在冬季以及春季的1-3月份。各月份含沙量主要分布在0.035～0.24 kg/m3之間。懸移質輸沙量的高值主要出現在2月份，沙曼站近65 a懸移質輸沙量的多年平均值為199萬 t，其中7月份輸沙量最高占全年輸沙量的比重高達36.4%之多。夏季的6-8月份為輸沙量較為集中的連續月份，其輸沙量占全年輸沙量的比重可達到94.5%。冬季的10-12月份以及次年的1-3月份屬于輸沙量最低的連續月份，其占全年輸沙量的比重僅為0.43%。由此可看出沙曼水文站懸移質輸沙量年內分配差異度較大，且輸沙浪的集中度明顯低于徑流變化的集中度。年徑流變化較大的區域其輸沙量一般變化也較大，輸沙量變化較小的區域其徑流變化的差異度也較小。沙曼水文站年最大輸沙量和最低輸沙量之間的模比系數為0.30，最大輸沙量和最小輸沙量之間的比值為6.67，因此庫山河沙曼水文站年際輸沙量變化要明顯高于年際徑流的變化。通過其沙量數據統計分析，庫沙河懸移質輸沙量的泥沙顆粒的粒徑可以達到0.185 mm，全年泥沙總量的67%為粒徑大于0.05 mm的泥沙。這主要是因為汛期含沙量較為集中，受到暴雨沖刷影響其顆粒一般較粗。

5 洪水變化分析

結合沙曼水文站實測洪水數據，對其近65年洪水各年代際發生的頻次進行統計分析，并結合M-K方法對其洪水頻次進行顯著性變化分析，分析結果如表6所示。

表6 庫山河沙曼水文站洪水頻次變化分析結果

庫山河地區洪水類型的成因較多，季節消融型洪水主要出現在中山帶區域，冰雪融水洪水主要出現在高山帶區域。暴雨型洪水、冰雪消融型洪水、混合洪水以及冰凌洪水是其主要的洪水類型，其中在四類洪水中消融型洪水屬于發生頻次最高的洪水類型。從沙曼水文站洪水頻次可看出，各年代發生的洪水頻次變化較為穩定，總體呈現遞增變化，M-K統計值較低，未能達到90%的置信區間。7月份屬于洪水較大的月份，其次為8月份，在近65 a中6月出現洪水的過程頻次較低。從庫山河降水變化過程可看出，庫山河洪水主要為高溫時期冰雪消融為主，降雨補給為輔的方式。年際融雪洪水變化程度較低，年際混合型洪水的變化程度較高。

6 結語

(1)庫山河降水量空間變化具有明顯的垂向分布規律，山區降水量明顯高于平原區降水量，隨著海拔高度的增加降水量逐步遞增。沙曼水文站多年蒸發量均值為1 436.1 mm，蒸發量隨著地勢的增高水面蒸發量逐步減小變化。

(2)庫山河沙曼水文站年徑流豐枯比為1.88且其變差系數達到0.15，徑流年際變化相對較為穩定。沙曼水文站年最大輸沙量和最低輸沙量之間的模比系數為0.30，最大輸沙量和最小輸沙量之間的比值為6.67，庫山河沙曼水文站年際輸沙量變化要明顯高于年際徑流的變化。

(3)沙曼水文站洪水頻次可看出，各年代發生的洪水頻次變化較為穩定，總體呈現遞增變化，M-K統計值較低，未能達到90%的置信區間。7月份屬于洪水較大的月份，其次為8月份，在近65年中6月中、下出現洪水的頻次較低。