木壘河流域1980—2020年降水徑流變化特征分析

張 婷

(新疆昌吉方匯水電設計有限公司，新疆 昌吉 831100 )

1 木壘河流域概況

木壘哈薩克自治縣位于天山東段北麓，準噶爾盆地東南緣。木壘河是木壘縣境內最大的河流，該河發源于天山山脈博格達山北坡，流域面積1249 km2，河長80 km，多年平均年徑流量為0.5184億m3。其余5條河流分別是英格堡河、水磨溝河、東城河、白楊河與博斯塘河。木壘河流域內有一座中型水庫龍王廟水庫，是流域內主要的控制性水利工程。該流域地表水資源相對比較豐富，是木壘縣農業和牧業的主要水源。但由于降雨的季節變化明顯，水量在季節分配上，表現為夏季最多，春季次之，秋季較少，冬季最少；在月分配上，表現為夏季5月最多，冬季2月最少。總體來說，木壘縣地表水資源量年內分配極不均勻。本文結合流域多個水文觀測站點及氣象觀測站點1980—2020年降水、徑流進行分析，并對木壘氣象站、躍進水庫進庫站、開墾河站、北塔山氣象站等4站的降水系列缺測年份進行了插補[1]，結果見表1。

表1 木壘河流域降水選用站資料插補情況

2 降水變化特征分析

2.1 降水量的年際變化

轄區內降水量年際變化較大，最大年降水量與最小年降水量的比值在3.3～5.0之間，變差系數Cv在0.27～0.37之間。降水量年際變化見表2。

表2 木壘河流域選用站降水量年際變化

由于本區范圍較小，區間變化不明顯，受氣團控制特性比較明顯，同一系統在平原降水量較小，但在山區卻有很強的降水。就整個區域來說降水規律大致相同，年際變差相對較大。另外，區域內最大年、最小年出現時間的同步性較差，因本區域地形比較復雜，大范圍降水在本區域具有普遍性，局部陣雨、小范圍降水在本區域具有隨機性，易造成上述的不同[2-4]。

2.2 降水量的豐枯分析

結合降水量統計參數分析，與1980—2020年40年降水系列比較，四個降水時段中，1991—2020年30 a同步期年降水量均值基本接近40 a年降水系列均值；1980—1999年、2000—2020年同步期年降水量均值與40 a年降水系列均值相比或偏小或偏大。說明相對于1980—2020年40 a降水系列來說，1991—2020年30 a的年降水系列代表性較好，而1980—1999年20 a及2000—2020年21 a的年降水系列代表性欠佳。選擇降水具有40 a以上實測系列的木壘氣象站及開墾河站作為分析對象，對各站的1980—2020年年降水系列依據豐枯統計標準(P<37.5%為豐水年，37.5%≤P≤62.5%為平水年，P>62.5%為枯水年)進行逐年年降水量豐枯判別，以兩站同為豐水或枯水的年份作為統計豐水或枯水年份并分別計算豐、枯水年平均出現年數，以此分析木壘縣年降水量的豐枯變化[5-6]。

在1956—2000年40 a同步期年降水系列中，枯水年占14 a，出現概率為31.1%；豐水年占17 a，出現概率為37.8%。14 a枯水年中，有5 a出現在80年代，4 a出現在90年代，3 a出現在00年代；17 a豐水年中，有4 a出現在80年代，2 a出現在90年代，5 a出現在00年代，6 a出現在10年代。從兩站豐、枯水年在40 a年降水系列中平均出現年數來看，豐水年出現的概率略高于枯水年，而且豐、枯水年出現概率均高于平水年，這進一步說明木壘河流域降水的年際變化較大。

通過對兩站1980—2020年40 a年降水系列及不同年代連豐、連枯、豐轉枯、枯轉豐出現次數的統計分析，見表3，說明40 a降水系列中枯水年轉豐水年出現的概率最大，連續枯水年出現的概率最小，連續豐水年及豐水年轉枯水年出現的概率介于二者之間。而從豐枯出現年代統計來看，00年代和10年代降水連豐出現次數達到了90年代以前的總和，而且10年代未出現降水連枯現象。至于豐、枯轉換情況，以00年代豐枯轉換最為頻繁，80年代轉換最少，90和10年代居中。

表3 木壘河流域評價區年降水量豐枯周期變化

以上分析充分說明，90年代以前的少雨時期與該時段(1981—2020年)降水連豐出現次數少、降水連枯出現次數多密切相關；同理，90年代以后為多雨時期與2000—2020年時段降水連豐出現次數多、降水連枯出現次數少的分析結論一致。

3 徑流變化特征分析

3.1 年徑流量模比系數分析

木壘河的年徑流量模比系數較大，最大模比系數為2.0，也就是說水量特豐年的年徑流量為正常年年徑流量的2.0倍；而最小模比系數為0.40，即水量最枯年的年徑流量只有正常年年徑流量的40%；最大年徑流量與最小年徑流量的比值為5.1；模比系數的相對變幅為1.63。

3.2 年際徑流變化特征

對木壘河流域4個水文站實測資料以10 a為一個時段進行了徑流統計，結果見表4，為判斷徑流多年以來的變化規律，采用Mann-Kendall 趨勢檢驗法對各年代做了檢驗，檢驗結果見表5。

表4 木壘河各站各年際徑流統計

表5 木壘河各站各年際徑流趨勢檢驗結果

由表4可見，木壘河各站徑流總體緩緩下降的變化趨勢，自1990年以后，隨著牧業和農業大規模游興起，各站點的徑流量均有顯著下降跡象。此外，人類活動也是影響徑流的主要原因。由表5可見，1990—2009年間趨勢檢驗都是負值，表明這段時間該河流徑流呈現遞減的變化規律。前面分析降水量的年際變化時，雖然90年代之后為多雨時期，但是由于木壘河是木壘縣農業用水和工業用水的主要水源，隨著人類活動增加，對木壘河用水需求也隨之增加，因此其徑流變化呈現遞減，但遞減變化趨勢較弱。從2010年開始，木壘河流域加大流域水資源調控措施，加上區域調水影響，其徑流總體呈現遞增變化。

3.3 徑流的年內分配

木壘河連續最大四個月徑流量占年徑流量的百分數為71.5%，出現月份為5—8月，此間正值融雪或高溫多雨季節，水熱同步。木壘河冬季水量主要靠地下水補給，因此冬季水量占年徑流量的百分比最小，僅有4.6%。春季水量占年徑流量的百分比略高于秋季，為29.1%；秋季為15.3%。這也屬無冰川融水補給河流徑流的特有共性[7-8]。在春季的3—5月，氣溫回升，冬季積存于流域坡面的積雪在正溫或春季雨水的動力作用下融化入河，致使春季河流徑流增大；而秋季河流徑流的主要補給源為大氣降水，此期間降水頻次及強度又不如春、夏兩季，因而木壘河春季水量較秋季為高。夏季水量占年徑流量的比重最大，為50.9%。

木壘河最大月徑流量占到年徑流量的20.6%，出現在5月；最小月徑流量僅占年徑流量的1.1%，出現在2月；最大月徑流量與最小月徑流量的比值為18.7，具體見表6。綜上所述，木壘縣主要河流年內徑流分配極不均勻，季節和月徑流變化較大。

表6 木壘河流域躍進水庫進庫站徑流量年內分配

3.4 年徑流的地區分布

木壘縣是個多山地區，南、北、東部皆有山脈，平原位于盆地內的非沙漠區，年徑流的分布因地勢高低而異。木壘河流域西南角年徑流深在500 mm以上；照壁山以西至沃塔鋪一帶年徑流深在200～500 mm之間；博斯塘河以西至照壁山一帶的上游地區，年徑流深在50～200 mm之間；南部山區年徑流深在5～50 mm之間；5 mm年徑流深以下地帶，年降水量在250 mm以下，為弱產流區。

4 結 論

(1)木壘河流域由于地形復雜，大范圍的降水有普遍性，小范圍降水表現出隨機性，而在降水的豐枯變化情況來看，多表現為枯水年轉豐水年，表明流域降水年際變化幅度大，在高差大的位置容易形成季節性洪水災害。

(2)從木壘河流域各水文、氣象站數據看，徑流量呈周期性變化規律大致以10 a為一個短周期。徑流變化在前兩個10 a表現為總體下降趨勢，而這個階段降水屬于多雨時期，產流量較少，該流域人類活動和需水量是主要影響因素。

(3)木壘河流域徑流年內分配極不均勻，季節和月徑流變化大。春季受到融雪影響，徑流量顯著增加；夏季高溫加劇了融雪的影響，同時夏季降水也擴大了木壘河的徑流量。而從南部山區到中部沙漠隨著降雨量的減少，徑流也隨之降低。