高 照

(新疆哈密水文水資源勘測局，新疆 哈密 839000)

1 概況

哈密地區(qū)有4個(gè)國家基本水文站網(wǎng)，也是哈密地區(qū)區(qū)域代表站，其中頭道溝、白吉站、榆樹溝站位于哈爾里克山南坡，葦子峽站位于哈爾里克山北坡，哈爾里克山主峰托木爾堤峰，海拔高程4 886 m，海拔4 050 m以上區(qū)域是延續(xù)千萬年的永久積雪覆蓋區(qū)和現(xiàn)代冰川作用區(qū)[1]，哈密主要河流故鄉(xiāng)河、榆樹溝、伊吾河都發(fā)源于這一區(qū)域，各河流冰川分布情況見表1。

表1 研究區(qū)域各河溝冰川分布情況表

在有冰川消觸水補(bǔ)給的河流，徑流量的變化，取決于冰川消融水補(bǔ)給量和降水量的變化，在氣溫變暖的條件下，降水量和冰川融水量的增加，對出山徑流量的增加有貢獻(xiàn)，對于冰川融水補(bǔ)給比重大的河流尤為突出。近年來，哈密地區(qū)各有冰川消融水補(bǔ)給的河流，年徑流量受冰川面積的影響在不斷發(fā)生變化[2]，在此我們主要以伊吾河流域葦子峽水文站的實(shí)測資料為例進(jìn)行分析。

伊吾河流域地處東天山北坡伊吾縣境內(nèi)，該河發(fā)源于海拔4 200 m左右的齊拉克冰川群，境內(nèi)有大、小冰川49條，累積冰川面積35.62 km2，冰儲(chǔ)量約1.696 km3，年消融0.2374億m3，流域內(nèi)的永久冰川面積占東天山哈爾里克山北坡冰川總面積的72.3%，冰儲(chǔ)量占65.2%。冰川消融水一直占伊吾河年徑流量的44.933.8%[1]，是伊吾河十分可靠的水源。

葦子峽水文站是伊吾河流域唯一的水文控制站，水文站始建于1956年，1959年停測，1976年恢復(fù)觀測至今，累積有32 a的連續(xù)實(shí)測樣本系列。水文站以上集水面積1 057 km2(其中山區(qū)面積520 km2)，河長71.6 km，流域平均高程2 372 m，河道縱坡28.4‰，測站高程1 080 m。其實(shí)測多年平均年徑流量0.6953×108m3，變差系數(shù)0.26。

2 分析計(jì)算

2.1 年徑流量隨時(shí)間變化趨勢分析

繪制葦子峽站歷年年徑流過程線及年徑流量模比系數(shù)差積曲線，分析年徑流量時(shí)序變化過程，見圖1。從圖1中可看出，伊吾河年徑流量自1990年后發(fā)生轉(zhuǎn)折，水量增加顯著。2000年后徑流量遞增趨勢減緩，究其主要原因?yàn)樯嫌伪ǖ拿娣e萎縮導(dǎo)致冰川消觸水補(bǔ)給的減少造成。

水文現(xiàn)象有它本身發(fā)生、發(fā)展和演變的過程，它包含著必然性和偶然性，伊吾河流域蘊(yùn)藏著1.696 km2的冰川，其冰川消融水量一直占年徑流量的44.9%。隨時(shí)間的流逝及近十幾年來氣候的變暖及人為因素的作用，冰融量在改變，從圖1、圖2中可看出伊吾河年徑流量從1990年到2000年，呈現(xiàn)上升趨勢，其中1998、1999年分別比前一年遞增36.5%和23.3%，比實(shí)測多年均值多40.1%和66.7%，這些資料表明，由于山區(qū)氣溫的升高影響，上游天山冰川消融量增多，促使水量增加。2000年后，冰川面積明顯萎縮，徑流量遞增趨勢減弱。

2.2 模比系數(shù)累積平均過程線的分折

正常年徑流量是反映流域所蘊(yùn)藏水利資源的主要參數(shù)，河流年徑流量由于受多種因素的影響每年各不相同，但長時(shí)間累積成果能互相得以抵償，使多年平均值趨于穩(wěn)定。年徑流量系列模比系數(shù)累積平均過程線隨年徑流量豐枯變化而變化，但多年平均值必然趨向于1.0。從1977～1989年、1977～2008年2個(gè)不同系列長度葦子峽水文站年徑流量的模比系數(shù)累積平均過程線中看出(見圖3)，在1989年以前的各水文樣本系列趨于穩(wěn)定，當(dāng)加入1990年以后的樣本系列后，樣本系列不再穩(wěn)定，這說明后期的樣本資料改變了以往徑流量變化的趨勢。

圖1 葦子峽站歷年年徑流量變化過程線

圖2 伊吾河葦子峽站年徑流量模比系數(shù)差積曲線

圖3 伊吾氣象站年平均氣溫變化及線性趨勢

圖4 葦子峽站不同時(shí)段年徑流模比系數(shù)累積平均過程線

2.3 年徑流量樣本長短系列特征值的分折

反映年徑流量的主要參數(shù)有均值、變差系數(shù)。河流的年徑流量具有不重復(fù)的特點(diǎn)，但隨著樣本系列的延長，上述各種特征值會(huì)隨樣本的不斷擴(kuò)充而趨于穩(wěn)定，正常情況下的河流這段時(shí)間約為15～20 a。

表2 年徑流量長短系列特征值表 108m3

從表2中看出，當(dāng)葦子峽水文站的年徑流量系列在1991年前，多年均值在0.58億m3左右，變差系數(shù)穩(wěn)定在0.15左右，當(dāng)樣本系列但加入后期17年的樣本后，各項(xiàng)參數(shù)發(fā)生大幅度的變化，其中均值增加19.4%，變差系數(shù)提高57.1%。這說明由于后期水量增多造成的。

2.4 年徑流量滑動(dòng)平均值的分析

連續(xù)完整的年徑流量滑動(dòng)平均值，是總體中抽若干個(gè)體而組成的樣本，隨機(jī)抽出的樣本值反映了時(shí)段內(nèi)的水資源量，長系列樣本的均值代表著流域內(nèi)水資源的蘊(yùn)藏量。從5 a、10 a滑動(dòng)平均值計(jì)算表中可看出，從1956年到1989年長達(dá)34 a的樣本中，5 a滑動(dòng)均值變差1.25倍，10 a滑動(dòng)均值變差僅1.13倍，加入1990年以后的樣本，5 a、10 a的滑動(dòng)均值逐漸升高，其中5 a滑動(dòng)均值增加33.6%，年平均增幅2.4%，10 a滑動(dòng)均值增加25.7%，年平均增幅1.8%，破壞了34 a來形成的自然規(guī)律，也說明該流域的冰川消融量在逐年增加。

2.5 哈爾里克山南坡各河水量分析

東天山哈爾里克山南坡的故鄉(xiāng)河流域及榆樹溝流域的冰儲(chǔ)量占哈爾里克山南坡冰川面積和冰儲(chǔ)量的17.4%、29.8%和16.0%、36.0%[3]，據(jù)這2個(gè)流域出山口分別有故鄉(xiāng)河白吉水文站與榆樹溝水文站，兩個(gè)水文站的資料表明:夏季的4～8月份具有氣溫高、降水量大、河道流量集中和高山區(qū)永久冰川多的特點(diǎn)，其中白吉水文站4～8月徑流占全年徑流量的78%，榆樹溝水文站4～8月徑流占全年徑流量的82%，繪制兩站歷年平均流量過程線(圖4)可看出，兩條河流的低水在逐漸抬升，其中白吉水文站10 a來低水增加52%，榆樹溝水文站低水增加68.8%，隨80年代后期氣溫持續(xù)攀升，1990～2000年各河流均值也比前期增加12.7%和27.5%，各河水量的增加也說明上游冰川消融的趨勢與北坡一致，在逐年增加。2000年后徑流量上升趨勢減弱。

2.6 實(shí)測年資料分析

根據(jù)觀測記錄，在哈密地區(qū)范圍內(nèi)1997～1999年發(fā)生有罕見的連續(xù)3 a的高溫天氣，各項(xiàng)氣溫特征值高出多年平均0.8℃ ～1.6℃，見表2。使地區(qū)范圍內(nèi)各有冰川消融水補(bǔ)給河流后期徑流量大增，其中葦子峽站1998至2001年4 a均值比建站至1997年均值多53.3%，比建站至2007年均值多37.9%，比最近10 a均值多14.8%，見圖5。

3 結(jié)論

天山山脈由西向東橫穿新疆，雄偉的托木爾峰海拔高7 435 m，高山區(qū)冰川儲(chǔ)藏量10 107×108m3，占全國冰川儲(chǔ)藏量的20.2%，冰川消融水占新疆全年總徑流量的12%左右，冰川對新疆的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的地位。

隨氣候的變遷和人類活動(dòng)的影響，綜合以上分析，我們認(rèn)為天山山脈喀爾里克山北坡的伊吾河流域內(nèi)現(xiàn)代冰川作用區(qū)和永久積雪覆蓋區(qū)的面積和冰儲(chǔ)量的變化對流域徑流量的影響較大[4]，20世紀(jì)90年代隨著冰川消融量增多，具有冰川補(bǔ)給的河流徑流量呈現(xiàn)明顯增多，2000年后，隨著東天山永久冰川的面積和儲(chǔ)量正在較大幅度地減少。冰川消融水對下游河流的貢獻(xiàn)將隨之減少趨勢。氣候變暖造成高山區(qū)冰川消融加速，增加河流來水量，隨著冰川萎縮，這些河流水資源量將會(huì)短缺，人類社會(huì)將會(huì)遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境災(zāi)害，像洪、旱災(zāi)害事件明顯增多，出現(xiàn)暴雨和暴雨洪水、冰雪消融洪水及暴雨冰雪混合型洪水頻次明顯增加，災(zāi)害加重。例2005年8月、2007年7月該流域相繼發(fā)生罕見洪水，2009年發(fā)生罕見旱情，2009年葦子峽水文站年最大洪峰流量僅3.64 m3/s，不足歷年平均洪峰流量的10%。較小冰川隨著面積縮小和冰體迅速減薄，會(huì)出現(xiàn)冰川融水貢獻(xiàn)量逐年減少。

圖5 葦子峽站5 a、10 a徑流量滑動(dòng)平均線

圖6 白吉站與榆樹溝站年徑流量變化過程線

圖7 伊吾縣氣象站年降水量變化及線性趨勢

[1] 劉潮海，等.中國冰川目錄[M].北京:科學(xué)出版社，1986.

[2] 駱光曉，等.伊吾河流域水文特性[J].干旱區(qū)地理，1999(2):25-28.

[3] 高建芳，駱光曉.氣候變化對新疆哈密地區(qū)的河川徑流影響分析[M].北京:科學(xué)出版社，2009.

[4] 高前兆，等.氣候變化對塔里木河來自天山的地表徑流影響[J]. 冰川凍土，2008，30(1):1-11.