琪美格 才文華

（1.新疆巴州水文水資源勘測(cè)局 新疆 庫(kù)爾勒 841000；2.新疆巴州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 新疆 庫(kù)爾勒 841000）

1 概況

車(chē)爾臣河是新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)昆侖山、阿爾金山系中最大的河流，發(fā)源于昆侖山-阿爾金山北坡，集水面積24692km2，河源分布有6973m的木孜塔格峰，該河流經(jīng)且末縣處設(shè)有且末水文站，是新疆巴州南部包括昆侖山～阿爾金山在內(nèi)的339170km2行政區(qū)域唯一水文站。

車(chē)爾臣河年徑流量達(dá)8億m3，是塔里木盆地東南部徑流量最大的河流，歷史上每年有2億m3的水通過(guò)若羌縣縣境內(nèi)的臺(tái)特瑪湖注入羅布泊，近30年內(nèi)，車(chē)爾臣河僅在冬季和洪水季節(jié)才有水流入臺(tái)特瑪湖，現(xiàn)在，且末縣和若羌兩縣每年從車(chē)爾臣河的引水量只有3億m3。由于流沙的堵塞，車(chē)爾臣河在歷史上曾三次被迫改道，使聞名西域的且末古城兩度被風(fēng)沙吞噬。現(xiàn)在，河?xùn)|的沙漠仍以每年5m～10m的速度自東向西推進(jìn)，直接威脅縣城的安全。文章選用且末縣的水文資料，就氣溫對(duì)河流徑流量的變化進(jìn)行分析。

2 影響年徑流量的降水氣溫因素

2.1 基本資料

選用車(chē)爾臣河且末水文站1957年～2006年年徑流量、1月～12月月降水量及年降水量、1月～12月月平均氣溫及年平均氣溫資料。

2.2 用逐步回歸分析法挑選影響年徑流量的降水氣溫因素

逐步回歸分析是應(yīng)用“雙重檢驗(yàn)”（即引進(jìn)和剔除因子檢驗(yàn)）方法，來(lái)研究具有線(xiàn)性關(guān)系的一個(gè)因變量與一個(gè)以上自變量之間的相關(guān)關(guān)系。

在信度α=0.10時(shí)，選用且末水文站1957年～2006年年徑流量為自變量、1月～12月月年平均氣溫及月年降水量等26個(gè)序列為因變量進(jìn)行逐步回歸分析，得回歸方程：

式中，Y是年徑流量，X1是年降水量，X2是4月月平均氣溫，X3是3月降水量，X4是2月降水量，X5是5月月平均氣溫。復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.6384。

t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)：t=5.5＞t(0.001/2)=3.53，F(xiàn)=6.06＞ F(0.001)=5.02，說(shuō)明回歸分析均通過(guò)信度α為0.001的t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)，上述5個(gè)因變量可作為影響年徑流量的主要降水、氣溫因素來(lái)進(jìn)行趨勢(shì)和周期分析。

由于且末水文站1957年～2006年2月、3月別有41個(gè)月無(wú)降水，且2月、3月多年平均降水量?jī)H占年降水量的1.7%和2.6%，故不宜識(shí)別和提取連續(xù)性確定函數(shù)，本次僅對(duì)年降水量及4月、5月月平均氣溫進(jìn)行趨勢(shì)和周期分析。

3 降水氣溫因素趨勢(shì)分析

在識(shí)別和提取時(shí)間序列的趨勢(shì)函數(shù)時(shí)，可采用下列關(guān)系式作為趨勢(shì)函數(shù)的近似擬合值：

式中，t=1、2、…、n，n 是樣本容量。

將上述關(guān)系式中 t、t2、t3、t4、t-1、t-2、t-1/2、t1/2、et、lnt等10項(xiàng)按時(shí)間t的次序計(jì)算排列，可得到樣本容量為n的10個(gè)時(shí)間序列。將這10個(gè)時(shí)間序列與所分析的時(shí)間序列QS(t)建立逐步回歸方程，用逐步回歸分析法來(lái)估計(jì)關(guān)系式中的參數(shù)bi（i=0、1、2、…、10），給出QS(t)的具體形式。若通過(guò)一定信度α的t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)，則QS(t)的具體形式就是時(shí)間序列所隱含的趨勢(shì)函數(shù)。

3.1 年降水量趨勢(shì)分析

在信度α=0.10時(shí)，對(duì)且末水文站1957年～2006年年降水量進(jìn)行逐步回歸趨勢(shì)分析，得趨勢(shì)函數(shù)：

t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)：t=3.03>t(0.01/2)=2.68，F(xiàn)=9.16>F(0.01)=7.16，說(shuō)明回歸分析均通過(guò)信度α為0.01的t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)。

且末水文站1957年～2006年年降水量趨勢(shì)變化見(jiàn)圖1，可見(jiàn)呈遞增趨勢(shì)。

3.2 4月月平均氣溫趨勢(shì)分析

在信度α=0.10時(shí)，對(duì)且末水文站1957年～2006年4月月平均氣溫進(jìn)行逐步回歸趨勢(shì)分析，得趨勢(shì)函數(shù)：

t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)：t=2.19＞t(0.05/2)=2.01，F(xiàn)=4.81＞F(0.05)=4.03，說(shuō)明回歸分析均通過(guò)信度α為0.05的t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)。

且末水文站1957年～2006年4月月平均氣溫趨勢(shì)變化見(jiàn)圖2，可見(jiàn)，1976年之前無(wú)明顯的單向增減趨勢(shì)，1976年（尤其1986年）之后呈遞增趨勢(shì)。

3.3 5月月平均氣溫趨勢(shì)分析

在信度α=0.10時(shí)，對(duì)且末水文站1957年～2006年4月月平均氣溫進(jìn)行逐步回歸趨勢(shì)分析，得趨勢(shì)函數(shù)：

t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)：t=2.24＞t(0.05/2)=2.01，F(xiàn)=5.03＞F(0.05)=4.03，說(shuō)明回歸分析均通過(guò)信度α為0.05的t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)。

且末水文站1957年～2006年5月月平均氣溫趨勢(shì)變化見(jiàn)圖3，可見(jiàn)呈遞增趨勢(shì)。

4 降水氣溫因素周期分析

4.1 年降水量周期分析

從樣本序列中識(shí)別周期時(shí)，可用方差分析法進(jìn)行判斷。對(duì)且末水文站1957年～2006年年降水量進(jìn)行方差分析，得5個(gè)周期波：

信度α=0.05時(shí)，方差比F=1.97＞F(α)=1.92，存在長(zhǎng)度為18的第1周期。α=0.05 時(shí)，F(xiàn)=2.13＞ F(α)=1.91，存在長(zhǎng)度為23的第2周期。α=0.05時(shí)，F(xiàn)=2.63＞F(α)=2.56，存在長(zhǎng)度為5的第3周期。α=0.1時(shí)，F(xiàn)=1.81＞ F(α)=1.71，存在長(zhǎng)度為13的第4周期。α=0.1時(shí)，F(xiàn)=2.85＞F(α)=2.41，存在長(zhǎng)度為3的第5周期。

4.2 4月月平均氣溫周期分析

對(duì)且末水文站1957年～2006年4月月平均氣溫進(jìn)行方差分析，得2個(gè)周期波：

信度α=0.05時(shí)，方差比F=2.02＞F(α)=1.91，存在長(zhǎng)度為20的第1周期。α=0.1時(shí)，F(xiàn)=2.23 ＞ F(α)=1.73，存在長(zhǎng)度為12的第2周期。

4.3 5月月平均氣溫周期分析

對(duì)且末水文站1957年～2006年5月月平均氣溫進(jìn)行方差分析，得4個(gè)周期波：

信度α=0.025時(shí)，方差比F=2.21＞F(α)=2.2，存在長(zhǎng)度為17的第1周期。α=0.05 時(shí)，F(xiàn)=4.03＞ F(α)=4.03，存在長(zhǎng)度為2的第2周期。α=0.1時(shí)，F(xiàn)=1.92＞F(α)=1.81，存在長(zhǎng)度為9的第3周期。α=0.1時(shí)，F(xiàn)=2.39 ＞ F(α)=1.65，存在長(zhǎng)度為24的第4周期。

5 年徑流量趨勢(shì)與周期分析

5.1 年徑流量趨勢(shì)分析

在信度α=0.025時(shí)，對(duì)且末水文站1957年～2006年年降水量進(jìn)行逐步回歸趨勢(shì)分析，得趨勢(shì)函數(shù)：

t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)：t=4.07＞t(0.001/2)=3.51，F(xiàn)=8.28＞ F(0.001)=8.03，說(shuō)明回歸分析均通過(guò)信度α為0.001的t檢驗(yàn)與F檢驗(yàn)。

且末水文站1957年～2006年年徑流量趨勢(shì)變化見(jiàn)圖4，可見(jiàn)20世紀(jì)90年代之前呈遞減趨勢(shì)，之后呈遞增趨勢(shì)。

5.2 年徑流量周期分析

對(duì)且末水文站1957年～2006年年徑流量進(jìn)行方差分析，當(dāng)信度α=0.10時(shí)，方差比F=1.80＞F(α)=1.75，此時(shí)存在唯一的第1周期，周期長(zhǎng)度T=12，周期振幅依序?yàn)椋?.03、5.69、4.90、4.78、4.31、4.70、4.50、6.87、5.87、5.48、5.80 和 4.83。

6 降水氣溫變化對(duì)年徑流量的影響

6.1 逐步回歸方程的物理成因解釋

由2.2建立的降水氣溫與年徑流量之間的逐步回歸方程可見(jiàn)，影響車(chē)爾臣河年徑流量的主要降水氣溫因素是年降水量、4月月平均氣溫、3月降水量、2月降水量和5月月平均氣溫，其中3月降水量、5月月平均氣溫為負(fù)相關(guān)，其余為正相關(guān)。其統(tǒng)計(jì)關(guān)系可從物理成因上解釋如下：

年降水量與年徑流量正相關(guān)，說(shuō)明車(chē)爾臣河屬于雨水補(bǔ)給型河流。

年降水量與4月月平均氣溫正相關(guān)，4月月平均氣溫的高低直接影響冬季冰雪融水量，說(shuō)明車(chē)爾臣河又屬于冰雪融水補(bǔ)給型河流。

由于且末水文站1957年～2006年2月、3月別有41個(gè)月無(wú)降水，故不好解釋物理成因。

年降水量與5月月平均氣溫負(fù)相關(guān)，是因?yàn)?月月平均氣溫直接影響著冬季冰雪融水量，后期氣溫再高也無(wú)足夠的冬季冰雪可供融化。

6.2 降水、氣溫、年徑流量趨勢(shì)變化比較

見(jiàn)圖1，車(chē)爾臣河且末水文站1957年～2006年年降水量見(jiàn)呈遞增趨勢(shì)。

見(jiàn)圖2，4月月平均氣溫在1976年之前無(wú)明顯的單向增減趨勢(shì)，1976年（尤其1986年）之后呈遞增趨勢(shì)。

見(jiàn)圖3，5月月平均氣溫呈遞增趨勢(shì)。

見(jiàn)圖4，年徑流量在20世紀(jì)90年代之前呈遞減趨勢(shì)，之后呈遞增趨勢(shì)，即20世紀(jì)90年代初是年徑流量趨勢(shì)變化低值段。

6.3 年徑流量趨勢(shì)變化低值段的物理成因分析

為什么20世紀(jì)90年代初是且末水文站年徑流量趨勢(shì)變化低值段？這是由于該時(shí)段河流雨水和冰雪融水補(bǔ)給量相對(duì)偏小所致。見(jiàn)圖1，年降水量在1990年～1994年相對(duì)偏小，說(shuō)明該時(shí)期河流雨水補(bǔ)給量也相對(duì)偏??；見(jiàn)圖2，4月月平均氣溫在1990年～1992年相對(duì)偏低，說(shuō)明該時(shí)期河流冰雪融水補(bǔ)給量也相對(duì)偏小。

6.4 降水、氣溫、年徑流量周期變化比較

且末水文站1957年～2006年年降水量、4月及5月月平均氣溫、年徑流量存在不同長(zhǎng)度的周期，但經(jīng)對(duì)比分析，降水、氣溫、年徑流量周期振幅之間無(wú)明顯的同、異步關(guān)系。

6.5 1986年以來(lái)氣候變化呈暖濕和暖冬態(tài)勢(shì)

見(jiàn)圖1、圖2和圖3，且末水文站1957年～2006年年降水量和5月月平均氣溫呈遞增趨勢(shì)，4月月平均氣溫在1976年（尤其1986年）之后呈遞增趨勢(shì)，說(shuō)明1986年以來(lái)車(chē)爾臣河流域氣候變化呈暖濕態(tài)勢(shì)，其中冬季呈暖冬態(tài)勢(shì)（不僅開(kāi)春的4月月平均氣溫呈遞增趨勢(shì)，11月的入冬氣溫也呈遞增趨勢(shì)）。

6.6 暖濕和暖冬趨勢(shì)對(duì)車(chē)爾臣河未來(lái)徑流的可能影響

（1）車(chē)爾臣河河源分布有永久冰雪，隨著氣候變暖，冰雪消融量將會(huì)逐步增加，但是永久冰雪儲(chǔ)量反而會(huì)逐步減少，所以冰雪消融量增加到一定程度后，會(huì)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)并繼而逐步減少。反映在河川徑流量上，可能會(huì)使水源中的冰雪消融補(bǔ)給量呈現(xiàn)增加、穩(wěn)定、減少的多年變化態(tài)勢(shì)。

（2）車(chē)爾臣河流域汛期一場(chǎng)大的降水過(guò)程中，中底山帶往往以降雨為主，而高山帶以降雪為主，所以在暴雨洪水產(chǎn)生不久，由于天氣過(guò)程的結(jié)束和氣溫的回升，緊接著會(huì)產(chǎn)生融雪洪水，使河流洪水過(guò)程呈現(xiàn)雙峰或多峰的特點(diǎn)。隨著氣候繼續(xù)變暖，高山帶雪區(qū)有可能縮小，流域中底山帶雨區(qū)有可能向高山帶擴(kuò)移，所以暴雨洪水之后緊接著產(chǎn)生融雪洪水的量級(jí)和概率有可能會(huì)減少，而暴雨洪水由于降雨產(chǎn)流區(qū)的擴(kuò)移，洪峰以及洪量有可能增大。

（3）暖冬的持續(xù)發(fā)展將使入冬晚開(kāi)春早的幾率增大，一年四季中可能會(huì)呈現(xiàn)冬季時(shí)間短的特點(diǎn)，結(jié)果會(huì)使春汛因開(kāi)春早而提早發(fā)生，春汛水量因冬季降雪期縮短而量級(jí)減少，即春旱有可能加劇并提早。

（4）車(chē)爾臣河流域由于分布有一定儲(chǔ)量和面積的永久冰雪，在干旱少雨年份，會(huì)融冰消雪來(lái)給河流補(bǔ)給水源，而在多雨年份以雨水方式給河流補(bǔ)給水源，所以徑流量往往呈現(xiàn)年際變化小的特點(diǎn)。隨著氣候變暖，永久冰雪儲(chǔ)量會(huì)減少，永久冰雪的這種“固態(tài)水庫(kù)”的多年調(diào)節(jié)作用將會(huì)受到削弱，結(jié)果有可能不同程度地增大河流徑流量的年際變化幅度，尤其在一些干旱少雨的年份，旱情有可能有所加劇。

7 結(jié)語(yǔ)

氣候變化是影響河流變化的最重要因素，經(jīng)過(guò)對(duì)影響車(chē)爾臣河年徑流量的降水氣溫因素進(jìn)行了趨勢(shì)、周期變化分析，顯示自1986年以來(lái)呈暖濕態(tài)勢(shì)（冬季呈暖冬），這也是車(chē)爾臣河流域近年水量減少的主要原因。因此，應(yīng)采取植樹(shù)造林、節(jié)約用水、調(diào)水等綜合措施來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)爾臣河可持續(xù)發(fā)展。陜西水利