(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

河川徑流是保障人類生產(chǎn)、生活和維持生態(tài)平衡的基礎(chǔ)性資源[1]。河川徑流的變化直接影響著流域水資源的開發(fā)利用，進(jìn)而影響國民經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展[2]。因此，研究徑流演變規(guī)律可為流域水資源規(guī)劃利用及生態(tài)保護(hù)提供重要參考價(jià)值。

新疆塔里木河流域地處內(nèi)陸干旱區(qū)，“荒漠綠洲，灌溉農(nóng)業(yè)”是其顯著特點(diǎn)。本文以塔里木河“三源一干”1960—2015年60余年的河川徑流資料為基礎(chǔ)，運(yùn)用Mann-Kendall法、累積距平法、線性回歸法等方法，分析了徑流變化特征，變化的階段性、趨勢(shì)性及突變年份，以期對(duì)流域水資源的綜合利用提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

塔里木河流域地處新疆南疆，位于天山山脈與昆侖山、喀喇昆侖山山脈之間，流域總面積約102萬km2，是中國最大的內(nèi)陸河流域，流域水系見圖1。流域內(nèi)降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，自然生態(tài)環(huán)境極為脆弱。歷史上，塔里木河流域九大水系均有水匯入塔里木河干流，但受人類活動(dòng)與氣候變化影響，目前僅有阿克蘇河、葉爾羌河與和田河常年有地表水匯入塔里木河干流。故本文分別選取阿克蘇河協(xié)合拉水文站、葉爾羌河卡群水文站、和田河同古孜洛克水文站為代表分析塔里木河三源流徑流變化特征，以塔里木河干流阿拉爾水文站為代表分析干流徑流變化特征。

圖1 塔里木河流域水系示意圖

2 研究方法

2.1 年際趨勢(shì)分析

河川徑流年際趨勢(shì)分析采用線性回歸法，年際變化率即為趨勢(shì)線斜率。公式如下[3]：

(1)

式中：θ為趨勢(shì)斜率；n為估算年數(shù)；Ri為第i年的徑流量；θ>0為徑流量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；θ<0為徑流量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。

2.2 距平累積法

年徑流距平累積值可反映徑流的階段變化特征，計(jì)算公式如下[4]：

(2)

2.3 Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)

Mann-Kendall法是學(xué)術(shù)界廣泛使用的時(shí)間序列趨勢(shì)非參數(shù)檢驗(yàn)法，假設(shè)某時(shí)間序列數(shù)據(jù)，利用Mann-Kendall法可計(jì)算得到兩組數(shù)據(jù)序列UFk和UBk。若UFk大于0，表明數(shù)據(jù)序列呈增加趨勢(shì)；反之則表明呈下降趨勢(shì)；當(dāng)其超過顯著性水平線時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著。如果UFk和UBk序列數(shù)據(jù)出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)位于顯著性水平線之間，則此點(diǎn)為突變點(diǎn)[5-6]。

3 結(jié)果與分析

3.1 徑流年際變化特征

對(duì)流域內(nèi)4個(gè)代表水文站1960—2015年的日徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，變差系數(shù)和極值比反映的是徑流相對(duì)變化程度，這兩個(gè)特征值大表示徑流年際變化劇烈,徑流資源的利用難度較大，需加強(qiáng)水利調(diào)節(jié)。反之，則表示徑流年際變化較為平緩,利于水資源的開發(fā)利用。變差系數(shù)和極值比的大小主要取決于徑流補(bǔ)給來源及流域調(diào)蓄能力。由表1可以看出，塔里木河干流徑流年際變化劇烈，這對(duì)徑流的開發(fā)利用產(chǎn)生了不利影響。

表1 塔里木河“三源一干”年徑流統(tǒng)計(jì)特征值

三源流出山口及干流徑流年際變化趨勢(shì)見圖2，三源流出山口徑流量均有增加趨勢(shì)，其中：阿克蘇河增加趨勢(shì)顯著，線性傾斜率為0.39億m3/年；葉爾羌河線性傾斜率為0.19億m3/年，但趨勢(shì)并不顯著；和田河徑流增長趨勢(shì)不顯著，為0.04億m3/年；塔里木河干流來水量呈下降趨勢(shì)，線性傾斜率為-0.12億m3/年。根據(jù)地理?xiàng)l件，不論是山區(qū)還是山前平原區(qū)，降雨增加都將會(huì)引起徑流增加，而溫度對(duì)徑流的影響，在山區(qū)和山前平原區(qū)是不同的。溫度的增加會(huì)加速冰川融雪進(jìn)程，增加出山口徑流量，而在山前平原區(qū)，溫度的增加則會(huì)造成蒸發(fā)的增大，從而減少徑流。在過去的60余年，流域溫度和降雨呈增加趨勢(shì)，山區(qū)出山口徑流也在增加。而在山前平原區(qū)，盡管過去60余年降雨有所增加，但徑流還是呈減少趨勢(shì)。

圖2 塔里木河“三源一干”年徑流量變化及趨勢(shì)

由表2可以看出，阿克蘇河出山口徑流量在20世紀(jì)70年代經(jīng)歷一次降幅之后開始增長，特別是在20世紀(jì)90年代增長顯著，進(jìn)入21世紀(jì)后有所下降；而葉爾羌河和和田河出山口徑流量在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)降幅后一直保持增加趨勢(shì)；塔里木河干流來水量基本保持下降趨勢(shì)，到2010年后又大幅增加。

表2 塔里木河“三源一干”不同年代平均徑流量

3.2 徑流年內(nèi)變異特征

塔里木河“三源一干”多年各月平均徑流分布見圖3，徑流主要集中在6—9月，且在8月達(dá)到最大值，徑流年內(nèi)分布相對(duì)集中，從表3也可看出，阿克蘇河和葉爾羌河的夏季徑流分別占全年徑流量的68.49%、68.27%，和田河夏季徑流量占年徑流量的78.73%，塔里木河干流夏季徑流量占年徑流量的63.89%；其次是秋季，約占全年徑流量的12%～19%，春季和冬季最少，共占全年徑流量的10%～17%。

圖3 “三源一干”多年各月平均徑流

表3 塔里木河“三源一干”徑流年內(nèi)分配

由表4可知，三源流冬季出山口徑流各年代變化趨勢(shì)與山區(qū)冬季各年代降雨變化趨勢(shì)相一致，這是因?yàn)槎境錾娇趶搅髦饕芙涤甑挠绊?；源區(qū)夏季和秋季出山口徑流在20世紀(jì)80年代有所下降，這是由于該時(shí)期山區(qū)夏季和秋季的氣溫下降，從而導(dǎo)致降雨和融雪量下降，20世紀(jì)90年代流域增溫增濕顯著，源區(qū)各季節(jié)徑流均有所增加，夏季和秋季增加顯著；21世紀(jì)初，春季氣溫相對(duì)于20世紀(jì)90年代上升1.5℃，降雨下降39%，而源區(qū)春季徑流相對(duì)于20世紀(jì)90年代仍有所增加，表明由于氣溫的顯著上升，融雪量顯著增加從而導(dǎo)致徑流增加；而在夏季和秋季，氣溫和降雨均相對(duì)于20世紀(jì)90年代有所增加，而阿克蘇河出山口徑流卻有所減少，表明阿克蘇河流域積雪覆蓋率下降，盡管氣溫上升，但融雪量減少；2010年以后，山區(qū)氣溫相對(duì)于21世紀(jì)初有所下降，而徑流卻大幅度增加，表明降雨的增加占主導(dǎo)作用。

由于阿克蘇河是塔里木河干流來水的主要補(bǔ)給來源，占塔里木河干流徑流量的73.2%，和田河占23.2%，葉爾羌河僅占3.6%，因此干流來水主要受到阿克蘇河來水的影響。塔里木河干流春季徑流隨年代變化不斷增加，這是源區(qū)春季來水增加和山前平原區(qū)春季降雨增加的共同結(jié)果；盡管源區(qū)夏季、秋季和冬季來水增加，山前平原區(qū)降雨也有所增加，但干流徑流卻一直在減少，表明主要受到人類活動(dòng)的影響，且人類活動(dòng)的影響程度不斷增加。在2010年后，塔里木河干流來水顯著增加，主要是因?yàn)槭軞夂蜃兓绊?，源區(qū)出山口徑流和山前平原區(qū)降雨均顯著增加，氣候變化對(duì)干流徑流的影響占主要作用。

表4 三源流和干流各年代徑流年內(nèi)分配

3.3 徑流突變分析

塔里木河“三源一干”徑流累積距平見圖4，可以看出，各源流和干流的徑流量累積距平大致呈V形分布，其中1993年為V形的拐點(diǎn)，1993年之前屬于枯水期，1993年之后，三源流均進(jìn)入豐水期，徑流量增大，而干流徑流呈現(xiàn)豐枯頻繁交替的現(xiàn)象。到2006年以后流域又進(jìn)入枯水期，直到2009年又進(jìn)入豐水期。

圖4 塔里木河“三源一干”徑流累積距平

由于單一的突變檢測(cè)方法存在突變點(diǎn)缺失或誤測(cè)可能，因此采用多種突變檢測(cè)方法相互印證，找到最準(zhǔn)確的突變點(diǎn)。采用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法、有序聚類分析、Pettit突變點(diǎn)檢驗(yàn)以及滑動(dòng)t檢驗(yàn)法[7]對(duì)塔里木河“三源一干”年徑流序列進(jìn)行突變分析，結(jié)果見表5。通過不同突變檢驗(yàn)方法對(duì)比分析，表明塔里木河三源流均在1993年發(fā)生突變，和田河在2009年亦發(fā)生突變；塔里木河干流發(fā)生3次突變，分別為1972年、1993年和2009年。

表5 三源一干徑流突變檢驗(yàn)

4 結(jié) 論

a.近60年來，阿克蘇河徑流呈顯著增加趨勢(shì)，線性傾斜率為0.39億m3/年；葉爾羌河與和田河均呈不顯著增加趨勢(shì)，線性傾斜率分別為0.19億m3/年與0.04億m3/年；干流徑流呈下降趨勢(shì)，線性傾斜率為-0.12億m3/年。

b.塔里木河“三源一干”徑流主要集中在夏季，約占全年徑流量的64%～78%，秋季徑流約占全年徑流的12%～19%，春季和冬季最少，約占全年徑流的10%～17%。

c.塔里木河三源流均在1993年發(fā)生突變，和田河在2009年亦發(fā)生突變；塔里木河干流發(fā)生3次突變，分別為1972年、1993年和2009年。