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        白楊河多年徑流特征分析

        2021-06-21 05:51:50王新德
        陜西水利 2021年5期
        關(guān)鍵詞:白楊河年際徑流量

        王新德

        (昌吉水文勘測局,新疆 昌吉831100)

        0 引言

        河流是地球表面接納、匯集和輸水的路徑或通道,是地球上水循環(huán)的主要路徑[1]。近年來由于自然和人類活動的共同作用造成全球氣候顯著變暖,降水和蒸發(fā)增強,不僅造成洪、旱災(zāi)害頻繁發(fā)生,而且導(dǎo)致水循環(huán)加快,直接影響河流的徑流量[2],當前已成為國際社會普遍關(guān)心的熱點問題。徑流是氣候因子與下墊面相互作用而形成的產(chǎn)物,是地球上水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和水資源平衡的基本要素[3],也是地表水資源量分析評價和合理規(guī)劃開發(fā)的基礎(chǔ)[4]。土地利用類型、植被破壞程度、地下水位升降趨勢等自然或人為因素均對徑流變化產(chǎn)生不同程度的影響。根據(jù)不同流域的水文觀測資料,分析流域徑流的演變規(guī)律和影響因子,對研究流域水平衡與水循環(huán)以及流域的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定具有重要意義。白楊河作為新疆昌吉市主要的水源之一,對當?shù)毓まr(nóng)業(yè)的發(fā)展及人類的正常生產(chǎn)生活具有重要的作用,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,白楊河水資源開發(fā)力度逐漸增大,水資源的可持續(xù)發(fā)展將是當?shù)孛媾R的重要問題之一。因此,本文通過分析白楊河徑流和降水年內(nèi)、年際變化特征及演變規(guī)律,以期為該河流的生態(tài)安全及區(qū)域水資源的合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 區(qū)域概況

        白楊河發(fā)源于博格達峰東北闊克括力冰川,源頭由東西兩支構(gòu)成。白楊河河道長60 km,流域總面積1272 km2,是典型的冰雪消融型河流。據(jù)資料顯示,多年年均徑流量為0.6851×108m3,最大年徑流量出現(xiàn)在2016年,徑流量為0.9672×108m3,最小年徑流量出現(xiàn)在1984年,徑流量為0.4320×108m3。白楊河站為白楊河的小河站,屬一般水文站和自治區(qū)級報汛站,地理坐標為東經(jīng)88°32′,北緯44°03′,設(shè)于1962年10月,現(xiàn)測驗斷面以上集水面積252 km2,河長32 km,河道坡降53.7‰,流域平均高程2774 m。測站高程1042 m。

        1.2 資料來源

        本文水文資料來源于白楊河白楊站1977年1月~2017年12月各月的實測值。

        1.3 方法

        (1)時間序列分析。時間序列又叫動態(tài)數(shù)列,是變量的數(shù)據(jù)按照時間順序排列而成的一組數(shù)列,其反映各變量隨時間變化的演變規(guī)律。

        (2)相關(guān)分析。相關(guān)分析是研究各變量間相互關(guān)系密切程度的一種常用統(tǒng)計方法,相關(guān)系數(shù)是反映這種函數(shù)關(guān)系程度及方向的統(tǒng)計量[6]。

        2 白楊河年際徑流量與降水特征分析

        2.1 不同年段年均徑流量和降水量演變規(guī)律分析

        表1 白楊河不同年段年均徑流量、降水量變化特征

        以5年時間為一組進行時間分段分析,2002年~2006年白楊河平均徑流量最大,為0.8453×108m3,最小值在1982年~1986年,徑流量為0.8453×108m3;白楊河降水量在2007年~2011年達到最大為317.14 mm,在1982年~1986年最小為227.90 mm,與年際徑流量變化規(guī)律一致。在2012年~2017年均徑流量的極值比最大為1.92,變差系數(shù)為0.20,在1997年~2001年均徑流量的極值比最小為1.17,變差系數(shù)為0.07。在1987年~1991年和1997年~2001年白楊河年均降水量極值比最大,分別為2.08、2.09,變差系數(shù)分別為0.25、0.24;在1992年~1996年年均降水量極值比最小為1.09×108m3,變差系數(shù)為0.03。整體而言,年均徑流量的變差系數(shù)和極值比均小于降水量的變差系數(shù)和極值比,由此表明,白楊河的年均徑流量和降水量的演變規(guī)律并不完全一致(見表1)。

        2.2 年際徑流量和降水量變化規(guī)律分析

        圖1 白楊河年徑流量變化圖

        圖2 白楊河年降水量變化圖

        年徑流量的變化趨勢直接反映徑流的演變規(guī)律,決定著水資源的合理開發(fā)和利用[5]。圖1表示白楊河站41年年徑流量變化,由圖1可以看出,自1977年白楊河年際徑流量總體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。41年平均徑流量為0.7163億/m3,在1991年、2003年、2016年出現(xiàn)徑流量波峰,在1984年、2014年出現(xiàn)徑流量波谷。降水量是影響徑流量變化的主要因素,研究降水量的演變規(guī)律對明確徑流變化特征具有重要的作用。圖3是白楊河多年平均降水量演變圖。由圖3可知,白楊河多年平均降水量為273.53 mm。41年間出現(xiàn)3次明顯的波峰,在1987年、2007年和2015年,波谷不明顯。

        3 白楊河年內(nèi)徑流量與降水特征分析

        3.1 月均流量和降水量分析

        圖3 白楊河多年月均流量變化圖

        圖4 白楊河月降水量變化圖

        本文采用不均勻系數(shù)進行白楊河多年月均流量的分配進行分析。徑流的不均勻系數(shù)是反映月徑流量不均勻程度的指標[6],此系數(shù)越小,說明月徑流量的不均勻程度越低,反之,年內(nèi)分配越不均勻。不均勻系數(shù)的計算公式如下:

        式中:C為不均勻系數(shù);Ri為各月均流量;R為月流量。

        由公式計算得白楊河多年月均流量不均勻系數(shù)為0.08,表明白楊河月均流量不均勻;由圖4可以看出,白楊河年徑流量主要集中在6月~8月,占年內(nèi)總流量的73.61%;月均流量最大值出現(xiàn)在7月份為8.13 m3/s,占年內(nèi)總流量的31.30%;月均流量最小值出現(xiàn)在2月份,流量為0.329 m3/s,占年內(nèi)總流量的1.38%。月均流量從每年的2月份到7月份呈現(xiàn)增長趨勢,在7月份達到最大值,從8月份到次年的1月份月均流量呈現(xiàn)降低趨勢。

        從圖3所示多年月平均降水量可以看出,白楊河的年降水量主要集中在4月~8月,每月月降水量均大于29 mm,降水量占全年總降水量的62.38%;最大降水量出現(xiàn)在6月,其多年月平均降水量為38.27 mm,占多年平均降水量的14.13%;最小降水量出現(xiàn)在1月,其多年月平均降水量為7.45 mm,占多年平均降水量的2.7%。從每年的1月份到6月份,降水量呈現(xiàn)增長趨勢,6月份降水量達到最大值,7月份到12月份的呈下降趨勢,降水的季節(jié)性變化較為顯著。盡管該河流多年年降水量有所差異,但降水量多集中在每年的4月~8月,這種特征主要由強降雨過程產(chǎn)生的頻次與發(fā)生時間所導(dǎo)致[7]。

        3.2 月降水量與流量相關(guān)性分析

        圖5 白楊河月降水量與流量相關(guān)圖

        圖5 為白楊河1977年~2017年月均降水量和月均流量的相關(guān)圖。由圖可以看出,隨著月均降水量的增加,月流量呈現(xiàn)指數(shù)增加趨勢,擬合函數(shù)為Y=0.1458e0.0895x,相關(guān)系數(shù)R=0.83。其中,當月均降水量小于20 mm時,月均流量與降水量的擬合度更高。由此表明,降水量是白楊河徑流量的重要決定因素之一。

        4 結(jié)論

        徑流是河流重要的組成部分,河流徑流量的變化受氣候、天文、人類活動等諸多因素的影響[8]。大量研究表明,降水量與河流徑流量密切相關(guān)[9],本文通過分析白楊河1977年~2017年多年徑流量和降水特征,得出白楊河年降水量和年徑流量均呈現(xiàn)不穩(wěn)定、緩慢增加的趨勢,且年內(nèi)分配不均勻,但是二者的變化趨勢并不完全一致,其中年徑流量主要集中在6月~8月,而年降水量主要集中在4月~8月,主要是由于上半年干旱缺水,4月~6月的降水主要以土壤滲透為主,隨著土壤含水量的飽和,6月~8月主要以徑流的形成為主。從該研究區(qū)月降水量與流量的相關(guān)分析情況可得,隨著月均降水量的增加,月徑流量呈現(xiàn)指數(shù)增加趨勢,相關(guān)系數(shù)達0.83。綜上分析可知,白楊河降水量是徑流量的主要影響因子之一,同時還可能受溫度、濕度等因素的影響,因此,后期應(yīng)針對白楊河徑流量的其他干擾因子進行深入分析。

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