秦 雯

(新疆喀什水文勘測(cè)局，新疆 喀什 844000)

庫(kù)山河位于新疆地區(qū)的西南部。流域地處塔里木盆地的西南邊緣且與蓋孜河西面相連接，東面與葉爾羌河相連且從布谷里沙漠穿越而過，昆侖山脈在庫(kù)山河的南面，喀什克孜河干流為庫(kù)山河北面河流的最終匯入點(diǎn)[1]。庫(kù)山河主要流經(jīng)阿克陶縣、英吉沙縣以及疏勒縣，總的流域面積為6 957.6 km2，其中山區(qū)和平原地區(qū)面積分別為2 612 km2和4 345.6 km2[2]。沙曼水文站為庫(kù)山河主要控制水文站，站點(diǎn)以上匯水面積為2 169 km2，多年平均徑流量為6.378億 m3。庫(kù)山河由于遠(yuǎn)離海洋且位于內(nèi)陸腹地，降水量較少但蒸發(fā)量較大，日照時(shí)間長(zhǎng)使得氣候較為干燥，氣溫日變化較為明顯且存在明顯的年代際變化，具有易出現(xiàn)極端干旱的大陸典型氣候變化特征[3]。流域氣候垂向分布變化特征明顯且冷暖兩季主要出現(xiàn)高山區(qū)的一年當(dāng)中，夏季時(shí)間長(zhǎng)而冬季時(shí)間較短。永久冰川主要發(fā)育在海拔5 000 d的高海拔山區(qū)[4]。中山的海拔高度一般在2 000 m左右[4]。中部山區(qū)年均降水量可達(dá)到3 000 mm屬于降水量較為充沛的區(qū)域，東北部山坡年降水量低于70 mm屬于極度干旱的地區(qū)，該區(qū)域水面蒸發(fā)多年均值可高達(dá)2 700 mm。流域內(nèi)平原區(qū)日照充足但建設(shè)量較少，由于庫(kù)山河較為復(fù)雜的地形條件使得其氣候差異變化較大，山區(qū)和平原區(qū)的水文特征差異度較高[5]。近年來對(duì)于庫(kù)山河水文特征變化取得一定研究成果，但均未能對(duì)庫(kù)山河水文特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，因此本文結(jié)合庫(kù)沙河主要控制水文站沙曼站實(shí)測(cè)水文要素?cái)?shù)據(jù)，對(duì)其水文變化特征進(jìn)行分析。研究成果對(duì)于進(jìn)一步解決庫(kù)山河水資源短缺及防洪減災(zāi)能力提升具有重要的參考依據(jù)。

1 降水變化特征分析

結(jié)合沙曼水文站以上流域內(nèi)的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了流域內(nèi)近65年的降水變化特征，并結(jié)合M-K趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)各年代際變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

表1 庫(kù)山河降水量變化特征分析結(jié)果

通過對(duì)庫(kù)山河年降水量變化統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可看出，庫(kù)山河降水量總體呈現(xiàn)遞增變化，1961-2020年降水量的M-K統(tǒng)計(jì)值為1.29，達(dá)到M-K的95%統(tǒng)計(jì)置信區(qū)間。庫(kù)山河多年降水量的平均值為135.7 mm，降水量最大和最小的年份分別為1971年和1961年，最大和最小降水量差值為178.4 mm，差異較為顯著。結(jié)合庫(kù)山河平原區(qū)氣象站點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)表明其多年降水量均值為66 mm，最大降水量和最小降水量之間的差值117.5 mm，平原區(qū)降水較為集中，主要分布在春季和夏季，這兩個(gè)季節(jié)降水量占全年的降水量比重可達(dá)到75%左右。連續(xù)4個(gè)月最大降水量的占全年降水量比重可達(dá)到60%左右，年內(nèi)分配差異較為明顯。庫(kù)山河降水量空間變化具有明顯的垂向分布規(guī)律，山區(qū)降水量明顯高于平原區(qū)降水量，隨著海拔高度的增加降水量逐步遞增。

2 蒸發(fā)變化特征分析

結(jié)合沙曼水文站以及流域內(nèi)氣象站實(shí)測(cè)蒸發(fā)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析了庫(kù)山流域的蒸發(fā)變化特征，分析結(jié)果如表2所示。

表2 庫(kù)山流域的蒸發(fā)變化特征分析結(jié)果

從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可看出，和降水量變化趨勢(shì)不同，庫(kù)山河的蒸發(fā)總體呈現(xiàn)遞減變化，其1961-2020年的M-K統(tǒng)計(jì)值為-0.29，但遞減的趨勢(shì)性較低。流域蒸發(fā)存在較為明顯的空間變化特征，水面蒸發(fā)量的高值主要出現(xiàn)在東北部區(qū)域。隨著地勢(shì)的增加蒸發(fā)量從東北向西南逐步增加，降水遞增變化而其蒸發(fā)逐步減小。山前傾斜區(qū)的蒸發(fā)低于沙漠區(qū)蒸發(fā)，但蒸發(fā)量要高于山區(qū)蒸發(fā)量。沙曼水文站多年蒸發(fā)量均值為1 436.1 mm，流域內(nèi)阿克陶、英吉沙及岳普湖氣象站的蒸發(fā)量多年均值分別為1 344.3 mm、1 324.1 mm以及1 499.7 mm。隨著地勢(shì)的增高水面蒸發(fā)量逐步減小變化。

3 徑流變化特征分析

對(duì)庫(kù)山河各年代際近65年的的徑流量變化趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并采用M-K統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)其變化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3 沙曼水文站年代際徑流變化特征

庫(kù)山河主要發(fā)源于冰川區(qū)，其徑流主要為融雪徑流的補(bǔ)給，降雨補(bǔ)給作為輔助方式，地下水和泉水的補(bǔ)給主要為枯水季節(jié)的徑流補(bǔ)給。徑流補(bǔ)給存在明顯的垂直地帶分布特征。主要通過兩大支流進(jìn)行河流匯合而形成。春季徑流占全年徑流的比重在5%～20%之間變化，夏季徑流量比重較大，占全年徑流比重在55%～70%之間變化，而秋季和冬季徑流比重較小，其中秋季徑流占全年徑流的比重在10%～20%之間，冬季徑流比重最低僅占全年比重的3%～8%。沙曼水文站最大年徑流和最小年徑流分別出現(xiàn)在1959年和1965年，年徑流量分別為8.045億 m3和4.278億 m3。通過對(duì)沙曼水文站年徑流變化特征分析可知其年徑流豐枯比為1.88且其變差系數(shù)達(dá)到0.15，徑流年際變化相對(duì)較為穩(wěn)定。

4 泥沙變化分析

結(jié)合沙曼水文站多年平均懸移質(zhì)含沙量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析其年代際泥沙變化特征，分析結(jié)果如表4和表5所示，并對(duì)沙曼水文站多年懸移質(zhì)含沙量和輸沙量年內(nèi)分配變化進(jìn)行分析，如圖1所示。

表4 沙曼水文站年代際含沙量變化特征

表5 沙曼水文站年代際輸沙量變化特征

圖1 沙曼水文站多年平均月含沙量和輸沙量變化過程

從分析結(jié)果可看出，沙曼水文站含沙量多年懸移質(zhì)平均值為3.05 kg/m3，含水量最大的月份主要出現(xiàn)在7-8月份，含沙量最小月份主要出現(xiàn)在11月份，最大和最小含沙量的比重為137倍之多。懸移質(zhì)含沙量主要出現(xiàn)在冬季以及春季的1-3月份。各月份含沙量主要分布在0.035～0.24 kg/m3之間。懸移質(zhì)輸沙量的高值主要出現(xiàn)在2月份，沙曼站近65 a懸移質(zhì)輸沙量的多年平均值為199萬(wàn) t，其中7月份輸沙量最高占全年輸沙量的比重高達(dá)36.4%之多。夏季的6-8月份為輸沙量較為集中的連續(xù)月份，其輸沙量占全年輸沙量的比重可達(dá)到94.5%。冬季的10-12月份以及次年的1-3月份屬于輸沙量最低的連續(xù)月份，其占全年輸沙量的比重僅為0.43%。由此可看出沙曼水文站懸移質(zhì)輸沙量年內(nèi)分配差異度較大，且輸沙浪的集中度明顯低于徑流變化的集中度。年徑流變化較大的區(qū)域其輸沙量一般變化也較大，輸沙量變化較小的區(qū)域其徑流變化的差異度也較小。沙曼水文站年最大輸沙量和最低輸沙量之間的模比系數(shù)為0.30，最大輸沙量和最小輸沙量之間的比值為6.67，因此庫(kù)山河沙曼水文站年際輸沙量變化要明顯高于年際徑流的變化。通過其沙量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，庫(kù)沙河懸移質(zhì)輸沙量的泥沙顆粒的粒徑可以達(dá)到0.185 mm，全年泥沙總量的67%為粒徑大于0.05 mm的泥沙。這主要是因?yàn)檠雌诤沉枯^為集中，受到暴雨沖刷影響其顆粒一般較粗。

5 洪水變化分析

結(jié)合沙曼水文站實(shí)測(cè)洪水?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)其近65年洪水各年代際發(fā)生的頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合M-K方法對(duì)其洪水頻次進(jìn)行顯著性變化分析，分析結(jié)果如表6所示。

表6 庫(kù)山河沙曼水文站洪水頻次變化分析結(jié)果

庫(kù)山河地區(qū)洪水類型的成因較多，季節(jié)消融型洪水主要出現(xiàn)在中山帶區(qū)域，冰雪融水洪水主要出現(xiàn)在高山帶區(qū)域。暴雨型洪水、冰雪消融型洪水、混合洪水以及冰凌洪水是其主要的洪水類型，其中在四類洪水中消融型洪水屬于發(fā)生頻次最高的洪水類型。從沙曼水文站洪水頻次可看出，各年代發(fā)生的洪水頻次變化較為穩(wěn)定，總體呈現(xiàn)遞增變化，M-K統(tǒng)計(jì)值較低，未能達(dá)到90%的置信區(qū)間。7月份屬于洪水較大的月份，其次為8月份，在近65 a中6月出現(xiàn)洪水的過程頻次較低。從庫(kù)山河降水變化過程可看出，庫(kù)山河洪水主要為高溫時(shí)期冰雪消融為主，降雨補(bǔ)給為輔的方式。年際融雪洪水變化程度較低，年際混合型洪水的變化程度較高。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)庫(kù)山河降水量空間變化具有明顯的垂向分布規(guī)律，山區(qū)降水量明顯高于平原區(qū)降水量，隨著海拔高度的增加降水量逐步遞增。沙曼水文站多年蒸發(fā)量均值為1 436.1 mm，蒸發(fā)量隨著地勢(shì)的增高水面蒸發(fā)量逐步減小變化。

(2)庫(kù)山河沙曼水文站年徑流豐枯比為1.88且其變差系數(shù)達(dá)到0.15，徑流年際變化相對(duì)較為穩(wěn)定。沙曼水文站年最大輸沙量和最低輸沙量之間的模比系數(shù)為0.30，最大輸沙量和最小輸沙量之間的比值為6.67，庫(kù)山河沙曼水文站年際輸沙量變化要明顯高于年際徑流的變化。

(3)沙曼水文站洪水頻次可看出，各年代發(fā)生的洪水頻次變化較為穩(wěn)定，總體呈現(xiàn)遞增變化，M-K統(tǒng)計(jì)值較低，未能達(dá)到90%的置信區(qū)間。7月份屬于洪水較大的月份，其次為8月份，在近65年中6月中、下出現(xiàn)洪水的頻次較低。