熱西提·米吉提

(新疆克孜勒蘇水文勘測局，新疆 阿圖什 845350)

1 研究流域概況

新疆南部第一大河是阿克蘇，阿克蘇流域總面積為7.0萬 km2，山區(qū)和平原是阿克蘇流域主要地形[1]。流域河川徑流補給來源由于不同的高程、地形及降水條件呈現(xiàn)較為明顯的區(qū)域差異特征[2]。高川季節(jié)融雪、永久性融雪冰川、降水是其山區(qū)型河流的徑流主要補給來源，徑流消耗主要在平原地帶，無徑流產(chǎn)生[3]。暖溫帶干旱型氣候是阿克蘇流域主要氣候，蒸發(fā)由于氣候干燥較大，降水總量較低且存在明顯的季節(jié)變化特征，流域面平均降水量年均值低于300 mm[4]。流域多年水資源總量均值為81.2億 m3，出山口水文控制站徑流多年統(tǒng)計數(shù)據(jù)為77.25億 m3，徑流年最高值和最低值之間的比值在1.7～2.2之間[5]。庫瑪拉克河和托什干河是其阿克蘇上游的主要支流，高山融雪補給是庫瑪拉克河主要河流徑流補給來源，汛期和非汛期徑流補給占比分別為71.33%和28.67%，冰川融雪補給是托什干河主要河流徑流補給來源[6]。近些年來，有研究成果表明受氣候變化和人類活動的影響，阿克蘇流域水文循環(huán)影響較為明顯[7-12]。為對流域水資源進行科學(xué)保護和有效利用，亟需對流域氣候水文變化特征進行分析，從而指導(dǎo)流域水資源開發(fā)和保護利用的精準規(guī)劃。

2 研究采用數(shù)據(jù)

本文氣候數(shù)據(jù)主要采用阿克蘇流域內(nèi)6個氣象站點1961-2018年的氣溫、降水監(jiān)測數(shù)據(jù)，各站點分別為阿合奇、柯坪、烏什站 、溫宿站、阿克蘇站、阿瓦提站，其中溫宿站部分年份資料缺測，考慮資料的一致性，采用附件站點進行了插補。水文變化數(shù)據(jù)分別選用沙里桂蘭克站和協(xié)合拉站作為流域山口徑流控制站，大西橋站為阿克蘇河主要控制水文站，依瑪帕夏站作為下泄流量控制站，水文站數(shù)據(jù)主要選用蒸發(fā)和徑流統(tǒng)計數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均通過一致性、可靠性、代表性檢驗。

3 線性變化趨勢檢驗方法

采用M-K參數(shù)檢驗方法對阿克蘇河流域氣溫水文變化特征進行變化趨勢分析。該方法將氣溫水文要素變化序列作為樣本序列對其統(tǒng)計變量S進行計算：

(1)

(2)

(3)

(4)

其中S為氣候水文變化指標指序列顯著性檢驗統(tǒng)計變量；xi和xj表示為來自同一個樣本總體的兩個樣本數(shù)據(jù)系列；σs表示為方差標準計算值；sign表示為計算變量；n表示為總的樣本序數(shù)；Z表示檢驗特征變量，當(dāng)Z>0則表示氣候水文變化指標呈現(xiàn)遞增變化趨勢，否則呈現(xiàn)遞減變化趨勢，當(dāng)∣Z∣>2.32、1.64<∣Z∣<2.32、1.28<∣Z∣<1.64則分別表示變化趨勢的顯著性可分別達到99%、95%以及90%的置信水平。

4 氣候水文變化特征分析

4.1 氣溫變化特征分析

結(jié)合阿合奇、柯坪、烏什站 、溫宿站、阿克蘇站、阿瓦提站氣象站1961-2018年氣溫數(shù)據(jù)對阿克蘇流域近58 a氣溫變化特征進行分析，結(jié)果如表1所示。

從阿克蘇流域1961-2018年氣溫變化特征可看出，流域1961-2018年氣溫總體呈現(xiàn)較為明顯的遞增變化，趨勢檢驗統(tǒng)計值為2.253 9，達到了95%的顯著變化置信水平。通過對年氣溫變化率統(tǒng)計，阿克蘇流域近58 a氣溫的遞增率為0.14℃/10a。從1961-2018年氣溫高值出現(xiàn)在2007年，從1971年以后氣溫呈現(xiàn)10 a的遞減變化，從1985年以后氣溫逐步呈現(xiàn)顯著增加變化直到2002年，從2002年以后氣溫總體呈現(xiàn)弱下降變化，通過對阿克蘇流域氣溫突變特征分析，1996左右是阿克蘇流域氣溫主要突變特征點。

表1 阿克蘇流域1961-2018年氣溫變化特征

4.2 降水變化特征分析

結(jié)合阿合奇、柯坪、烏什站 、溫宿站、阿克蘇站、阿瓦提站氣象站1961-2018年降水氣溫數(shù)據(jù)對阿克蘇流域近58 a面降水變化特征進行分析，結(jié)果如表2所示，并對其年內(nèi)分配特征進行統(tǒng)計，結(jié)果表3所示。

表2 阿克蘇流域1961-2018年降水變化特征

表3 阿克蘇流域1961-2018年內(nèi)降水變化特征

從阿克蘇流域1961-2018年降水變化特征可看出，其和年氣溫變化具有一定的相似特征，從1961-2018年降水量總體呈現(xiàn)增加變化趨勢，近58 a流域降水遞增率為13.5 mm/10a。降水小幅下降的年代主要在1990-1999之間，通過對流域降水突變特征分析，1987年左右為阿克蘇流域降水突變特征點。2～6 a的短周期是其降水主變化周期，降水長周期變化不明顯。夏秋兩季是降水集中的兩個季節(jié)，各季節(jié)降水遞增率分別為1.45 mm/10a(春季)、5.71 mm/10a(夏季)、5.25 mm/10a(秋季)、0.85 mm/10a(冬季)。

4.3 水面蒸發(fā)變化特征分析

結(jié)合區(qū)域水文站水面蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)，對流域1961-2018年水面蒸發(fā)特征進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表4所示。

從阿克蘇流域1961-2018年水面蒸發(fā)變化特征可看出，流域近58 a水面蒸發(fā)呈現(xiàn)顯著遞減變化，遞減率為-21.9 mm/10a。1961-1969年以及2010-2018年水面蒸發(fā)呈增加變化，但趨勢不明顯，和降水突變一致，1987年是阿克蘇流域水面蒸發(fā)突變特征點，年蒸發(fā)存在兩個周期低于5 a的變化振蕩周期，主變化周期為2～3 a，局部存在4～5 a的變化周期。夏季蒸發(fā)下降速率顯著高于其他季節(jié)，遞減率為-9.78 mm/10a，冬季水面蒸發(fā)遞減速率最低，遞減率僅為-1.61 mm/10a。

表4 阿克蘇流域1961-2018年水面蒸發(fā)變化特征

4.4 徑流變化特征分析

考慮徑流系數(shù)長度和一致性，選用阿克蘇流域大西橋站和依瑪帕夏站作為徑流分析站點，對流域徑流變化特征進行統(tǒng)計分析，結(jié)果分別如表5和表6所示。

表5 阿克蘇流域大西橋站1961-2018年流量變化特征

表6 阿克蘇流域依瑪帕夏站站1961-2018年流量變化特征

大西橋站和依瑪帕夏站分別為流域上下游控制水文站點，從1961-2018年兩個水文站點平均流量均呈現(xiàn)弱遞減變化，總體遞減幅度不高，趨勢不顯著。大西橋站和依瑪帕夏站近58 a平均流量的突變點較為集中，1987年為兩個水文站點徑流突變年份。大西橋站的徑流變化短周期為3～4 a，依瑪帕夏站的短周期變化為2～6 a，徑流主要集中在夏季，受夏季冰川融雪補給和降水影響，徑流年份分配十分不均勻。

4.5 地下水變化特征分析

結(jié)合流域2000-2018年地下水埋深觀測數(shù)據(jù)，對流域近58 a地下水埋深變化特征進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表7所示。

表7 阿克蘇流域2000-2018年地下水埋深變化特征

從阿克蘇流域2000-2018年地下水埋深變化特征可看出，阿克蘇流域從2000年開始地下水埋深總體呈現(xiàn)遞減變化，2000年以后地下水年平均水位變化值為0.074 m。2010年以后流域地下水埋深變化顯著性增強。流域地下水埋深年內(nèi)分配差異較大，冬季由于用水量減少，流域地下水位有所回升，夏季6月份由于徑流補給增多，地下水位略回升，進入7月份后由于取水量增加，使得7月份地下水位下降明顯。

5 結(jié)語

(1)從1985年以后氣溫逐步呈現(xiàn)顯著增加變化直到2002年，從2002年以后氣溫總體呈現(xiàn)弱下降變化，通過對阿克蘇流域氣溫突變特征分析，1996左右是阿克蘇流域氣溫主要突變特征點。

(2)1987年是阿克蘇流域水面蒸發(fā)突變特征點，年蒸發(fā)存在兩個周期低于5年的變化振蕩周期，主變化周期為2～3 a，局部存在4～5 a的變化周期。夏季蒸發(fā)下降速率顯著高于其他季節(jié)，遞減率為-9.78 mm/10a，冬季水面蒸發(fā)遞減速率最低，遞減率僅為-1.61 mm/10a。

(3)大西橋站和依瑪帕夏站近58年平均流量的突變點較為集中，1987年為兩個水文站點徑流突變年份。大西橋站的徑流變化短周期為3～4 a，依瑪帕夏站的短周期變化為2～6 a，徑流主要集中在夏季，受夏季冰川融雪補給和降水影響，徑流年份分配十分不均勻。

(4)流域地下水埋深年內(nèi)分配差異較大，冬季由于用水量減少，流域地下水位有所回升，夏季6月份由于徑流補給增多，地下水位略回升，進入7月份后由于取水量增加，使得7月份地下水位下降明顯。