關(guān)鍵詞：水文要素；Mann-Kendall方法；小波分析；趨勢檢驗；車爾臣河

車爾臣河發(fā)源于新疆昆侖山北坡的木孜塔格峰，流經(jīng)且末、若羌兩縣，尾閭為臺特瑪湖，是塔里木盆地東南緣產(chǎn)水量最大的河流。車爾臣河流域總面積4.74萬km2，多年平均徑流量5.901億m3（且末水文站斷面）。流域行政區(qū)劃包括且末縣、若羌縣以及兵團第二師37團。流域內(nèi)地區(qū)生產(chǎn)總值共計31.23億元，總?cè)丝?.43萬人，城鎮(zhèn)化率45.8%，灌溉面積4.49萬hm2，主要種植糧食、棉花、油料、蔬菜和瓜果。

在全球氣候變暖背景下，氣溫、降水及徑流是反映氣候變化的主要水文變量，識別其趨勢特征并認識其不同時間尺度上的變化規(guī)律是水循環(huán)演變研究的重要內(nèi)容。徑流是氣溫、降水變化的重要體現(xiàn)，也是自然界中水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)。徑流量是陸地上最重要的水文要素之一，是水量平衡的基本要素。在西北內(nèi)陸干旱區(qū)，由于降水稀少、蒸發(fā)強烈，河川徑流主要來自冰川融雪融冰，并通過山區(qū)水庫、攔河樞紐、輸水干渠（管道）等水利工程調(diào)蓄，適時、適量地輸送到人工綠洲，是綠洲生產(chǎn)、生活與生態(tài)的重要水源，是經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的命脈。任嬋月等采用Mann-Kendall趨勢分析法，檢測了全球4469個水文站點徑流變化趨勢，結(jié)果表明全球徑流變化以減少趨勢為主；王玉雪等基于Mann-Kendall檢驗法對北運河流域近51a的降水、徑流變化趨勢和突變特征進行了分析；韓梅等基于十字河流域1961-2008年降水、徑流同期資料，用距平分析法、Mann-Kendall趨勢檢驗法對研究區(qū)降雨及主要河流演變趨勢進行了分析；肉孜買買提·阿不來提基于新疆某河流1959-2015年氣溫、降水和年徑流資料，采用累積距平法、M-K檢驗以及小波分析等方法分析了其年際變化特征；張琳娜采用泰森多邊形法與M-K突變檢驗法對彬州市降雨徑流特征及變化趨勢進行探討；呂樂婷等基于湯河1970-2014年的降水、徑流量數(shù)據(jù)，利用滑動平均、相關(guān)分析、累積距平及M-K突變檢驗法，對降水、徑流變化趨勢以及兩者間的關(guān)系進行了分析；曹志宏等根據(jù)清源河流域1956-2016年觀測數(shù)據(jù)，運用M-K、線性回歸法分析了6la的降水、徑流變化特征和規(guī)律；周海鷹等利用塔里木河流域近60a的地表徑流、氣溫和降水量資料，通過趨勢分析、突變檢驗、年代際分析等方法分析了徑流時空變化，探討了徑流變化對氣溫、降水量變化的響應(yīng)；王軍等根據(jù)錫林浩特市氣象站和錫林河水文站實測數(shù)據(jù)，運用Mann-Kend-all法和線性回歸法分析了錫林河流域40a的降水、徑流變化特征和演變規(guī)律；黃惠娟等采用平?jīng)鏊恼練v年實測降水、徑流資料，通過基尼系數(shù)、Mann-Kend-all檢驗等數(shù)理統(tǒng)計方法對涇河上游降水、徑流變化趨勢進行了分析；陳玉壯等以海流兔河為例，利用連續(xù)小波變換、多時相趨勢分析，并聯(lián)合利用離散小波變換和Mann-Kndall秩次檢驗法對1957-2011年的年均徑流分別進行了周期、趨勢以及趨勢結(jié)構(gòu)分析。

以上研究基于Mann-Kendall檢驗、小波分析、累積距平等方法對氣溫、降水及徑流等主要水文要素在各自研究區(qū)的變化趨勢及周期等進行了客觀分析計算，這一方面說明了上述研究方法的可行性與普適性，可以在其他研究領(lǐng)域與研究區(qū)進行嘗試使用；另一方面，上述研究主要聚焦于我國中東部季風(fēng)影響區(qū)水文要素變化，但對于西北內(nèi)陸干旱區(qū)來說，雖有研究，但由于西北地區(qū)地廣人稀、地形條件差異大，各獨立流域水文氣象各有不同，導(dǎo)致其趨勢變化也千差萬別。新疆昆侖山北麓的車爾臣河，作為塔里木河流域“九源一干”的重要組成，與塔里木河干流及臺特瑪湖共同組成了一道綠色屏障，維系著塔里木盆地東南緣綠色走廊生態(tài)安全，是塔里木盆地東南緣且末一若羌新樓蘭經(jīng)濟帶高質(zhì)量發(fā)展的水資源支撐，同時也為流域糧食安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)同區(qū)發(fā)展提供水安全保障。迄今為止，關(guān)于車爾臣河流域主要水文要素演變、未來趨勢發(fā)展及周期變化的研究仍處于空白。開展車爾臣河徑流及氣溫、降水趨勢、突變檢驗及周期分析，可了解未來該區(qū)域環(huán)境變化趨勢與原因，為流域水資源高效開發(fā)利用提供理論參考與決策依據(jù)。如根據(jù)河道來水情況開展不同來水頻率下水資源優(yōu)化配置，在豐水年實行彈性配置水量政策，增加糧食作物及荒漠生態(tài)植被供水量，為國家糧食安全與重要農(nóng)產(chǎn)品供給及流域荒漠生態(tài)保護修復(fù)提供水資源支撐。在枯水年對荒漠生態(tài)供水采取輪灌制度（3a或者2a實現(xiàn)荒漠生態(tài)植被補水）補水，確保生態(tài)植被不退化。車爾臣河流域位置見圖1。

1數(shù)據(jù)與方法

1.1數(shù)據(jù)來源

本文所用數(shù)據(jù)主要包括車爾臣河且末水文站（且末縣城旁）1957-2021年實測徑流資料及同期且末國家氣象站（且末縣城旁）降水、氣溫數(shù)據(jù)。

1.2研究方法

通過對車爾臣河多年長系列徑流量、降水、溫度等水文氣象要素進行分析，對其年際變化特征、年內(nèi)變化特征、周期性波動特征以及趨勢性特征等進行分析。

1.2.1趨勢分析

Mann-Kendall趨勢檢驗法（以下簡稱M-K法）是目前水文氣象數(shù)據(jù)分析常用的一種檢驗時間序列變化趨勢、顯著性及突變點時間的檢驗方法。在檢驗時間序列的突變特性中，通過M-K法得到UFk和UBk兩條統(tǒng)計量序列曲線，置信度a=0.05時，將臨界值Uo.os=+1.96的兩條臨界直線繪制于同一張圖上，在臨界值內(nèi)兩條統(tǒng)計量曲線的交點即為突變開始時間。

Morlet小波對徑流序列小波分解后進行多時間尺度分析。小波分析方法隨尺度a的變化過程稱為小波方差圖，其可以反映某一水文序列的多時間尺度波動以及能量隨尺度變化的分布。小波方差圖中曲線的局部最優(yōu)點反映該序列的主要時間尺度，即主要周期。

2結(jié)果與分析

2.1徑流年際變化

且末水文站1957-2021年65a的實測年徑流資料顯示，多年平均流量為18.7m3·s-1，多年平均徑流量為5.901億m3。由圖2分析可知，1957-2021年車爾臣河徑流量呈現(xiàn)上升趨勢。

通過對且末水文站1957-2021年共65a實測年徑流量數(shù)據(jù)進行分析，得出其主要特征值（見表1）。且末水文站徑流系列的變差系數(shù)（Cv）較小，為0.34，表明車爾臣河年際變化相對穩(wěn)定，偏差系數(shù)（Cs）為1.14。車爾臣河以冰川積雪融水補給為主，年極值比為3.8。

2.2徑流趨勢特征

利用M-K趨勢檢驗法檢驗徑流時間序列的變化趨勢特征、顯著性及突變點，結(jié)果見圖3。圖3分析表明，1957-2021年車爾臣河徑流整體呈顯著增加趨勢，其中在1957-2003年處于上升、下降的波動狀態(tài)，且呈下降趨勢的徑流量居多，而在2003年后徑流量整體呈增加趨勢，且在2013年開始超過了臨界值，表示為顯著增加；在2008年UF與UB兩條曲線產(chǎn)生了交點，在臨界值內(nèi)兩條統(tǒng)計量曲線的交點即為突變開始時間，即徑流量在2008年發(fā)生了突變。

2.3徑流周期性變化

采用小波分析對車爾臣河1957-2021年共65a的徑流序列進行分析，小波方差圖和小波等值線圖見圖4和圖5。從小波方差圖分析可以看出，車爾臣河徑流過程存在兩個主周期，分別為11a和19a，通過小波實部圖可以看出在11a和19a的主周期下還存在7a和11a小周期。

2.4徑流豐枯變化

徑流豐枯程度的判定一般采用《水文情報預(yù)報規(guī)范》（GB/T 22482-2008）中的劃分標準，通常采用距平百分率（P）表示：當(dāng)Pgt;20%時，為豐水；當(dāng)10%

由表2可見，車爾臣河且末水文站各年徑流量中，豐水年占比29%（其中特豐年占20%，偏豐年占9%），平水年占比23%，枯水年占比48%（其中特枯年占34%，偏枯年占14%）。將多年徑流量按從大到小排序后，其中豐水年中特豐年臨界為2020年，徑流量為7.203億m3，偏豐年臨界為2021年，徑流量為6.630億m3；平水年臨界為2004年，徑流量為5.319億m3；偏枯年臨界為1991年，徑流量為4.820億m3，特枯年臨界為1963年，徑流量為3.070億m3。

綜合分析可知，豐水年來水量臨界值為6.630億m3，平水年來水量臨界值為5.319億m3，枯水年來水量臨界值為4.820億m3。

2.5降水和氣溫變化

基于且末氣象站收集的多年氣象要素數(shù)據(jù)，對1957-2016年以來的降水量與氣溫進行分析，結(jié)果見圖6與圖7。由圖分析可知，降水量呈波動增加趨勢，其中降水量最大的年份為2007年，降水量為54.3mm；氣溫總體也呈現(xiàn)增加趨勢。

對且末氣象站降水量和氣溫的長時間序列進行分析，結(jié)果見圖8和圖9。分析表明從1963年開始降水量呈上升趨勢，在2010-2016年達到顯著性水平，呈現(xiàn)顯著上升趨勢；氣溫于1960年呈下降趨勢，直到1979年氣溫開始呈上升趨勢，且于1990年超過臨界值，表現(xiàn)為顯著上升。

2.6主要水文要素關(guān)系分析

1957-2021年，車爾臣河徑流量整體呈顯著增加趨勢，這與降水量和氣溫的變化趨勢表現(xiàn)一致。其中徑流系列在1957-2003年間處于上升、下降的波動狀態(tài)，而在2003年后徑流整體呈增加趨勢，且在2013年超過臨界值，表現(xiàn)為顯著增加。由圖3分析可見，徑流系列在2008年與UF和UB兩條曲線產(chǎn)生了交點，表明在此時間點發(fā)生了突變，即徑流量在2008年發(fā)生突變，這與降水量在2006年發(fā)生顯著增加呈現(xiàn)出一致性。根據(jù)圖3、圖8與圖9可以看出，車爾臣河流域徑流突變發(fā)生在2008年，氣溫突變發(fā)生在1993年，而降水突變分別發(fā)生在1964年與2012年，三者突變年份均不一致，這表明車爾臣河徑流突變原因復(fù)雜，除受氣候變化影響，人類活動可能對其也產(chǎn)生了重要影響。

通過對流域氣候變化與徑流進行皮爾遜相關(guān)性分析可知，流域年徑流量與降水量、溫度之間存在顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.355、0.413（置信度為0.05，樣本數(shù)量為60）。車爾臣河水主要來源為上游山區(qū)冰雪融水，受源流氣溫升高影響，冰雪融化加快，導(dǎo)致徑流增加，這間接證明了氣候變化會影響徑流從而起到調(diào)節(jié)作用。

3討論

由于車爾臣河流域僅有1個水文站、1個氣象站點，且均布設(shè)在出山口以下的平原區(qū)，缺乏高山區(qū)水文氣象長期觀測資料，站點數(shù)據(jù)代表性不足，從而導(dǎo)致本研究成果不足以全面反映徑流與氣溫、降水的內(nèi)在響應(yīng)關(guān)系，下一步應(yīng)著重開展山區(qū)徑流與氣溫、降水的監(jiān)測與分析，以及氣候變化背景下流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及生態(tài)保護修復(fù)相關(guān)研究。

本文僅探討了氣候變化對車爾臣河徑流變化趨勢及演變規(guī)律的影響，而徑流變化還受到人類活動（如水利工程建設(shè)、農(nóng)業(yè)灌溉、水土保持等）的影響，因此考慮氣候變化和人類活動疊加對徑流變化的綜合影響（包括定量分析人類活動、氣候變化對徑流的影響程度等）也是一個需要開展研究的問題。

車爾臣河徑流組成中，冰川融雪占比較大。在全球氣候變暖、冰川融雪加劇的背景下，未來車爾臣河來水更加具有不確定性。開展源流區(qū)冰川融雪調(diào)查、建立冰川融雪徑流模型、提高模型預(yù)報精度，同時規(guī)劃建設(shè)山區(qū)水庫，增加水庫調(diào)蓄水量，以實現(xiàn)流域水資源優(yōu)化配置，為經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展提供水資源支撐，也是亟需開展的一項工作。

4結(jié)論

（1）通過對且末水文站1957-2021年65a徑流長時間序列進行年際變化分析，得到徑流系列的變差系數(shù)為0.34，表明車爾臣河年際變化相對穩(wěn)定，偏差系數(shù)為1.14。

（2）車爾臣河1957-2021年間徑流量整體呈顯著增加趨勢，其中1957-2003年處于上升、下降的波動狀態(tài)，且呈下降趨勢的徑流量居多，而在2003年后徑流量整體呈增加趨勢，且徑流量在2008年發(fā)生突變。

（3）通過對小波方差圖和小波等值線圖分析得到車爾臣河徑流過程存在11a和19a的顯著主周期，在主周期內(nèi)還存在7a和11a的小周期。

（4）基于距平百分率法分析得到豐水年來水量為6.630億m3，平水年來水量為5.319億m3，枯水年來水量為4.820億m3。

（5）車爾臣河降水呈波動上升趨勢，其中降水最大年份為2007年，降水量為54.3mm；氣溫也呈增加趨勢。降水在2010-2016年呈現(xiàn)顯著上升趨勢；氣溫開始呈下降趨勢，直到1979年開始呈上升趨勢，且于1990年超過臨界值，表現(xiàn)為顯著上升。