从伊吾河流域径流量变化分析哈密地区高山区冰川消融

高 照

(新疆哈密水文水资源勘测局，新疆 哈密 839000)

1 概况

哈密地区有4个国家基本水文站网，也是哈密地区区域代表站，其中头道沟、白吉站、榆树沟站位于哈尔里克山南坡，苇子峡站位于哈尔里克山北坡，哈尔里克山主峰托木尔堤峰，海拔高程4 886 m，海拔4 050 m以上区域是延续千万年的永久积雪覆盖区和现代冰川作用区[1]，哈密主要河流故乡河、榆树沟、伊吾河都发源于这一区域，各河流冰川分布情况见表1。

表1 研究区域各河沟冰川分布情况表

在有冰川消触水补给的河流，径流量的变化，取决于冰川消融水补给量和降水量的变化，在气温变暖的条件下，降水量和冰川融水量的增加，对出山径流量的增加有贡献，对于冰川融水补给比重大的河流尤为突出。近年来，哈密地区各有冰川消融水补给的河流，年径流量受冰川面积的影响在不断发生变化[2]，在此我们主要以伊吾河流域苇子峡水文站的实测资料为例进行分析。

伊吾河流域地处东天山北坡伊吾县境内，该河发源于海拔4 200 m左右的齐拉克冰川群，境内有大、小冰川49条，累积冰川面积35.62 km2，冰储量约1.696 km3，年消融0.2374亿m3，流域内的永久冰川面积占东天山哈尔里克山北坡冰川总面积的72.3%，冰储量占65.2%。冰川消融水一直占伊吾河年径流量的44.933.8%[1]，是伊吾河十分可靠的水源。

苇子峡水文站是伊吾河流域唯一的水文控制站，水文站始建于1956年，1959年停测，1976年恢复观测至今，累积有32 a的连续实测样本系列。水文站以上集水面积1 057 km2(其中山区面积520 km2)，河长71.6 km，流域平均高程2 372 m，河道纵坡28.4‰，测站高程1 080 m。其实测多年平均年径流量0.6953×108m3，变差系数0.26。

2 分析计算

2.1 年径流量随时间变化趋势分析

绘制苇子峡站历年年径流过程线及年径流量模比系数差积曲线，分析年径流量时序变化过程，见图1。从图1中可看出，伊吾河年径流量自1990年后发生转折，水量增加显著。2000年后径流量递增趋势减缓，究其主要原因为上游冰川的面积萎缩导致冰川消触水补给的减少造成。

水文现象有它本身发生、发展和演变的过程，它包含着必然性和偶然性，伊吾河流域蕴藏着1.696 km2的冰川，其冰川消融水量一直占年径流量的44.9%。随时间的流逝及近十几年来气候的变暖及人为因素的作用，冰融量在改变，从图1、图2中可看出伊吾河年径流量从1990年到2000年，呈现上升趋势，其中1998、1999年分别比前一年递增36.5%和23.3%，比实测多年均值多40.1%和66.7%，这些资料表明，由于山区气温的升高影响，上游天山冰川消融量增多，促使水量增加。2000年后，冰川面积明显萎缩，径流量递增趋势减弱。

2.2 模比系数累积平均过程线的分折

正常年径流量是反映流域所蕴藏水利资源的主要参数，河流年径流量由于受多种因素的影响每年各不相同，但长时间累积成果能互相得以抵偿，使多年平均值趋于稳定。年径流量系列模比系数累积平均过程线随年径流量丰枯变化而变化，但多年平均值必然趋向于1.0。从1977～1989年、1977～2008年2个不同系列长度苇子峡水文站年径流量的模比系数累积平均过程线中看出(见图3)，在1989年以前的各水文样本系列趋于稳定，当加入1990年以后的样本系列后，样本系列不再稳定，这说明后期的样本资料改变了以往径流量变化的趋势。

图1 苇子峡站历年年径流量变化过程线

图2 伊吾河苇子峡站年径流量模比系数差积曲线

图3 伊吾气象站年平均气温变化及线性趋势

图4 苇子峡站不同时段年径流模比系数累积平均过程线

2.3 年径流量样本长短系列特征值的分折

反映年径流量的主要参数有均值、变差系数。河流的年径流量具有不重复的特点，但随着样本系列的延长，上述各种特征值会随样本的不断扩充而趋于稳定，正常情况下的河流这段时间约为15～20 a。

表2 年径流量长短系列特征值表 108m3

从表2中看出，当苇子峡水文站的年径流量系列在1991年前，多年均值在0.58亿m3左右，变差系数稳定在0.15左右，当样本系列但加入后期17年的样本后，各项参数发生大幅度的变化，其中均值增加19.4%，变差系数提高57.1%。这说明由于后期水量增多造成的。

2.4 年径流量滑动平均值的分析

连续完整的年径流量滑动平均值，是总体中抽若干个体而组成的样本，随机抽出的样本值反映了时段内的水资源量，长系列样本的均值代表着流域内水资源的蕴藏量。从5 a、10 a滑动平均值计算表中可看出，从1956年到1989年长达34 a的样本中，5 a滑动均值变差1.25倍，10 a滑动均值变差仅1.13倍，加入1990年以后的样本，5 a、10 a的滑动均值逐渐升高，其中5 a滑动均值增加33.6%，年平均增幅2.4%，10 a滑动均值增加25.7%，年平均增幅1.8%，破坏了34 a来形成的自然规律，也说明该流域的冰川消融量在逐年增加。

2.5 哈尔里克山南坡各河水量分析

东天山哈尔里克山南坡的故乡河流域及榆树沟流域的冰储量占哈尔里克山南坡冰川面积和冰储量的17.4%、29.8%和16.0%、36.0%[3]，据这2个流域出山口分别有故乡河白吉水文站与榆树沟水文站，两个水文站的资料表明:夏季的4～8月份具有气温高、降水量大、河道流量集中和高山区永久冰川多的特点，其中白吉水文站4～8月径流占全年径流量的78%，榆树沟水文站4～8月径流占全年径流量的82%，绘制两站历年平均流量过程线(图4)可看出，两条河流的低水在逐渐抬升，其中白吉水文站10 a来低水增加52%，榆树沟水文站低水增加68.8%，随80年代后期气温持续攀升，1990～2000年各河流均值也比前期增加12.7%和27.5%，各河水量的增加也说明上游冰川消融的趋势与北坡一致，在逐年增加。2000年后径流量上升趋势减弱。

2.6 实测年资料分析

根据观测记录，在哈密地区范围内1997～1999年发生有罕见的连续3 a的高温天气，各项气温特征值高出多年平均0.8℃ ～1.6℃，见表2。使地区范围内各有冰川消融水补给河流后期径流量大增，其中苇子峡站1998至2001年4 a均值比建站至1997年均值多53.3%，比建站至2007年均值多37.9%，比最近10 a均值多14.8%，见图5。

3 结论

天山山脉由西向东横穿新疆，雄伟的托木尔峰海拔高7 435 m，高山区冰川储藏量10 107×108m3，占全国冰川储藏量的20.2%，冰川消融水占新疆全年总径流量的12%左右，冰川对新疆的经济发展具有举足轻重的地位。

随气候的变迁和人类活动的影响，综合以上分析，我们认为天山山脉喀尔里克山北坡的伊吾河流域内现代冰川作用区和永久积雪覆盖区的面积和冰储量的变化对流域径流量的影响较大[4]，20世纪90年代随着冰川消融量增多，具有冰川补给的河流径流量呈现明显增多，2000年后，随着东天山永久冰川的面积和储量正在较大幅度地减少。冰川消融水对下游河流的贡献将随之减少趋势。气候变暖造成高山区冰川消融加速，增加河流来水量，随着冰川萎缩，这些河流水资源量将会短缺，人类社会将会遭受巨大的经济损失和环境灾害，像洪、旱灾害事件明显增多，出现暴雨和暴雨洪水、冰雪消融洪水及暴雨冰雪混合型洪水频次明显增加，灾害加重。例2005年8月、2007年7月该流域相继发生罕见洪水，2009年发生罕见旱情，2009年苇子峡水文站年最大洪峰流量仅3.64 m3/s，不足历年平均洪峰流量的10%。较小冰川随着面积缩小和冰体迅速减薄，会出现冰川融水贡献量逐年减少。

图5 苇子峡站5 a、10 a径流量滑动平均线

图6 白吉站与榆树沟站年径流量变化过程线

图7 伊吾县气象站年降水量变化及线性趋势

[1] 刘潮海，等.中国冰川目录[M].北京:科学出版社，1986.

[2] 骆光晓，等.伊吾河流域水文特性[J].干旱区地理，1999(2):25-28.

[3] 高建芳，骆光晓.气候变化对新疆哈密地区的河川径流影响分析[M].北京:科学出版社，2009.

[4] 高前兆，等.气候变化对塔里木河来自天山的地表径流影响[J]. 冰川冻土，2008，30(1):1-11.