新疆渭干河流域降水变化及影响因素分析

李兴金

(新疆阿克苏水文勘测局，新疆 阿克苏 843000)

1 概况

位于新疆天山中段南麓的渭干河，由木扎提河、卡普斯浪河、台勒维丘克河、卡拉苏河、克孜尔河5条支流汇合而成，均源于天山南坡，单独出流，汇集于拜城盆地克孜尔水库，主要支流木扎提河发源于汗腾格里峰东坡的冰川集结区，于拜城盆地汇集其余4条，流经千佛洞、切穿却勒塔格山后，形成长64 km，宽160 km的山前大型冲洪积扇，其面积达8 281.8 km2，干流全长452 km。渭干河流域地域广阔，山区为徒峭石壁，山前平原为绿州和戈壁复盖。要想对渭干河实行治理和水资源开发，就需要对其流域降水情况和影响因素进行分析。

2 降水系列代表性分析

渭干河流域的13处雨量站中，4个站是国家气象站，9个站是国家二类基本水文站。降水量观测站大部分都分布在海拔1 000～2 000 m之间的平原区、低山区，中山区没有降水量观测站。现以破城子站、卡木鲁克站、拜城气象站、卡拉苏站、黑孜水库站作为渭干河流域山区降水量选用站。选用站中观测年代最长的是库车县气象站，其余各站均不足52 a观测资料。因此对选用站中实测资料系列较长的降水量观测站，采用不同方法对此进行分析。

2.1 时段均值与模比系数分析

对渭干河流域雨量选用站的降水量系列资料，统计不同时段的均值，计算各时段平均年降水量与多年平均年降水量的比值。从统计结果分析，50年代各山区站大都处于平雨期，变化多在10%以内，平原区站降水量偏多13.8%～19.3%。从而可知，上世纪50年代渭干河流域山区雨量站与平原区雨量站降水量的丰枯变化不是同步的。上世纪60年代和70年代各站情况基本相同，降水量均偏少。进入80年代，各站降水量偏少状况得以扭转。根据资料统计，渭干河流域山区各站降水量平均比多年降水量偏大14.3%。上世纪90年代，有7个站进入多雨期，降水量增多10.9%～21.5%，3个站进入平雨区。其中渭干河流域山区各站降水量与多年平均相比，在-14.5%～+17.9%之间变化。进入21世纪，选用站降水量有5站为多雨段，破城子站、拜城气象站降水量比多年均值偏多达27.8%～30.9%。

根据50多年的水文降雨资料分析，发现各站都有降水量的丰、枯交替变化过程，且各站的丰、枯变化基本上一致，基本能够反映渭干河流域年降水量的变化规律。

2.2 年降水量模比系数差积曲线分析

选用的13个雨量站，有11站实测资料系列较长，达到40年以上，由此可以绘制出年降水量模比系数差积曲线，其变化的趋势和时间除50年代稍有差异外，其它时段基本同步，即60年代至70年代末为少雨期，80年代开始本区进入多雨期，90年代及2000年以来都为多雨期，说明各选用站长系列降水量变化的一致性较好。

2.3 年降水量模比系数累积平均过程线分析

从各选用站年降水量模比系数累积平均过程线图可知，随着各站降水量资料系列长度的增加，曲线逐渐收敛，当资料系列长度达到45年以上时，降水量模比系数累积平均值渐趋近于1，且其后年段曲线收敛于1，说明选用站降水量资料系列长度达到45年以上时稳定性较好。

2.4 不同长度年降水量统计参数稳定性分析

根据矩法计算的不同长度系列统计参数分析对照。从中可见，随着系列长度的增加，除千佛洞站外，其它各站降水量统计参数波动幅度有所减小，当系列长度在45年以上时，相对于多年平均值而言，统计参数的波动幅度为：降水量均值小于±2%，Cv值变化小于±4%。千佛洞站因地处丘陵区，降水量年际变化较大，资料长度达到50年时，Cv值和均值才趋于稳定。

3 年降水量分析

3.1 年降水量分布

在渭干河山区降水量5个选用站中，下垫面条件复杂，区降水呈不均匀分布。根据各站年降水量等值线可知，等值线走向与山脉走向基本一致，为东西向，山区较密，平原区较稀，由南向北降水量等值线随高程上升而增大，有明显的垂直变化规律，在地区分布上渭干河流域西部降水量大，东部降水量小，山区降水量多，平原降水量少。

由于高空的锋区和天山地形的抬升作用，只有较强冷空气入侵才能沿天山南坡形成降水，所以天山山区南坡降水量往往小于北坡，一般在500 mm以下。山区及平原站点1956-2007年降水量统计见表。

表1 渭干河流域选用雨量站多年平均降水量统计表

3.2 降水量年内分配

渭干河流域降水量年内变化平原与山区有所不同。以出山口为界，高程较低的平原各站，春季降水量约占20%，山区各站在25%左右；平原区夏季降水量约占年降水量的51%～55%，山区多在50%以内；平原、山区秋季和冬季降水量基本接近，在17%和7%左右。由以上数据，可知，渭干河流域降水量主要产生在夏季，集中程度较高，冬季降水量较小。降水量的季节分配，与水汽的输送和垂直运动的季节性变化相一致。

3.3 降水量的年际变化

渭干河流域选用水文站降水量年际变化较大，但山区站年降水量变化总体小于平原区，山区一般最大年降水量与最小年降水量的比值在3～6之间，最大为卡拉苏站达8.17，平原区最大年降水量与最小年降水量的比值在6～10之间，最大为新和气象站达9.57。变差系数Cv值山区一般小于0.4，在0.35～0.39之间，平原区降水量变差系数Cv值大于0.4，在0.41～0.56之间。由此可见，渭干河最大年、最小年出现时间的同步性较差。降水量最小年出现时间大多发生在上世纪60年代，降水量最大年都发生在上个世纪80年代以后。这是因为，渭干河流域地形复杂，大范围降水在本区域具有普遍性，局部阵雨、小范围降水在本区域具有特殊性，易造成上述的不同。

3.4 降水的垂直分布

渭干河北部山区，地势高峻，山峰林立，最高峰汗腾格里峰海拔6 995 m，南部出山口处海拔1 100 m左右，南北高差近5 800 m，降水存在着很明显的垂直分布和分带性变化规律。海拔2 000 m以上中、高山区降水量一般在300～500 mm之间，海拔1 000～2 000 m的中、低山区，年降水量在100～300 mm，平原区多年平均年降水量小于100 mm。从中可以看出，渭干河流域降水量随高度的升高而增大，而且在中山区其降水量变化梯度大于低山区，实测年降水量垂直分布变化可知，本区降水垂直变化梯度达3.8～79.1 mm/100m，降水梯度变化较大。降水量变化与地形高程的关系非常密切，降水量随地面高度的升高而增大，二者之间相关系数达到0.955，见图1。

3.5 降水量的丰枯变化

根据水文资料分析，在天山南坡造成渭干河出现丰枯水年变化的主要因素是降水，将天山南坡的降水量系列与对应的径流量系列进行分析，其关系非常密切，而且所有的径流枯水年对应的年降水量也都是枯水或是偏枯水，反之亦然。现选用降水量资料系列较长的拜城气象站、卡木鲁克站、破城子站、卡拉苏站降水资料，分别代表渭干河流域平原区、低山区、中山区，对降水量(年径流量)的丰枯变化进行分析。根据全国水资源综合规划丰枯统计标准：P<37.5%为丰水年，37.5%≤P≤62.5%为平水年，P>62.5%为枯水年，对4处降水量观测站点同步期降水量丰枯变化进行分析。

根据丰枯标准，计算4处站点同为丰水或枯水年份的出现年数和频率。经计算，4个降水量观测站同时出现枯水的概率为15.4%，同时出现丰水年的概率为21.2%，而同时出现平水年的概率只有1.9%。降水量变化出现基本一致的概率为38.3%,降水量丰枯变化不一致的年份出现的概率为23.2%，其中4个站丰枯变化一致和基本一致的年份出现的概率为76.8%，而中山区站与低山区站比较，丰枯变化一致和基本一致的年份出现的概率基本相同，可见中山区与低山区降水量的丰枯变化基本一致。根据各站资料分析，中山区与低山区丰枯变化的一致性主要是由于降水的主要水汽来源相同所决定的。

图1 渭干河流域降水量与高程关系分析图

4 不同保证率降水量分析

根据52年降水量资料，对主要选用站降水量进行了不同保证率降水量分析计算，见表2。计算成果表明，在各保证率及多年平均情况下，各站连续最大四个月降水量多发生在5—8月或4—7月，占全年降水量的比重在51%～95%之间，平均为70%。降水量最大月多为7或8月份，最大月降水量占全年降水量的比重最高可达58.0%，一般在20%～30%之间。

表2 多年平均降水量统计表

从降水量计算结果可以看出，木扎提河多年平均年降水量最大，占到多年平均年降水量的44.0%，最小的是台勒维丘克河，仅占7.7%。降水量的分布状况表明，渭干河流域降水量主要来自流域的西部，而流域东部和南部降水量相对较小。

表3 渭干河流域年降水量特征值统计表

渭干河流域多年平均面雨量为297.1 mm，其中木扎提河多年平均降水量最大，达到390.1 mm，其次是卡普斯浪河为337.8 mm、卡拉苏河为233.5 mm、克孜尔河217.2 mm，台勒维丘克河区多年平均降水量为223.0 mm，分析其原因与这几条河流流域平均高程及流域分布位置有关。

5 结语

综上所述，受气候、地形和自然地理影响，渭干河流域山区降水量一般随海拔高程升高而增大，特别是冰川区降水量较大。山区迎风坡降水量大于背风坡，迎风坡等值线较密，梯度也大；平原、盆地降水量较小，变化平缓，等值线较顺直。渭干河流域多年平均降水量与流域降水量变化一致，进入上世纪80年代以后，年降水量增加比较明显。