乌鲁木齐河流域径流与气候变化的年内相关性分析

金 兵

0 引言

西北干旱区域气候由干燥寒冷逐渐转变为温暖湿润，导致新疆天山附近河流径流逐渐增加。作为新疆乌鲁木齐境域的主要河流，乌鲁木齐河是该地人民生产、生活的主要水源。该河流水源主要为冰雪融水及降水，这两种水源都与该地气候变化有着密切的关系。一些学者对乌鲁木齐河径流与气候变化的相关性研究大部分都是从时间上分析两者的年际变化情况，而对于径流年内变化及其与气候特征之间的关系研究上相对缺乏。从径流月度变化上分析乌鲁木齐河径流及气候之间的相关性，可为该地区环境保护、水利建设提供参考。

1 乌鲁木齐河流域概况

乌鲁木齐河流位于天山北麓，河流总长超过200 km，宽度在25～50 km之间。该河流从英雄桥水文站流出后到山前平原地区，在水文站前河流平均径流量为2.4×108m，气候变化主要体现在高山冰雪区（平均气温为零下6℃，降雪量占75%）、高山冻土区域（平均气温为零下3℃到1℃之间变化，降雪量为50%）、高山寒温区（平均气温0～4℃，降雪量为25%，降水量为500 mm）[1]。

2 径流与气候年内相关性分析方法

对该河流流域内的数据分析得出，英雄桥水文站设置在乌鲁木齐河出山口处。本研究采用水文站中的5个气象站点的降水情况对该流域进行了分析，主要采用的气象数据为1993年到2012年的数据情况。

2.1 径流与气候年内变化分析

河流径流变化与降水之间的相关性分析方法：用逐月降水量对年内降水量集中度的反应评价降水集中期。降水集中期指的是各月降水量按月以向量的方式累加，各分量和为年降水量百分数，而集中期则指的是降水的向量总和之后的方位情况，其反映了全年径流量集中出现的时间，表示方式为365 d的日分量和的比值正切角度。径流变化随着月份、年代变化，且具有差异性[2]。如对于径流量的分析，其将月径流量作为向量，月径流程度为向量长，月份为向量方向。

河流径流变化与气温之间的相关性分析方法：该流域径流变化与降水、热量有关，而热量条件表示为正积温，其表示冰雪消融时期温度超过0℃的积温情况，积温越大，则热量越多，冰雪融化量越大，使得河流径流越多。

2.2 气候对径流影响定量分析

利用相关分析对降水、气温等气候条件在径流变化中的影响进行分析。

相关分析方法是利用数学分析法对两个对等数列中的关联程度、方向进行测定的一个抽象数值，这个数值就是相关系数[3]。这种分析方法能够对因素间列阵进行比较，其对于用数据初始值来改变原有联系具有重要作用，计算公式如下：

公式中的x¯，y¯均为样本数列平均数，r为两者之间相关性统计指标，其值在±1之间，r值越接近1，两者的相关性越大。

3 分析结果探讨

3.1 径流年变化情况

表1 乌鲁木齐河各月径流与年径流量的百分比

结合表1可发现，流域内月径流与年径流量的百分比情况中，径流年内分配程度不均。径流集中在夏季6～8月份，贡献率超过60%，其他月径流普遍较小，各年的最大径流普遍位于7月份，导致这种情况出现的原因就是降水量的年内分配不均。

乌鲁木齐河流域英雄桥水文站中的数据显示见图1，该流域内径流年内分配不均，径流量动最低量。2月份其逐渐增加到7月后达到最大量，然后从8月开始递减到12月最小量[4]。而该流域径流年级变化降水集中程度见图2，从1993～2013年减税集中程度，整体呈下降趋势。

图1 英雄桥水文站径流月变化情况

图2 河流1993～2013年降水集中程度变化情况

3.2 气候变化情况对径流影响

降水变化对河流径流的影响分析。对该流域的5个气象站点降水数据进行分析，计算其月降水量情况得到：流域内降水情况与径流量变化情况相同，主要集中在6～8月份，占年降水量一半以上，最大降水量均在7月，降水量与径流量变化一致，表明降水量变化对于河流径流变化影响成正相关[5]。而关于径流对降水的时滞分析主要是将降水的集中期与其径流做对比，如图3所示，该流域径流降水集中期变化成上下趋势波动，随时间变化其逐渐向后推移。而从时间上来看，降水集中期主要分布在6月份，并成前移趋势。因此，从整体上来看，径流明显较降水滞后，时间大约为一周左右，且滞后时间变化逐渐扩大。

图3 流域内径流变化与降水集中期变化对比情况

气温变化与河流径流之间的关系分析，如图4所示。河流径流多年平均气温的月变化呈抛物线形状变化，从1月到12月的气温最大值位于7月，气温从1月到7月逐年上升，7月后到12月逐渐降温，径流量与气温变化趋势一致。

图4 流域内气温变化与径流变化情况

3.3 结果讨论

对于气候与水文变化的分析结果是非线性的，尤其是在不受到人类活动干预的情况下进行的分析。但是，这对于真实的相关性不具有确定性的结果。文中采用的数据对于水文和气候研究而言相对缺乏，结果不具有信任性，且流域径流变化影响因素除了受到气候、降水的影响外，还有地下水补给、人类活动等因素。因此，需要更深入的条件对其进行相关性分析工作。

4 结论

通过对乌鲁木齐河径流与气候变化的年内相关性分析得出：该河流径流年内分配不均，河流径流以及该地降水主要集中在1993年～2012年6月后期，且径流对降水存在滞后反应，滞后时间逐年上升。该流域内温度年内变化程度较大，月径流与天山雪融期的气温变化成指数增加。因此，降水、气温等气候条件对乌鲁木齐河径流变化影响较大，其中降水条件影响较为明显，相关性分析更加明显。

[1]黄锋华,黄本胜,邱静,赵吉国,刘达.气候变化对北江流域径流影响的模拟研究[J].水利水电技术,2018,49(01):23-28.

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[4]刘剑宇,张强,邓晓宇,慈晖,陈晓宏.气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流过程影响的定量分析[J].湖泊科学,2016,28(02):432-443.

[5]吴丽,张爱静.气候变化和人类活动对大凌河上游流域径流的影响[J].水利水电科技进展,2016,36(02):10-15.