气候变化对于冰川洪水的影响即冰情变化研究

古丽娅尔·穆合塔尔

（新疆维吾尔自治区水文局信息中心，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

水是环境的重要组成部分，其可利用价值对于生物圈的有效运行是不可替代的，但也可能是破坏性的。洪水是极端的水文事件，其威胁着人类和社会的安全。随着气候变暖，不稳定的天气频繁发生，冰川融化加速。冰川湖溃决洪水现象增多，并已受到了广泛关注，在中国、冰岛、秘鲁、瑞士、加拿大、俄罗斯、美国、尼泊尔和不丹等国家已造成了严重的自然灾害[1～2]。为了减少洪水对流域周边居民生活的影响，苏盖提吐乎防洪工程随之兴建。为了了解该工程所在流域的气候状态，本文选取叶尔羌河流域的两个水文站，分析该流域的气候变化对洪水的影响及冰情变化。

1 研究区概况

叶尔羌河流域位于新疆维吾尔自治区的西南部，流域总面积为8.73 万km2，其中国内面积为8.44 万km2，国外面积2870 km2，河流全长1165 km，是塔里木河的三大源流之一[3～5]。叶尔羌河具有13 处国家水文站。与本文水文分析计算有关的水文站为：卡群水文站、塔什库尔干水文站。卡群水文站设立于1953 年6 月，观测至今，其位于山区，为叶尔羌河的重要控制站。采用其水位、流量、降水量、蒸发量、气温、水温、风速数据。塔什库尔干水文站位于平原，设立于1967 年5 月，1968 年6 月～1971 年7 月停止观测，1971 年7 月后观测至今，同为叶尔羌河的重要控制站。采用其水位、流量数据。莎车县气象站位于新疆西南边陲、昆仑山北麓,帕米尔高原南面,地处塔克拉玛干沙漠和布古里沙漠之间的叶尔羌河冲积扇平原中上游。

2 数据来源

卡群水文站、塔什库尔干水文站两个水文站资料数据长度见表1。冰川数据采用2016 年中国科学院寒旱所科考历史数据。

3 结果分析

3.1 气象要素变化

3.1.1 气温和降水变化

卡群站和塔什库尔干站的年平均气温均呈上升趋势。两个水文站在1961 年～2000 年期间的年平均温度变化见图1。由图1 可以看出：对于卡群水文站，年平均气温的增长率仅为0.03℃/10 a；对于塔什库尔干水文站，年平均气温的增长速率为0.25℃/10 a；表明山区的温度变化比平原更明显。经绘制逐年气温变化图，塔什库尔干站的气温逐年上升，1961 年～1986年期间的年平均气温为3.30℃，1987 年～2000 年期间为3.87℃，季节气温的十年变化一直呈上升趋势（见表2），年平均气温上升了0.67℃，秋季占比最大，从20 世纪60 年代到90 年代年平均气温增加了1.17℃，夏季增加了0.76℃，春季和冬季增加了约0.4℃。温度升高加速了冰川的融化并阻碍了冰川的形成和维持。然而，除冬季外，卡群站的气温呈下降趋势，从20世纪60 年代到90 年代，年平均气温变化不明显。塔什库尔干站和卡群站气温变化的不同趋势揭示了在山区和近平原地区之间的热量差异。

表1 水文资料使用年限统计表 单位：年

图1 1961 年～2000 年期间年平均温度变化

表2 1961 年～2000 年雅鲁藏布江流域卡群站和塔什库尔干站的年代际气温变化

图2 1961 年～2000 年期间年降水量变化

卡群站和塔什库尔干站降水的年际变化见图2，可以看出：平原的降水量比山区增加得多。突出点发生在1986 年。自20 世纪60 年代以来，卡群站10 年的年降水量有所增加，到90年代，年增量达到了85 mm 左右，比80 年代和60 年代分别增加了25.23%和38.29%，这可归因于夏季的气温变化。然而，在塔什库尔干站，年降水量与1980 年代相比没有显著变化，但春季降水量从1980 年代的10.77 mm 显著增加到1990 年代的19.55 mm。数据表明，自20 世纪80 年代以来，山区和近平原地区的降水量明显增加，近平原地区大多在夏季，山区大多在春季。

3.1.2 风速及冻土变化

莎车气象站气象料统计结果表明：该站多年平均风速为2.0 m/s，风向多偏西北，多年平均最大风速为22 m/s，风向多偏西北，最大风速为28.5 m/s，风向WNW，各月最大风速统计见表3，其最大冻土深度为0.69 m。

表3 莎车县气象站历年各月最大风速统计表

3.2 洪水变化

在过去50 年中，叶尔羌河发生了大约21 次与冰川有关的洪水。从1959 年～1986 年，洪水频发，平均洪峰流量为2690 m3/s，洪量为0.67×108m3。在1987 年～1996 年间，由于1986 年冰湖爆发，冰川排水系统被打开，因此没有爆发洪水。自1997 年以来，发生了7 次特大冰川洪水，平均洪峰流量为3290 m3/s，洪量为0.72×108m3。前30 年的洪水频率为0.4 次/年，后10 年为0.7 次/年。洪水的突发主要出现在6 月～11 月，与融雪或风暴洪水大不相同，其特点是上涨速度快，洪峰流量高，洪量较小，持续时间短，通常为单峰。历史洪水资料统计结果表明超过4500 m3/s 的洪峰流量已发生过6 次，另有6 次洪峰流量在2000 m3/s～4500 m3/s 范围内。其他洪水的流量为800 m3/s～2000 m3/s，洪峰流量平均超过常流量的6 倍，最大超过10 倍。大多数洪水持续时间约为20 h，最短为12 h。有些洪水只需0.5 h 就能到达顶峰，从806 m3/s 的起涨流量涨到6270 m3/s的洪峰流量，1961 年的一场洪水达到洪峰流量仅用了半个小时。1984 年的洪峰流量从起涨到峰顶仅用了18分钟。上涨率为203 m3/min。

8 月～9 月初出现了超过4500 m3/s 的洪峰流量，而在秋季和冬季初，流量通常为800 m3/s。虽然不同季节出现的突发性洪水的洪峰流量变化较大，但其具有相似的模式，退水快，洪量相对较小，洪量比平均年径流量大10～25 倍。1961 年洪峰流量为6270 m3/s，是年平均流量的25 倍，但洪量为1.5×108m3，不到年径流总量的2%。除了1961 年、1978 年、1984 年、1999 年和2002 年的洪水外，几乎所有的洪量都低于1.0×108m3。

3.3 河流冰情变化

河流冰情是寒冷地区河流中普遍存在的一种自然现象。以卡群站和塔什库尔干站的实测冰情资料系列，对河流冰情进行分析。据卡群站（1954 年～2012 年）实测冰情统计：最早开始流冰在11 月17 日（1959 年），最迟在12 月26 日（2004 年）；终止流冰最早为1 月21 日（2003 年），最晚为3 月5 日（2008 年）。终冰最早为1 月21 日（2003 年），最晚为3 月20 日（1975 年），初冰最早为11 月3 日（1957 年），最晚为12 月16 日（1968 年），封冻天数最长为13 天，最短为0 天；岸边最大冰厚为1.23 m（2008 年），其详细的统计结果见表6。根据塔什库尔干水文站（1967 年～1979 年)实测冰情统计，结果表明：最早开始结冰日期为11 月19 日（1979 年)；最晚开始结冰日期为12 月30 日（1973 年)；最早开始流冰日期为11 月26 日（1967 年)，最晚终止流冰日期为2 月25 日（1975 年）；实测期内，绝大多年份未出现封冻，仅1977 年有封冻现象，该年1 月9 日封冻，1 月23日解冰，封冻时间为14 天，最早全部融冰日期2 月12 日（1977年)，最晚全部融冰日期3 月10 日（1974 年)，最大岸边冰厚0.24 m（1964 年1 月5 日)，见表4。由上述分析可见，叶尔羌河下游冰情变化沿程不尽相同。总体上来说，叶尔羌河苏盖提吐乎防洪工程场址处年年都有冰情，冰期自11 月份上、中旬开始，次年3 月上、中旬结束，各年冰期长短不一。

表4 河流冰情要素统计表

4 结论

本文分析了叶尔羌河流域气象水情及冰情要素的多年变化趋势，研究获得的主要结论如下：

（1）在过去50 年里，叶尔羌河流域发生了大约21 次与冰川有关的洪水。冰川爆发的频率和幅度表现出增加的趋势。从1959 年～1986 年，有14 场洪水，其中有4 场洪峰流量大于4000 m3/s；洪水发生的频率为0.4 次/年。从1997 年～2006 年，有7 场洪水，其中有3 场洪峰流量大于4000 m3/s；洪水发生的频率为0.7 次/年。

（2）盖提吐乎防洪工程场址处各年均有冰情发生，冰期自11月份上、中旬开始，次年3 月上、中旬结束，各年冰期长短不一。

随着气候变暖，冰湖溃决的发生将更加频繁，并威胁到该地区的水安全。应加强对冰川洪水和预警的研究。应充分利用气候变化引起的日益增加的水资源，并采取积极的防御措施，为当地农业生产和水安全维护提供保障。