新疆喀什库山河近65年水文要素变化特征探讨

秦 雯

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

库山河位于新疆地区的西南部。流域地处塔里木盆地的西南边缘且与盖孜河西面相连接，东面与叶尔羌河相连且从布谷里沙漠穿越而过，昆仑山脉在库山河的南面，喀什克孜河干流为库山河北面河流的最终汇入点[1]。库山河主要流经阿克陶县、英吉沙县以及疏勒县，总的流域面积为6 957.6 km2，其中山区和平原地区面积分别为2 612 km2和4 345.6 km2[2]。沙曼水文站为库山河主要控制水文站，站点以上汇水面积为2 169 km2，多年平均径流量为6.378亿 m3。库山河由于远离海洋且位于内陆腹地，降水量较少但蒸发量较大，日照时间长使得气候较为干燥，气温日变化较为明显且存在明显的年代际变化，具有易出现极端干旱的大陆典型气候变化特征[3]。流域气候垂向分布变化特征明显且冷暖两季主要出现高山区的一年当中，夏季时间长而冬季时间较短。永久冰川主要发育在海拔5 000 d的高海拔山区[4]。中山的海拔高度一般在2 000 m左右[4]。中部山区年均降水量可达到3 000 mm属于降水量较为充沛的区域，东北部山坡年降水量低于70 mm属于极度干旱的地区，该区域水面蒸发多年均值可高达2 700 mm。流域内平原区日照充足但建设量较少，由于库山河较为复杂的地形条件使得其气候差异变化较大，山区和平原区的水文特征差异度较高[5]。近年来对于库山河水文特征变化取得一定研究成果，但均未能对库山河水文特征进行系统分析，因此本文结合库沙河主要控制水文站沙曼站实测水文要素数据，对其水文变化特征进行分析。研究成果对于进一步解决库山河水资源短缺及防洪减灾能力提升具有重要的参考依据。

1 降水变化特征分析

结合沙曼水文站以上流域内的气象站点数据，统计了流域内近65年的降水变化特征，并结合M-K趋势统计方法对各年代际变化趋势进行分析，结果如表1所示。

表1 库山河降水量变化特征分析结果

通过对库山河年降水量变化统计分析结果可看出，库山河降水量总体呈现递增变化，1961-2020年降水量的M-K统计值为1.29，达到M-K的95%统计置信区间。库山河多年降水量的平均值为135.7 mm，降水量最大和最小的年份分别为1971年和1961年，最大和最小降水量差值为178.4 mm，差异较为显著。结合库山河平原区气象站点降水数据表明其多年降水量均值为66 mm，最大降水量和最小降水量之间的差值117.5 mm，平原区降水较为集中，主要分布在春季和夏季，这两个季节降水量占全年的降水量比重可达到75%左右。连续4个月最大降水量的占全年降水量比重可达到60%左右，年内分配差异较为明显。库山河降水量空间变化具有明显的垂向分布规律，山区降水量明显高于平原区降水量，随着海拔高度的增加降水量逐步递增。

2 蒸发变化特征分析

结合沙曼水文站以及流域内气象站实测蒸发数据统计分析了库山流域的蒸发变化特征，分析结果如表2所示。

表2 库山流域的蒸发变化特征分析结果

从统计分析结果可看出，和降水量变化趋势不同，库山河的蒸发总体呈现递减变化，其1961-2020年的M-K统计值为-0.29，但递减的趋势性较低。流域蒸发存在较为明显的空间变化特征，水面蒸发量的高值主要出现在东北部区域。随着地势的增加蒸发量从东北向西南逐步增加，降水递增变化而其蒸发逐步减小。山前倾斜区的蒸发低于沙漠区蒸发，但蒸发量要高于山区蒸发量。沙曼水文站多年蒸发量均值为1 436.1 mm，流域内阿克陶、英吉沙及岳普湖气象站的蒸发量多年均值分别为1 344.3 mm、1 324.1 mm以及1 499.7 mm。随着地势的增高水面蒸发量逐步减小变化。

3 径流变化特征分析

对库山河各年代际近65年的的径流量变化趋势进行统计分析，并采用M-K统计分析方法对其变化趋势进行显著性检验，结果如表3所示。

表3 沙曼水文站年代际径流变化特征

库山河主要发源于冰川区，其径流主要为融雪径流的补给，降雨补给作为辅助方式，地下水和泉水的补给主要为枯水季节的径流补给。径流补给存在明显的垂直地带分布特征。主要通过两大支流进行河流汇合而形成。春季径流占全年径流的比重在5%～20%之间变化，夏季径流量比重较大，占全年径流比重在55%～70%之间变化，而秋季和冬季径流比重较小，其中秋季径流占全年径流的比重在10%～20%之间，冬季径流比重最低仅占全年比重的3%～8%。沙曼水文站最大年径流和最小年径流分别出现在1959年和1965年，年径流量分别为8.045亿 m3和4.278亿 m3。通过对沙曼水文站年径流变化特征分析可知其年径流丰枯比为1.88且其变差系数达到0.15，径流年际变化相对较为稳定。

4 泥沙变化分析

结合沙曼水文站多年平均悬移质含沙量实测数据统计分析其年代际泥沙变化特征，分析结果如表4和表5所示，并对沙曼水文站多年悬移质含沙量和输沙量年内分配变化进行分析，如图1所示。

表4 沙曼水文站年代际含沙量变化特征

表5 沙曼水文站年代际输沙量变化特征

图1 沙曼水文站多年平均月含沙量和输沙量变化过程

从分析结果可看出，沙曼水文站含沙量多年悬移质平均值为3.05 kg/m3，含水量最大的月份主要出现在7-8月份，含沙量最小月份主要出现在11月份，最大和最小含沙量的比重为137倍之多。悬移质含沙量主要出现在冬季以及春季的1-3月份。各月份含沙量主要分布在0.035～0.24 kg/m3之间。悬移质输沙量的高值主要出现在2月份，沙曼站近65 a悬移质输沙量的多年平均值为199万 t，其中7月份输沙量最高占全年输沙量的比重高达36.4%之多。夏季的6-8月份为输沙量较为集中的连续月份，其输沙量占全年输沙量的比重可达到94.5%。冬季的10-12月份以及次年的1-3月份属于输沙量最低的连续月份，其占全年输沙量的比重仅为0.43%。由此可看出沙曼水文站悬移质输沙量年内分配差异度较大，且输沙浪的集中度明显低于径流变化的集中度。年径流变化较大的区域其输沙量一般变化也较大，输沙量变化较小的区域其径流变化的差异度也较小。沙曼水文站年最大输沙量和最低输沙量之间的模比系数为0.30，最大输沙量和最小输沙量之间的比值为6.67，因此库山河沙曼水文站年际输沙量变化要明显高于年际径流的变化。通过其沙量数据统计分析，库沙河悬移质输沙量的泥沙颗粒的粒径可以达到0.185 mm，全年泥沙总量的67%为粒径大于0.05 mm的泥沙。这主要是因为汛期含沙量较为集中，受到暴雨冲刷影响其颗粒一般较粗。

5 洪水变化分析

结合沙曼水文站实测洪水数据，对其近65年洪水各年代际发生的频次进行统计分析，并结合M-K方法对其洪水频次进行显著性变化分析，分析结果如表6所示。

表6 库山河沙曼水文站洪水频次变化分析结果

库山河地区洪水类型的成因较多，季节消融型洪水主要出现在中山带区域，冰雪融水洪水主要出现在高山带区域。暴雨型洪水、冰雪消融型洪水、混合洪水以及冰凌洪水是其主要的洪水类型，其中在四类洪水中消融型洪水属于发生频次最高的洪水类型。从沙曼水文站洪水频次可看出，各年代发生的洪水频次变化较为稳定，总体呈现递增变化，M-K统计值较低，未能达到90%的置信区间。7月份属于洪水较大的月份，其次为8月份，在近65 a中6月出现洪水的过程频次较低。从库山河降水变化过程可看出，库山河洪水主要为高温时期冰雪消融为主，降雨补给为辅的方式。年际融雪洪水变化程度较低，年际混合型洪水的变化程度较高。

6 结语

(1)库山河降水量空间变化具有明显的垂向分布规律，山区降水量明显高于平原区降水量，随着海拔高度的增加降水量逐步递增。沙曼水文站多年蒸发量均值为1 436.1 mm，蒸发量随着地势的增高水面蒸发量逐步减小变化。

(2)库山河沙曼水文站年径流丰枯比为1.88且其变差系数达到0.15，径流年际变化相对较为稳定。沙曼水文站年最大输沙量和最低输沙量之间的模比系数为0.30，最大输沙量和最小输沙量之间的比值为6.67，库山河沙曼水文站年际输沙量变化要明显高于年际径流的变化。

(3)沙曼水文站洪水频次可看出，各年代发生的洪水频次变化较为稳定，总体呈现递增变化，M-K统计值较低，未能达到90%的置信区间。7月份属于洪水较大的月份，其次为8月份，在近65年中6月中、下出现洪水的频次较低。