新疆阿克苏河流域近58年气象水文特性分析

热西提·米吉提

(新疆克孜勒苏水文勘测局，新疆 阿图什 845350)

1 研究流域概况

新疆南部第一大河是阿克苏，阿克苏流域总面积为7.0万 km2，山区和平原是阿克苏流域主要地形[1]。流域河川径流补给来源由于不同的高程、地形及降水条件呈现较为明显的区域差异特征[2]。高川季节融雪、永久性融雪冰川、降水是其山区型河流的径流主要补给来源，径流消耗主要在平原地带，无径流产生[3]。暖温带干旱型气候是阿克苏流域主要气候，蒸发由于气候干燥较大，降水总量较低且存在明显的季节变化特征，流域面平均降水量年均值低于300 mm[4]。流域多年水资源总量均值为81.2亿 m3，出山口水文控制站径流多年统计数据为77.25亿 m3，径流年最高值和最低值之间的比值在1.7～2.2之间[5]。库玛拉克河和托什干河是其阿克苏上游的主要支流，高山融雪补给是库玛拉克河主要河流径流补给来源，汛期和非汛期径流补给占比分别为71.33%和28.67%，冰川融雪补给是托什干河主要河流径流补给来源[6]。近些年来，有研究成果表明受气候变化和人类活动的影响，阿克苏流域水文循环影响较为明显[7-12]。为对流域水资源进行科学保护和有效利用，亟需对流域气候水文变化特征进行分析，从而指导流域水资源开发和保护利用的精准规划。

2 研究采用数据

本文气候数据主要采用阿克苏流域内6个气象站点1961-2018年的气温、降水监测数据，各站点分别为阿合奇、柯坪、乌什站 、温宿站、阿克苏站、阿瓦提站，其中温宿站部分年份资料缺测，考虑资料的一致性，采用附件站点进行了插补。水文变化数据分别选用沙里桂兰克站和协合拉站作为流域山口径流控制站，大西桥站为阿克苏河主要控制水文站，依玛帕夏站作为下泄流量控制站，水文站数据主要选用蒸发和径流统计数据，所有数据均通过一致性、可靠性、代表性检验。

3 线性变化趋势检验方法

采用M-K参数检验方法对阿克苏河流域气温水文变化特征进行变化趋势分析。该方法将气温水文要素变化序列作为样本序列对其统计变量S进行计算：

(1)

(2)

(3)

(4)

其中S为气候水文变化指标指序列显著性检验统计变量；xi和xj表示为来自同一个样本总体的两个样本数据系列；σs表示为方差标准计算值；sign表示为计算变量；n表示为总的样本序数；Z表示检验特征变量，当Z>0则表示气候水文变化指标呈现递增变化趋势，否则呈现递减变化趋势，当∣Z∣>2.32、1.64<∣Z∣<2.32、1.28<∣Z∣<1.64则分别表示变化趋势的显著性可分别达到99%、95%以及90%的置信水平。

4 气候水文变化特征分析

4.1 气温变化特征分析

结合阿合奇、柯坪、乌什站 、温宿站、阿克苏站、阿瓦提站气象站1961-2018年气温数据对阿克苏流域近58 a气温变化特征进行分析，结果如表1所示。

从阿克苏流域1961-2018年气温变化特征可看出，流域1961-2018年气温总体呈现较为明显的递增变化，趋势检验统计值为2.253 9，达到了95%的显著变化置信水平。通过对年气温变化率统计，阿克苏流域近58 a气温的递增率为0.14℃/10a。从1961-2018年气温高值出现在2007年，从1971年以后气温呈现10 a的递减变化，从1985年以后气温逐步呈现显著增加变化直到2002年，从2002年以后气温总体呈现弱下降变化，通过对阿克苏流域气温突变特征分析，1996左右是阿克苏流域气温主要突变特征点。

表1 阿克苏流域1961-2018年气温变化特征

4.2 降水变化特征分析

结合阿合奇、柯坪、乌什站 、温宿站、阿克苏站、阿瓦提站气象站1961-2018年降水气温数据对阿克苏流域近58 a面降水变化特征进行分析，结果如表2所示，并对其年内分配特征进行统计，结果表3所示。

表2 阿克苏流域1961-2018年降水变化特征

表3 阿克苏流域1961-2018年内降水变化特征

从阿克苏流域1961-2018年降水变化特征可看出，其和年气温变化具有一定的相似特征，从1961-2018年降水量总体呈现增加变化趋势，近58 a流域降水递增率为13.5 mm/10a。降水小幅下降的年代主要在1990-1999之间，通过对流域降水突变特征分析，1987年左右为阿克苏流域降水突变特征点。2～6 a的短周期是其降水主变化周期，降水长周期变化不明显。夏秋两季是降水集中的两个季节，各季节降水递增率分别为1.45 mm/10a(春季)、5.71 mm/10a(夏季)、5.25 mm/10a(秋季)、0.85 mm/10a(冬季)。

4.3 水面蒸发变化特征分析

结合区域水文站水面蒸发观测数据，对流域1961-2018年水面蒸发特征进行统计分析，结果如表4所示。

从阿克苏流域1961-2018年水面蒸发变化特征可看出，流域近58 a水面蒸发呈现显著递减变化，递减率为-21.9 mm/10a。1961-1969年以及2010-2018年水面蒸发呈增加变化，但趋势不明显，和降水突变一致，1987年是阿克苏流域水面蒸发突变特征点，年蒸发存在两个周期低于5 a的变化振荡周期，主变化周期为2～3 a，局部存在4～5 a的变化周期。夏季蒸发下降速率显著高于其他季节，递减率为-9.78 mm/10a，冬季水面蒸发递减速率最低，递减率仅为-1.61 mm/10a。

表4 阿克苏流域1961-2018年水面蒸发变化特征

4.4 径流变化特征分析

考虑径流系数长度和一致性，选用阿克苏流域大西桥站和依玛帕夏站作为径流分析站点，对流域径流变化特征进行统计分析，结果分别如表5和表6所示。

表5 阿克苏流域大西桥站1961-2018年流量变化特征

表6 阿克苏流域依玛帕夏站站1961-2018年流量变化特征

大西桥站和依玛帕夏站分别为流域上下游控制水文站点，从1961-2018年两个水文站点平均流量均呈现弱递减变化，总体递减幅度不高，趋势不显著。大西桥站和依玛帕夏站近58 a平均流量的突变点较为集中，1987年为两个水文站点径流突变年份。大西桥站的径流变化短周期为3～4 a，依玛帕夏站的短周期变化为2～6 a，径流主要集中在夏季，受夏季冰川融雪补给和降水影响，径流年份分配十分不均匀。

4.5 地下水变化特征分析

结合流域2000-2018年地下水埋深观测数据，对流域近58 a地下水埋深变化特征进行统计分析，结果如表7所示。

表7 阿克苏流域2000-2018年地下水埋深变化特征

从阿克苏流域2000-2018年地下水埋深变化特征可看出，阿克苏流域从2000年开始地下水埋深总体呈现递减变化，2000年以后地下水年平均水位变化值为0.074 m。2010年以后流域地下水埋深变化显著性增强。流域地下水埋深年内分配差异较大，冬季由于用水量减少，流域地下水位有所回升，夏季6月份由于径流补给增多，地下水位略回升，进入7月份后由于取水量增加，使得7月份地下水位下降明显。

5 结语

(1)从1985年以后气温逐步呈现显著增加变化直到2002年，从2002年以后气温总体呈现弱下降变化，通过对阿克苏流域气温突变特征分析，1996左右是阿克苏流域气温主要突变特征点。

(2)1987年是阿克苏流域水面蒸发突变特征点，年蒸发存在两个周期低于5年的变化振荡周期，主变化周期为2～3 a，局部存在4～5 a的变化周期。夏季蒸发下降速率显著高于其他季节，递减率为-9.78 mm/10a，冬季水面蒸发递减速率最低，递减率仅为-1.61 mm/10a。

(3)大西桥站和依玛帕夏站近58年平均流量的突变点较为集中，1987年为两个水文站点径流突变年份。大西桥站的径流变化短周期为3～4 a，依玛帕夏站的短周期变化为2～6 a，径流主要集中在夏季，受夏季冰川融雪补给和降水影响，径流年份分配十分不均匀。

(4)流域地下水埋深年内分配差异较大，冬季由于用水量减少，流域地下水位有所回升，夏季6月份由于径流补给增多，地下水位略回升，进入7月份后由于取水量增加，使得7月份地下水位下降明显。