木垒河流域1980—2020年降水径流变化特征分析

张 婷

(新疆昌吉方汇水电设计有限公司，新疆 昌吉 831100 )

1 木垒河流域概况

木垒哈萨克自治县位于天山东段北麓，准噶尔盆地东南缘。木垒河是木垒县境内最大的河流，该河发源于天山山脉博格达山北坡，流域面积1249 km2，河长80 km，多年平均年径流量为0.5184亿m3。其余5条河流分别是英格堡河、水磨沟河、东城河、白杨河与博斯塘河。木垒河流域内有一座中型水库龙王庙水库，是流域内主要的控制性水利工程。该流域地表水资源相对比较丰富，是木垒县农业和牧业的主要水源。但由于降雨的季节变化明显，水量在季节分配上，表现为夏季最多，春季次之，秋季较少，冬季最少；在月分配上，表现为夏季5月最多，冬季2月最少。总体来说，木垒县地表水资源量年内分配极不均匀。本文结合流域多个水文观测站点及气象观测站点1980—2020年降水、径流进行分析，并对木垒气象站、跃进水库进库站、开垦河站、北塔山气象站等4站的降水系列缺测年份进行了插补[1]，结果见表1。

表1 木垒河流域降水选用站资料插补情况

2 降水变化特征分析

2.1 降水量的年际变化

辖区内降水量年际变化较大，最大年降水量与最小年降水量的比值在3.3～5.0之间，变差系数Cv在0.27～0.37之间。降水量年际变化见表2。

表2 木垒河流域选用站降水量年际变化

由于本区范围较小，区间变化不明显，受气团控制特性比较明显，同一系统在平原降水量较小，但在山区却有很强的降水。就整个区域来说降水规律大致相同，年际变差相对较大。另外，区域内最大年、最小年出现时间的同步性较差，因本区域地形比较复杂，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随机性，易造成上述的不同[2-4]。

2.2 降水量的丰枯分析

结合降水量统计参数分析，与1980—2020年40年降水系列比较，四个降水时段中，1991—2020年30 a同步期年降水量均值基本接近40 a年降水系列均值；1980—1999年、2000—2020年同步期年降水量均值与40 a年降水系列均值相比或偏小或偏大。说明相对于1980—2020年40 a降水系列来说，1991—2020年30 a的年降水系列代表性较好，而1980—1999年20 a及2000—2020年21 a的年降水系列代表性欠佳。选择降水具有40 a以上实测系列的木垒气象站及开垦河站作为分析对象，对各站的1980—2020年年降水系列依据丰枯统计标准(P<37.5%为丰水年，37.5%≤P≤62.5%为平水年，P>62.5%为枯水年)进行逐年年降水量丰枯判别，以两站同为丰水或枯水的年份作为统计丰水或枯水年份并分别计算丰、枯水年平均出现年数，以此分析木垒县年降水量的丰枯变化[5-6]。

在1956—2000年40 a同步期年降水系列中，枯水年占14 a，出现概率为31.1%；丰水年占17 a，出现概率为37.8%。14 a枯水年中，有5 a出现在80年代，4 a出现在90年代，3 a出现在00年代；17 a丰水年中，有4 a出现在80年代，2 a出现在90年代，5 a出现在00年代，6 a出现在10年代。从两站丰、枯水年在40 a年降水系列中平均出现年数来看，丰水年出现的概率略高于枯水年，而且丰、枯水年出现概率均高于平水年，这进一步说明木垒河流域降水的年际变化较大。

通过对两站1980—2020年40 a年降水系列及不同年代连丰、连枯、丰转枯、枯转丰出现次数的统计分析，见表3，说明40 a降水系列中枯水年转丰水年出现的概率最大，连续枯水年出现的概率最小，连续丰水年及丰水年转枯水年出现的概率介于二者之间。而从丰枯出现年代统计来看，00年代和10年代降水连丰出现次数达到了90年代以前的总和，而且10年代未出现降水连枯现象。至于丰、枯转换情况，以00年代丰枯转换最为频繁，80年代转换最少，90和10年代居中。

表3 木垒河流域评价区年降水量丰枯周期变化

以上分析充分说明，90年代以前的少雨时期与该时段(1981—2020年)降水连丰出现次数少、降水连枯出现次数多密切相关；同理，90年代以后为多雨时期与2000—2020年时段降水连丰出现次数多、降水连枯出现次数少的分析结论一致。

3 径流变化特征分析

3.1 年径流量模比系数分析

木垒河的年径流量模比系数较大，最大模比系数为2.0，也就是说水量特丰年的年径流量为正常年年径流量的2.0倍；而最小模比系数为0.40，即水量最枯年的年径流量只有正常年年径流量的40%；最大年径流量与最小年径流量的比值为5.1；模比系数的相对变幅为1.63。

3.2 年际径流变化特征

对木垒河流域4个水文站实测资料以10 a为一个时段进行了径流统计，结果见表4，为判断径流多年以来的变化规律，采用Mann-Kendall 趋势检验法对各年代做了检验，检验结果见表5。

表4 木垒河各站各年际径流统计

表5 木垒河各站各年际径流趋势检验结果

由表4可见，木垒河各站径流总体缓缓下降的变化趋势，自1990年以后，随着牧业和农业大规模游兴起，各站点的径流量均有显著下降迹象。此外，人类活动也是影响径流的主要原因。由表5可见，1990—2009年间趋势检验都是负值，表明这段时间该河流径流呈现递减的变化规律。前面分析降水量的年际变化时，虽然90年代之后为多雨时期，但是由于木垒河是木垒县农业用水和工业用水的主要水源，随着人类活动增加，对木垒河用水需求也随之增加，因此其径流变化呈现递减，但递减变化趋势较弱。从2010年开始，木垒河流域加大流域水资源调控措施，加上区域调水影响，其径流总体呈现递增变化。

3.3 径流的年内分配

木垒河连续最大四个月径流量占年径流量的百分数为71.5%，出现月份为5—8月，此间正值融雪或高温多雨季节，水热同步。木垒河冬季水量主要靠地下水补给，因此冬季水量占年径流量的百分比最小，仅有4.6%。春季水量占年径流量的百分比略高于秋季，为29.1%；秋季为15.3%。这也属无冰川融水补给河流径流的特有共性[7-8]。在春季的3—5月，气温回升，冬季积存于流域坡面的积雪在正温或春季雨水的动力作用下融化入河，致使春季河流径流增大；而秋季河流径流的主要补给源为大气降水，此期间降水频次及强度又不如春、夏两季，因而木垒河春季水量较秋季为高。夏季水量占年径流量的比重最大，为50.9%。

木垒河最大月径流量占到年径流量的20.6%，出现在5月；最小月径流量仅占年径流量的1.1%，出现在2月；最大月径流量与最小月径流量的比值为18.7，具体见表6。综上所述，木垒县主要河流年内径流分配极不均匀，季节和月径流变化较大。

表6 木垒河流域跃进水库进库站径流量年内分配

3.4 年径流的地区分布

木垒县是个多山地区，南、北、东部皆有山脉，平原位于盆地内的非沙漠区，年径流的分布因地势高低而异。木垒河流域西南角年径流深在500 mm以上；照壁山以西至沃塔铺一带年径流深在200～500 mm之间；博斯塘河以西至照壁山一带的上游地区，年径流深在50～200 mm之间；南部山区年径流深在5～50 mm之间；5 mm年径流深以下地带，年降水量在250 mm以下，为弱产流区。

4 结 论

(1)木垒河流域由于地形复杂，大范围的降水有普遍性，小范围降水表现出随机性，而在降水的丰枯变化情况来看，多表现为枯水年转丰水年，表明流域降水年际变化幅度大，在高差大的位置容易形成季节性洪水灾害。

(2)从木垒河流域各水文、气象站数据看，径流量呈周期性变化规律大致以10 a为一个短周期。径流变化在前两个10 a表现为总体下降趋势，而这个阶段降水属于多雨时期，产流量较少，该流域人类活动和需水量是主要影响因素。

(3)木垒河流域径流年内分配极不均匀，季节和月径流变化大。春季受到融雪影响，径流量显著增加；夏季高温加剧了融雪的影响，同时夏季降水也扩大了木垒河的径流量。而从南部山区到中部沙漠随着降雨量的减少，径流也随之降低。