烏魯木齊河流域徑流與氣候變化的年內(nèi)相關(guān)性分析

金 兵

0 引言

西北干旱區(qū)域氣候由干燥寒冷逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇嘏瘽駶?rùn)，導(dǎo)致新疆天山附近河流徑流逐漸增加。作為新疆烏魯木齊境域的主要河流，烏魯木齊河是該地人民生產(chǎn)、生活的主要水源。該河流水源主要為冰雪融水及降水，這兩種水源都與該地氣候變化有著密切的關(guān)系。一些學(xué)者對(duì)烏魯木齊河徑流與氣候變化的相關(guān)性研究大部分都是從時(shí)間上分析兩者的年際變化情況，而對(duì)于徑流年內(nèi)變化及其與氣候特征之間的關(guān)系研究上相對(duì)缺乏。從徑流月度變化上分析烏魯木齊河徑流及氣候之間的相關(guān)性，可為該地區(qū)環(huán)境保護(hù)、水利建設(shè)提供參考。

1 烏魯木齊河流域概況

烏魯木齊河流位于天山北麓，河流總長(zhǎng)超過200 km，寬度在25～50 km之間。該河流從英雄橋水文站流出后到山前平原地區(qū)，在水文站前河流平均徑流量為2.4×108m，氣候變化主要體現(xiàn)在高山冰雪區(qū)（平均氣溫為零下6℃，降雪量占75%）、高山凍土區(qū)域（平均氣溫為零下3℃到1℃之間變化，降雪量為50%）、高山寒溫區(qū)（平均氣溫0～4℃，降雪量為25%，降水量為500 mm）[1]。

2 徑流與氣候年內(nèi)相關(guān)性分析方法

對(duì)該河流流域內(nèi)的數(shù)據(jù)分析得出，英雄橋水文站設(shè)置在烏魯木齊河出山口處。本研究采用水文站中的5個(gè)氣象站點(diǎn)的降水情況對(duì)該流域進(jìn)行了分析，主要采用的氣象數(shù)據(jù)為1993年到2012年的數(shù)據(jù)情況。

2.1 徑流與氣候年內(nèi)變化分析

河流徑流變化與降水之間的相關(guān)性分析方法：用逐月降水量對(duì)年內(nèi)降水量集中度的反應(yīng)評(píng)價(jià)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，各分量和為年降水量百分?jǐn)?shù)，而集中期則指的是降水的向量總和之后的方位情況，其反映了全年徑流量集中出現(xiàn)的時(shí)間，表示方式為365 d的日分量和的比值正切角度。徑流變化隨著月份、年代變化，且具有差異性[2]。如對(duì)于徑流量的分析，其將月徑流量作為向量，月徑流程度為向量長(zhǎng)，月份為向量方向。

河流徑流變化與氣溫之間的相關(guān)性分析方法：該流域徑流變化與降水、熱量有關(guān)，而熱量條件表示為正積溫，其表示冰雪消融時(shí)期溫度超過0℃的積溫情況，積溫越大，則熱量越多，冰雪融化量越大，使得河流徑流越多。

2.2 氣候?qū)搅饔绊懚糠治?/h3>

利用相關(guān)分析對(duì)降水、氣溫等氣候條件在徑流變化中的影響進(jìn)行分析。

相關(guān)分析方法是利用數(shù)學(xué)分析法對(duì)兩個(gè)對(duì)等數(shù)列中的關(guān)聯(lián)程度、方向進(jìn)行測(cè)定的一個(gè)抽象數(shù)值，這個(gè)數(shù)值就是相關(guān)系數(shù)[3]。這種分析方法能夠?qū)σ蛩亻g列陣進(jìn)行比較，其對(duì)于用數(shù)據(jù)初始值來改變?cè)新?lián)系具有重要作用，計(jì)算公式如下：

公式中的xˉ，yˉ均為樣本數(shù)列平均數(shù)，r為兩者之間相關(guān)性統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，其值在±1之間，r值越接近1，兩者的相關(guān)性越大。

3 分析結(jié)果探討

3.1 徑流年變化情況

表1 烏魯木齊河各月徑流與年徑流量的百分比

結(jié)合表1可發(fā)現(xiàn)，流域內(nèi)月徑流與年徑流量的百分比情況中，徑流年內(nèi)分配程度不均。徑流集中在夏季6～8月份，貢獻(xiàn)率超過60%，其他月徑流普遍較小，各年的最大徑流普遍位于7月份，導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的原因就是降水量的年內(nèi)分配不均。

烏魯木齊河流域英雄橋水文站中的數(shù)據(jù)顯示見圖1，該流域內(nèi)徑流年內(nèi)分配不均，徑流量動(dòng)最低量。2月份其逐漸增加到7月后達(dá)到最大量，然后從8月開始遞減到12月最小量[4]。而該流域徑流年級(jí)變化降水集中程度見圖2，從1993～2013年減稅集中程度，整體呈下降趨勢(shì)。

圖1 英雄橋水文站徑流月變化情況

圖2 河流1993～2013年降水集中程度變化情況

3.2 氣候變化情況對(duì)徑流影響

降水變化對(duì)河流徑流的影響分析。對(duì)該流域的5個(gè)氣象站點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算其月降水量情況得到：流域內(nèi)降水情況與徑流量變化情況相同，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，降水量與徑流量變化一致，表明降水量變化對(duì)于河流徑流變化影響成正相關(guān)[5]。而關(guān)于徑流對(duì)降水的時(shí)滯分析主要是將降水的集中期與其徑流做對(duì)比，如圖3所示，該流域徑流降水集中期變化成上下趨勢(shì)波動(dòng)，隨時(shí)間變化其逐漸向后推移。而從時(shí)間上來看，降水集中期主要分布在6月份，并成前移趨勢(shì)。因此，從整體上來看，徑流明顯較降水滯后，時(shí)間大約為一周左右，且滯后時(shí)間變化逐漸擴(kuò)大。

圖3 流域內(nèi)徑流變化與降水集中期變化對(duì)比情況

氣溫變化與河流徑流之間的關(guān)系分析，如圖4所示。河流徑流多年平均氣溫的月變化呈拋物線形狀變化，從1月到12月的氣溫最大值位于7月，氣溫從1月到7月逐年上升，7月后到12月逐漸降溫，徑流量與氣溫變化趨勢(shì)一致。

圖4 流域內(nèi)氣溫變化與徑流變化情況

3.3 結(jié)果討論

對(duì)于氣候與水文變化的分析結(jié)果是非線性的，尤其是在不受到人類活動(dòng)干預(yù)的情況下進(jìn)行的分析。但是，這對(duì)于真實(shí)的相關(guān)性不具有確定性的結(jié)果。文中采用的數(shù)據(jù)對(duì)于水文和氣候研究而言相對(duì)缺乏，結(jié)果不具有信任性，且流域徑流變化影響因素除了受到氣候、降水的影響外，還有地下水補(bǔ)給、人類活動(dòng)等因素。因此，需要更深入的條件對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析工作。

4 結(jié)論

通過對(duì)烏魯木齊河徑流與氣候變化的年內(nèi)相關(guān)性分析得出：該河流徑流年內(nèi)分配不均，河流徑流以及該地降水主要集中在1993年～2012年6月后期，且徑流對(duì)降水存在滯后反應(yīng)，滯后時(shí)間逐年上升。該流域內(nèi)溫度年內(nèi)變化程度較大，月徑流與天山雪融期的氣溫變化成指數(shù)增加。因此，降水、氣溫等氣候條件對(duì)烏魯木齊河徑流變化影響較大，其中降水條件影響較為明顯，相關(guān)性分析更加明顯。

[1]黃鋒華,黃本勝,邱靜,趙吉國(guó),劉達(dá).氣候變化對(duì)北江流域徑流影響的模擬研究[J].水利水電技術(shù),2018,49(01):23-28.

[2]張翠榮.氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)東魚河流域徑流影響的探析[J].水資源開發(fā)與管理,2017,13(07):66-69.

[3]聶曉,丁玲玲.CMIP5RCP情景下漢江上游流域徑流對(duì)氣候變化的響應(yīng)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,45(02):76-79.

[4]劉劍宇,張強(qiáng),鄧曉宇,慈暉,陳曉宏.氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)鄱陽(yáng)湖流域徑流過程影響的定量分析[J].湖泊科學(xué),2016,28(02):432-443.

[5]吳麗,張愛靜.氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)大凌河上游流域徑流的影響[J].水利水電科技進(jìn)展,2016,36(02):10-15.