开都河流域汛期径流量演变研究
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摘 要：根据1982—2017年汛期（5—9月）大山口水电站水文资料及巴音布鲁克气象站降水、气温资料，运用数理统计、累积距平分析等方法研究了开都河径流量与降雨量的变化。结果表明，汛期开都河径流量与降水、气温呈明显正相关，且开都河径流量随时间呈现出增长趋势;汛期降水量是影响开都河径流量的最主要因子，但降水量对径流量的补给在相对减少，而气温的升高导致冰雪融水影响径流量增多;虽然随着时间人为活动呈逐渐增加状态，但2006—2017年期间对径流量的影响程度逐渐减少，说明开展修复与保护当地生态环境的措施，已取得了一定成效。
关键词：开都河流域;径流量;降水;气温
中图分类号：S16 文献标识码：A
DOI：10.19754/j.nyyjs.20200430044
20世纪以来，全球气候变化异常，引起水文循环的变化，已有研究显示，气温与降水的变化对干旱地区河流流域径流的影响很大[1]。而新疆地处中纬度欧亚大陆腹地，其水资源十分紧缺，随着人口增长、社会经济的发展，对水需求程度逐渐增加，因此亟待更深入的研究水资源变化，以更好地可持续发展利用。开都河是天山南坡水量比较丰富的河流之一，全长530km，平均年径流量33.62×108m3，其总水量的70%以上产于巴音布鲁克山区，而开都河又占巴州地表水量的41%[2]，因此开都河又被称呼为巴州的母亲河。目前，已有一些有关开都河流域径流变化的研究，张玉娜等[3]、王倩[4]、韩鑫等[5]、王维霞等[6]先后从不同角度对开都河流域气候变化对径流量变化的影响进行了研究。然而考虑到气候变化和人类活动是影响径流时间序列变化的2大因素[7]，造成径流量变化有一定的人为影响因素。因此，本文在上述研究的基础上，采用较长径流时间序列，结合开都河天然径流量模拟及流域各时期人类活动变化，以期进一步揭示开都河径流量的演变特征，以便开都河流域水资源能科学合理开发，有效促进当地经济社会可持续发展。
1 资料与方法
1.1 数据资料
由于开都河每年5—9月的径流量占年水量的65%以上，而巴音布鲁克山区5—9月的平均雨量占全年雨量的87.38%，与河流径流量的季节分布基本一致，因此本文选择的1982—2017年5—9月的月均径流量、月均降雨量、月均气温等研究资料主要来自基层水文站大山口水文观测站和国家基本气象站巴音布鲁克气象站，气象水文数据都经过了严格的质量控制，用于分析降雨量对开都河径流量的影响具有代表性。
1.2 研究方法
1.2.1 径流量模拟方程
目前，多位学者已对河流径流量演变特征[8]、径流量变化及其影响因素[9，10]、径流量演变模型构建[11-14]等有所成果。运用上述研究成果可知在纯自然状态下，区域气候变化对地表径流量的影响是相对稳定的，区域内地表径流的减少与气候参数之间存在稳定的比例关系，故可用水量平衡模型来评估自然因子对地表徑流量的影响[15]。Rogger等[16]、傅国斌等[17]以统计建模的方式建立了径流R与降水P、气温T之间的线性关系：
由图1可得，开都河各月均径流量开都河模拟的天然月均径流量和实测月均径流量变化趋势具有同步性，均随时间推移呈缓慢增长趋势，每年的6—8月为开都河径流量的高峰期。1994年后，出现径流量实测值远高于模拟值，而在2006年以后，模拟月均径流量则逐步高于实测值，并且开都河径流量呈现出逐渐增长趋势。
从图2可知，将月均径流量、月均气温和月均降雨量与历年各月均值对比分析得到各年相对变率（距平百分率），发现气温相对变率波动较为平稳，呈稳步增长趋势，而径流量和降雨量突变波动较多，且两者相对变率变化波动相似，当径流量大幅度增加时，降雨量也呈剧烈增长趋势，这进一步说明开都河径流量变化主要受降水波动的影响，而气温变化对径流量变化影响较弱。
在1982—1993年，月均径流量相对变率均值为-12%，月均降雨量相对变率均值为-9.6%，月均气温相对变率均值为-6.3%，这表明该期间降雨量、径流量及气温均处于较低状态，且径流量比降雨量减少的多。而在1994—2005年，月均径流量相对变率均值为11.3%，月均降雨量相对变率均值为0.6%，月均气温相对变率均值为1.8%，这表明该期间降雨量、径流量及气温均处于增加状态，但径流量增加明显。在2006—2017年，月均径流量相对变率均值为0.8%，月均降雨量相对变率均值为9%，月均气温相对变率均值为4.5%，这表明该期间降雨量、径流量及气温依然均处于增加状态，但降雨量增加明显，并且气温升高也较为明显。
2.2 人为活动对径流量的影响
据公式（2）得出的η值变动趋势点，绘出1982—2017年人为活动对开都河地表径流量的影响程度（图3）。
由图3来看，在不同年份，由于自然、人为活动双重因子对河流的影响程度不同，开都河径流量变化速率也不同。在1982—1994年，人为活动对开都河径流量的平均影响程度为-9.83%（负值表示人类活动使河流径流量增多），但在1994—2005年，人为活动对开都河径流量的平均影响程度为5.26%，尤其是1998—2003年期间，平均人为影响程度达到16.42%，但在图2中得出，该期间降雨量增加不多，而径流量增加明显，因此其原因可能与温度升高导致冰雪融水有关。在2006—2017年，影响程度减少到-4.9%，这可能与政府进一步改善养殖、矿业发展方法，严格落实生态保护措施有关，表明生态保护与恢复卓有成效。总体来看，虽然人为活动对开都河径流量的平均影响程度为-3.16%，但随着时间人为影响程度依然处于缓慢增加状态，表明修复与保护当地生态环境还需要继续开展。
3 结论
通过模拟天然径流量与实测径流量对比，发现在1982—2017年期间，径流量与降雨、气温呈明显正相关，开都河径流量随时间呈现出增长趋势，且整体变化相对稳定。 在1982—1993年期间，降雨量与径流量的相对变率差值为2.4%，自1994年后，降雨量与径流量的相对变率差分别为-10.7%与8.2%，这说明该流域降雨量对径流量的补给在相对减少。
通过分析人为活动对开都河径流量的影响，发现1994—2005年期间，人为活动对开都河径流量的影响程度增高，但径流量增加明显，说明该期间开都河流域因气温升高导致冰雪融水的影响程度增加。
随着时间人为活动呈逐渐增加状态，但在2006—2017年期间，人为活动对开都河径流量影响程度却减小，这说明开都河流域在人为活动的各种修复与保护当地生态环境的措施下，取得了一定的成效。
参考文献
[1] 王国庆，张建云，刘九夫，等.中国不同气候区河川径流对气候变化的敏感性[J].水科学进展，2011，22（5）：307-314.
[2]陶辉，王国亚，邵春，等.开都河源区气候变化及径流响应[J].冰川冻土，2007，29（3）：413-417.
[3]张玉娜，徐长春，李卫红，等.开都河流域气候变化特征及其对径流的影响[J].中国水土保持科学，2014，12（1）：81-89.
[4]王倩.开都河流域近50年径流变化特征及对气候变化的响应[D].青岛：山东科技大学，2015.
[5]韩鑫.GIS支持下开都河流域水文特征定量分析[D].成都：四川师范大学，2014.
[6]王维霞，王秀君，姜逢清，等.开都河流域上下游过去50a气温降水变化特征分析[J].干旱区地理（汉文版），2012，35（5）：746-753.
[7]张一驰，周成虎，李宝林.基于Brown-Forsythe检验的水文序列变异点识别[J].地理研究，2005，24（5）：741-748.
[8]苏念良，马文进，蔡文彦，等.窟野河水文特性分析[J].水資源与水工程学报，2007，18（2）：65-68.
[9]聂树人.榆林地区河流径流的基本特征[J].河南大学学报（自然科学版），1983（1）：52-58.
[10]汪丽娜，王勇，高鹏，等.黄土高原粗泥沙集中来源区水沙变化特征及趋势性分析[J].水土保持通报，2008，28（2）：11-16.
[11]赵晓坤，王随继，范小黎.1954—1993年间窟野河径流量变化趋势及其影响因素分析[J].水资源与水工程学报，2010，21（5）：32-36.
[12]刘二佳，张晓萍，张建军，等.1956—2005年窟野河径流变化及人类活动对径流的影响分析[J].自然资源学报，2013，28（7）：1159-1168.
[13]邢肖鹏，张文忠，唐芳芳，等.月水量平衡模型在窟野河流域的水文模拟[J].水资源与水工程学报，2012，23（6）：73-78.
[14]柳丽英，张静.乌兰木伦河流域产流产沙模型研究[J].水土保持学报，1997（2）：75-83.
[15]刘晓琼，刘彦随，李同昇，等.高强度能源开发区河流径流量演变及其减流成因——以窟野河为例[J].兰州大学学报（自科版），2014（3）：299-304.
[16]Roogger R，Paul W E. Eects of a carbon dioxide induced climate change on water supply in the Western United State[M]. Washington D C：National Acodeiny Press， 1983.
[17]傅国斌，刘昌明.全球变暖对区域水资源影响的计算分析——以海南岛万泉河为例[J].地理学报，1991（3）：277-288.
（责任编辑 周康）
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