程同福

(新疆石河子水文勘測(cè)局， 新疆 石河子　832000)

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水文水資源

天山北坡金溝河流域降水特性及變化規(guī)律分析

程同福

(新疆石河子水文勘測(cè)局， 新疆 石河子832000)

摘要：大氣降水是地表、地下水的補(bǔ)給來(lái)源，降水量的多少反映了當(dāng)?shù)厮Y源的豐枯狀況，對(duì)河流及區(qū)域水資源的形成產(chǎn)生重要的影響。采用金溝河流域4個(gè)雨量站的實(shí)際觀測(cè)降水量資料,對(duì)該流域多年降水量的年內(nèi)、年際時(shí)空變化規(guī)律及山區(qū)、出山口、平原的空間分布規(guī)律進(jìn)行了分析計(jì)算和總結(jié)。分析結(jié)果可為當(dāng)?shù)胤姥凑{(diào)度和水資源管理借鑒。

關(guān)鍵詞：時(shí)空分布；演變規(guī)律；特性分析； 金溝河流域

1研究背景

金溝河流域位于天山北麓中段、準(zhǔn)噶爾盆地西南緣，深處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，是內(nèi)陸干旱、半干旱地區(qū)。該流域地形高差變化大 (最大高差近5 000 m)，南北跨越緯度范圍較廣，具有大陸性和垂直分帶氣候特征，山區(qū)與平原區(qū)氣候差異很大。金溝河流域平原區(qū)降水較少，但山區(qū)隨高程的增加，降水量呈明顯增加趨勢(shì)，所以山區(qū)降水量較平原多，水汽主要來(lái)自大西洋的西風(fēng)氣流。西風(fēng)氣流從大西洋往東經(jīng)波德、東歐等平原直達(dá)天山山脈，中間除零星丘陵外，沒(méi)有高山阻擋，形成了一條水汽通道。新疆西部、西北部山脈，有幾處海拔較低的缺口，因此下層西風(fēng)氣流亦能進(jìn)入北疆，受天山山體的影響，來(lái)自西方和西北方的氣流在海拔2 000 m以上山區(qū)形成較多的降水。大氣降水是地表、地下水的補(bǔ)給來(lái)源，降水量的多少反映了當(dāng)?shù)厮Y源的豐枯狀況，對(duì)河流及區(qū)域水資源有著重要的影響[1-4]。

2基本資料

按《水資源評(píng)價(jià)導(dǎo)則》要求，對(duì)所收集的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行了逐站、逐年審查，發(fā)現(xiàn)水文、氣象年鑒中有部分刊印和計(jì)算方面的錯(cuò)誤。對(duì)于這些錯(cuò)誤，通過(guò)查閱原始資料的方法進(jìn)行逐一核實(shí)改正。對(duì)特大、特小值也進(jìn)行了分析考證，評(píng)價(jià)其合理性。至于觀測(cè)方面的問(wèn)題，由于站點(diǎn)稀少，地形差異較大，再加上本地一次降水量不大，對(duì)個(gè)別資料雖有質(zhì)疑也未作改動(dòng)。

通過(guò)搜集金溝河流域降水量資料統(tǒng)計(jì)，共收集到流域內(nèi)3處及流域下游準(zhǔn)噶爾荒漠邊緣地帶的1處降水觀測(cè)站點(diǎn)資料。在進(jìn)行基本資料統(tǒng)計(jì)時(shí)，由于水文站常有上、下游遷移情況，降水量觀測(cè)點(diǎn)也隨同遷移，當(dāng)遷移距離不超過(guò)10 km或兩地對(duì)比觀測(cè)資料之差不超出年降水量小的觀測(cè)點(diǎn)的±5%時(shí)，均按一站統(tǒng)計(jì)。金溝河流域選用雨量站基本情況見(jiàn)表1。

2.1資料的插補(bǔ)和延長(zhǎng)

流域內(nèi)降水觀測(cè)站資料參差不齊，資料系列較短。4個(gè)選用站共有實(shí)測(cè)資料172站年，為使各選用站資料達(dá)到1956～2014年的同步系列，本次分析評(píng)價(jià)中，對(duì)八家戶水文站、沙灣氣象站的降水量資料進(jìn)行了插補(bǔ)延長(zhǎng)，相關(guān)系數(shù)均通過(guò)信度α=0.001的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。

2.2系列代表性分析

降水量資料系列的代表性，直接影響到水資源的評(píng)價(jià)精度。因此，選擇區(qū)內(nèi)具有長(zhǎng)期觀測(cè)資料的雨量代表站，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法分析年降水量的多年變化規(guī)律及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)的穩(wěn)定性，作出分析評(píng)價(jià)，可為合理選用水文系列提供依據(jù)。

采用分段統(tǒng)計(jì)法，分析不同年代時(shí)段平均降水量的變化情況；采用年降水量模比系數(shù)差積平均、多雨期與少雨期和連豐期與連枯期統(tǒng)計(jì)分析，了解豐、枯水年變化情況；采用長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比分析法和年降水量模比系數(shù)累計(jì)平均值曲線法分析評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的穩(wěn)定歷時(shí)，從而評(píng)價(jià)短系列參數(shù)的穩(wěn)定性及其代表性。

選擇區(qū)內(nèi)具有長(zhǎng)期觀測(cè)資料的雨量代表站，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法分析年降水量的多年變化規(guī)律及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)的穩(wěn)定性；研究不同年代時(shí)段平均降水量的變化情況，采用年降水量模比系數(shù)差積平均、多雨期與少雨期和連豐期與連枯期統(tǒng)計(jì)分析，了解豐、枯水年群變化情況。

2.3資料計(jì)算

2.3.1均值的計(jì)算和確定

對(duì)經(jīng)插補(bǔ)展延具備1956～2012年同步期年降水量系列的站點(diǎn)，系列均值一律采用算術(shù)平均值，多年系列也采用算術(shù)平均值。中紅山頭水文站資料系列不滿25 a的，用比值法進(jìn)行訂正，因?yàn)檎军c(diǎn)稀少，訂正系數(shù)采用單站計(jì)算值，為1.043。再采用比值法進(jìn)行系列均值計(jì)算：

同志們，做好新時(shí)期水利財(cái)務(wù)工作使命光榮，責(zé)任重大。我們要深入貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，積極進(jìn)取，扎實(shí)工作，不斷取得水利財(cái)務(wù)工作新成效，為水利科學(xué)發(fā)展、和諧發(fā)展、跨越發(fā)展作出新貢獻(xiàn)！

(1)

其中：

(2)

2.3.2Cv和Cs值的計(jì)算和確定

首先用矩法進(jìn)行估算，然后用適線法調(diào)整確定以減小抽樣誤差。單站適線時(shí)盡可能覆蓋全部點(diǎn)據(jù)，當(dāng)配線困難時(shí)，主要考慮使中、下部點(diǎn)據(jù)擬合較好。

計(jì)算Cv值與適線Cv值相差不超過(guò)0.05，適線Cv值稍大些。而用矩法公式計(jì)算Cs抽樣誤差特大，且無(wú)規(guī)律可循，由此得出直接由資料算得的Cs值，它的抽樣誤差太大，難以應(yīng)用，故根據(jù)頻率計(jì)算適線選定Cs/Cv倍比。選用站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算成果見(jiàn)表3。

2.4各分區(qū)不同頻率年降水量

采用本區(qū)域及相鄰區(qū)域內(nèi)的雨量站資料，推求各分區(qū)逐年降水量系列。根據(jù)流域內(nèi)降水站點(diǎn)分布情況，選擇八家戶站為山區(qū)代表站；沙灣站、炮臺(tái)站為平原區(qū)代表站，分別推求出金溝河流域山區(qū)、平原區(qū)年降水量系列。依據(jù)各分區(qū)年降水量系列進(jìn)行頻率分析計(jì)算，求得各分區(qū)不同頻率的年降水量(見(jiàn)表4)。金溝河流域1956～2014年年降水量頻率曲線見(jiàn)圖1。

3降水特性

該流域內(nèi)的降水分布特征表現(xiàn)為山區(qū)多于平原，春夏季多于秋冬季，年際變化不大。

3.1降水量空間分布

金溝河流域分布在依連哈比爾尕山山脈和準(zhǔn)噶爾盆地兩個(gè)大的地貌單元上，流域最高點(diǎn)5 256 m。依連哈比爾尕山是北天山的主脈，山體高度一般在海拔4 000 m以上，山脈呈東西向排列，有利于西風(fēng)氣流的進(jìn)入。來(lái)自西方和北方的氣流在北坡遇高山阻擋抬升，水汽絕熱冷卻，在森林帶上下線中山區(qū)形成較多降水，年降水量在500 mm左右。此外，進(jìn)入伊犁河谷的西風(fēng)氣流，沿伊犁河支流哈什河谷東進(jìn)河源分水嶺，氣流抬升，翻越天山后與北坡的西風(fēng)氣流匯合，在高山區(qū)形成800 mm以上的降水高值區(qū)。降水量區(qū)域內(nèi)差異較大，山區(qū)多、平原少。各站實(shí)測(cè)多年平均降水量變化為150～400 mm。位于天山山地的八家戶水文站，實(shí)測(cè)年最大降水量528.3 mm(2012年)，32 a平均值為369.6 mm；而位于古爾班通古特沙漠邊緣的炮臺(tái)氣象站57 a平均值151.9 mm，最大年降水量為2004年的273.7 mm，最少的1967年年降水量?jī)H為60.2 mm。降水量隨海拔高度增加而增加，垂直變化明顯，高程每增高100 m，降水量增加23 mm左右。

3.2降水量年內(nèi)分配

降水的年內(nèi)分配受水汽條件和地理位置的影響，山區(qū)連續(xù)最大4個(gè)月降水量占年降水量的百分率略大于平原。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，金溝河流域降水觀測(cè)站各季降水量占年降水量的百分率為:春季占30%～36%；夏季占30%～45%；秋季占17%～23%；冬季占7%～15%。最大月降水量大約占年降水量的13.7～17.2%,出現(xiàn)在5～7月；最小月降水量出現(xiàn)在1月或2月，降水量占年降水量的2.0%～4.1%。

3.3降水量年際變化

用年降水量變差系數(shù)Cv值來(lái)表示年降水量的相對(duì)變化輻度，Cv值大，其多年變化輻度也大。金溝河流域年降水變差系數(shù)Cv值為0.22～0.35，年際變化較穩(wěn)定，平原略大于山區(qū)。降水量的多年變化若以最大年與最小年的比值來(lái)表示，金溝河流域各站最大年與最小年的比值在2.18～4.55之間，山區(qū)比值小，平原比值略大，而且倍比值有從平原至山區(qū)逐漸變小的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，流域降水量的年際變化是比較平穩(wěn)的。全流域具有自南向北，年降水量逐漸減少的趨勢(shì)。

4結(jié)語(yǔ)

金溝河降水量年際變化不大，少雨年和多雨年交替出現(xiàn)；豐、枯變化頻繁，且有連續(xù)數(shù)年降水偏多或偏少的現(xiàn)象，隨著系列年限的增長(zhǎng)，降水系列均值漸趨穩(wěn)定。對(duì)長(zhǎng)短系列對(duì)比分析表明，該流域降水量年際變化不大，年降水量系列達(dá)30 a以上時(shí)，各短系列降水量均值與長(zhǎng)系列均值誤差不超過(guò)±3%。從頻次分析和長(zhǎng)短系列參數(shù)誤差分析可知：系列n=44(1971～2014年)的年降水量系列豐、偏豐、平、偏枯、枯水5種年型出現(xiàn)頻次較接近于總體分布。

參考文獻(xiàn)：

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(編輯：李慧)

收稿日期：2016-02-16

作者簡(jiǎn)介：程同福，男，新疆石河子水文勘測(cè)局，高級(jí)工程師.

文章編號(hào)：1006-0081(2016)05-0008-03

中圖法分類號(hào)：P332.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A