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(河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇南京210098)

尼洋河位于西藏自治區(qū)的東南部、雅魯藏布江中下游的左岸，是雅魯藏布江的五大支流之一，由于處于獨(dú)特的位置及流域大小合適，既受到來(lái)自印度洋暖濕氣流作用又有高原山區(qū)獨(dú)特的冰雪水文作用，尼洋河一度成為高寒區(qū)流域水循環(huán)規(guī)律及其演變機(jī)理研究的熱門(mén)區(qū)域，尤其是氣候變化背景下氣溫、降水、融雪、徑流等水文要素變化的研究。

達(dá)瓦次仁等通過(guò)基礎(chǔ)水文資料的分析探究尼洋河洪水頻發(fā)的原因[1]。張顯揚(yáng)等基于混合線(xiàn)性回歸模型的黑箱子模型方法建立尼洋河流域的水文預(yù)報(bào)模型，但整體精度只達(dá)到作業(yè)預(yù)報(bào)精度要求水平[2]。李朝霞通過(guò)層次分析法構(gòu)建水資源可持續(xù)利用指標(biāo)體系，對(duì)尼洋河流域的水資源可持續(xù)性利用進(jìn)行了系統(tǒng)分析[3]。關(guān)于降水插值方面,楊慶等對(duì)中國(guó)地區(qū)降水變化趨勢(shì)與海拔高度關(guān)系進(jìn)行了初步探究，為中國(guó)各流域中降水與海拔關(guān)系提供了參考[4]。辜智慧等以錫林郭勒盟為研究區(qū)域探究了氣象觀(guān)測(cè)站點(diǎn)稀疏地區(qū)的降水插值方法，在降水與地形的基礎(chǔ)上結(jié)合地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，使得降水插值效果更佳[5]。孫琪利用逐步插值法研究長(zhǎng)江中上游降水空間分析，通過(guò)降水與影響降水的各種因素建立函數(shù)關(guān)系，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行分割逐個(gè)計(jì)算降水，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行驗(yàn)證，得到較高的降水插值結(jié)果[6]。對(duì)尼洋河進(jìn)行水文模擬需要建立在降水、蒸發(fā)、氣溫等基本水文要素基礎(chǔ)之上，由于尼洋河流域水文氣象站點(diǎn)較少，建立合理的降水插值方法對(duì)流域水資源分析、水文模擬預(yù)報(bào)有重要的作用。本文通過(guò)參考其他地區(qū)降水空間插值方法基礎(chǔ)之上，建立符合尼洋河流域自身降水插值方法。

1 尼洋河降水徑流關(guān)系

尼洋河位于藏東南地區(qū)，屬于青藏高原地區(qū),是雅魯藏布江中游的1條較大支流[7]，由于來(lái)自印度洋的水汽可以沿著雅魯藏布江大峽谷溯源而上，使得尼洋河流域降水充沛，水資源豐富，具有極大的開(kāi)發(fā)價(jià)值。目前尼洋河流域水文站點(diǎn)較少，能夠利用具有長(zhǎng)期記錄的水文數(shù)據(jù)只有巴河橋、工布江達(dá)、更張3個(gè)水文站及林芝氣象站。尼洋河全長(zhǎng)307.5 km，流域東西長(zhǎng)約230 km，南北平均寬約110 km，流域形狀呈長(zhǎng)葉條狀，面積1.767 9萬(wàn)km2，落差達(dá)2 000多米，平均坡降達(dá)為7.4%，尼洋河沿著河谷自西向東南方向流。其源頭為古冰川融水，海拔高度在5 000 m左右[7]。

尼洋河發(fā)源于西藏自治區(qū)米拉山西側(cè)的錯(cuò)木梁拉山，向東南方向流，在林芝縣的則們附近匯入雅魯藏布江(圖1)。尼洋河支流間縱橫交錯(cuò)，較大支流有白曲、娘曲、巴朗曲、巴河、則弄、普布弄巴等。其中巴河是最大的一個(gè)支流,在尼洋河左岸中游,河長(zhǎng)約100 km,流域面積為4 198 km2，占尼洋河流域面積的23.9%，于巴河橋匯入尼洋河。

圖1 尼洋河流域地形及站點(diǎn)分布

根據(jù)站點(diǎn)的降水?dāng)?shù)據(jù)及工布江達(dá)、巴河橋、更張站(其中更張站流量數(shù)據(jù)與尼洋河口流量存在0.95倍關(guān)系)記錄的流量，通過(guò)表1發(fā)現(xiàn)3個(gè)站點(diǎn)的降水徑流關(guān)系明顯不符合徑流系數(shù)，這說(shuō)明河谷地帶的降水不足以使尼洋河的徑流達(dá)到如此規(guī)模，降水明顯小于徑流，即使通過(guò)泰森多邊形法插值，也無(wú)法滿(mǎn)足降水徑流關(guān)系，所以需要利用其他降水影響因素來(lái)模擬流域降水分布規(guī)律。

由于尼洋河水文站點(diǎn)均位于尼洋河河谷地帶，尼洋河海拔在2 864～7 266 m之間海拔高差大，通常情況下，自然條件比較均一的山地，降水量一般都是隨著海拔的升高而逐漸增加，某一高度達(dá)到最大值，后再隨著海拔的升高而降低[8]。影響降水的因素主要有大氣環(huán)流、水汽環(huán)流、地形、山脈、氣溫等[9]，本文由于受資料限制，著重探究降水與海拔高差的關(guān)系，將其他影響因素通過(guò)參數(shù)來(lái)概化。

由于尼洋河流域站點(diǎn)較少，通過(guò)建立降水要素與空間變量間的關(guān)系方程，用回歸分析方法[10]建立降水與地理海拔影響因子間的關(guān)系。由于尼洋河流域?qū)涤甑闹饕绊懸蜃邮呛０?，其他影響因素可統(tǒng)一歸總到參數(shù)中初步確立降水插值模型。

Pi=P(Zi,λi)

(1)

式中i——分區(qū)號(hào)；Zi——高程；λi——參數(shù)。

2 流域降雨插值的建立

由式(1)可知，要建立各區(qū)域降雨關(guān)系，首先利用ARCgis將流域按照河流級(jí)別分為13個(gè)區(qū)域，相同顏色的區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)等級(jí)相同。顏色相同部分為一個(gè)區(qū)域(圖2)。

圖2 尼洋河流域分區(qū)

利用ARCgis計(jì)算各分區(qū)的平均高程及面積占比，通過(guò)圖3可以利用比例關(guān)系計(jì)算各區(qū)域海拔和面積，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)流域所處地理環(huán)境，及參考以往研究建立降雨插值公式，尼洋河流域年降水量遞增率在15 mm/100m左右[11]，在海拔高差較大的流域降水不僅與地理位置有關(guān)，而且與迎接水汽坡向海拔高度有關(guān)，一般隨著海拔高度的增加先增加后減少，呈開(kāi)口向下的拋物線(xiàn)型。

表1 尼洋河流域未經(jīng)插值的降水徑流關(guān)系

圖3 尼洋河流域各分區(qū)像素點(diǎn)個(gè)數(shù)

由于建立曲線(xiàn)模型需要更多更精確的資料，所以本文概況成線(xiàn)性模型，但必須使得降水量大致一樣，達(dá)到降水徑流平衡。在不同條件下，各因素的作用有所不同，其間關(guān)系極為復(fù)雜[10]。利用概化參數(shù)來(lái)體現(xiàn)其他降水因素的作用，一般降水主要與大氣中的水汽含量及氣溫有關(guān)，水汽含量和氣溫隨著海拔的升高而減少，而使水汽更好地凝結(jié)就必然存在1個(gè)臨界值，可以認(rèn)為某一高度帶對(duì)降水貢獻(xiàn)率較大。由此可以得出水汽含量及氣溫受到海拔高度的影響最大，海拔高度是影響降水的主要因素。但由于尼洋河流域站點(diǎn)較少，要建立復(fù)雜的降水?dāng)?shù)學(xué)模型是困難的，需要更精細(xì)的數(shù)據(jù)支撐，在今后流域建立更多水文觀(guān)測(cè)站時(shí)，可以進(jìn)一步完善。

表2 尼洋河流域各分區(qū)面積及高程

本文通過(guò)降水與高程的關(guān)系及考慮其他綜合因素的影響建立如下降水分布的概化數(shù)學(xué)模型：

Pi=[(Zi-Z0)×0.15+P0]×(1+α)

(2)

式中Pi——分區(qū)降水量，mm；Zi——區(qū)域平均高程，Z0起算點(diǎn)即水文站觀(guān)測(cè)點(diǎn)高程，m；P0——起算水文站點(diǎn)降水量，mm；α——綜合影響參數(shù)，結(jié)合中國(guó)高原山區(qū)降水影響因素作用，取0.5。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。從中可以看出降水P大于徑流深R，徑流系數(shù)處于0.60～0.74,通過(guò)參考全國(guó)徑流系數(shù)分布圖(圖略)，其基本符合流域?qū)嶋H情況，初步滿(mǎn)足降水徑流平衡。

表3 尼洋河流域出口徑流深～降水比較

通過(guò)地理國(guó)情監(jiān)測(cè)云平臺(tái)下載1985—2012年西藏地區(qū)多年平均降水量空間分布柵格數(shù)據(jù)，尼洋河流域年降水量分布處在1 500 mm左右。通過(guò)插值計(jì)算的2000—2008年年平均降水量為1 674 mm，與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基本吻合，也證明計(jì)算結(jié)果具有可靠性。

3 結(jié)論

通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)尼洋河流域進(jìn)行降水插值使得流域基本達(dá)到了降水徑流平衡，2000—2008年的平均徑流系數(shù)為0.67，參考全國(guó)徑流系數(shù)分布圖中尼洋河地區(qū)徑流系數(shù)，符合尼洋河流域?qū)嶋H情況，說(shuō)明該方法具有一定的實(shí)際意義，為后續(xù)水文預(yù)報(bào)及模型的基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)輸入打下基礎(chǔ)。

尼洋河流域處于藏東南降水充沛地區(qū)，通過(guò)降水插值得到多年平均降水量達(dá)1 674 mm，年徑流量大，尼洋河干流及支流巴河規(guī)劃建設(shè)9個(gè)梯級(jí)電站，裝機(jī)容量31.5萬(wàn)kW，是藏中電網(wǎng)的重要能源基地之一，具有極大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[12]，為科學(xué)利用尼洋河水資源提供重要參考。

由于采用河網(wǎng)分級(jí)劃分流域，將整個(gè)尼洋河流域作為一個(gè)整體進(jìn)行計(jì)算，不能一次性計(jì)算工布江達(dá)站和巴河橋站降水徑流關(guān)系，需要重復(fù)將兩站所控制的流域劃分出按照上述方法重新進(jìn)行計(jì)算，參數(shù)的設(shè)立建立在參考其他相似流域的基礎(chǔ)上，模型概化較強(qiáng)，缺乏更詳細(xì)的水文基礎(chǔ)資料。但隨著流域水文站點(diǎn)的增設(shè)，以后可以建立更精細(xì)的降水插值模型甚至可以利用泰森多邊形法。