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1、精品论文大集合新疆奎屯河流域径流时序变化特征分析1徐东泽，王晓峰，叶茂，杨晓娟，刘小超 新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐 (830054) E-mail: 摘要：研究河川径流的时序变化特征对径流水资源的合理开发与可持续利用具有重要意义。根据奎屯河流域各河流水文站 19592006 年 48 年径流量资料，采用多种径流统计分析 方法对流域内各河流年内和年际变化进行分析。结果表明：奎屯河流域内各河流年内分配极 不均匀，集中度在 56%60%之间；各河流径流的年际变化呈现增加趋势，通过 Kendall 检 验也表明这种变化非常显著。而且径流的年际变化变差系数均在 0.1280.156 之
2、间，说明奎 屯河流域河流径流量年际变化很小。因此可以认为奎屯河流域各河流径流年际变化呈现稳定 递增。也这与近年来新疆气候变化相吻合。 关键词：径流；年内分配；年际变化；奎屯河流域；新疆中图分类号：TV121+.4地表径流是全球水循环的重要环节和组成部分，它的形成受到局地的气候和地形等因素 的影响1。同时，地表径流也是可利用水资源的重要组成部分，因此，明确河川径流的时序 特征与空间分布规律关系到对水资源的合理开发与可持续利用2。奎屯河流域是天山北坡重要的地表水系，其水资源的开发利用与该流域经济的可持续发 展有着密切的关系。目前，奎屯河流域存在着水资源浪费严重、开发粗放等问题，致使奎屯 河流域农田
3、盐碱化严重，农业产量降低，而且挤占了下游生态用水，目前由于农业灌溉量的 增加，已无水量注入艾比湖，造成流域下游和艾比湖湖区沙漠化加重3、4、5。1. 研究区概况奎屯河流域位于新疆天山北坡中部准噶尔盆地西南缘，乌鲁木齐以西 220km。流域东以吐尔条 沟与沙湾县的巴音沟河流域为界，西与精河县托托河流域接壤，南靠天山分水岭与伊犁喀什河流域相 邻，北接准噶尔盆地界山玛依尔力山和扎伊尔山分水岭。东西长 160 km，南北宽 240km，地理坐标 为 832200E854700E， 433000N470400N，流域总面积 2.83104km2（图 1）。奎屯河流 域地形地貌以奎屯河下游河段为界分为南、
4、北两部分。总趋势是南高北低，东高西低。奎屯河流域地 处欧亚大陆腹地，远离海洋，属大陆性北温带干旱气候，是新疆北部光热量最丰富、无霜期最长的地 区之一。气候特点是夏季炎热，冬季严寒，降水稀少，多年平均降水量为 160mm，蒸发量大，多年 平均蒸发量 1980mm。空气干燥，日温差变化大。流域内夏季有干热风、沙尘暴和浮尘天气等自然灾 害发生。奎屯河流域内主要有奎屯河、四棵树河、古尔图河与诸多小河等水系，其中 80%以上水量集 中在前三条河流的山区。1本课题得到新疆师范大学研究生科技创新基金、新疆高校自然科学基金重点项目(XJEDU2005L22)的资助。- 2 -图1.奎屯河流域位置与水系图Fig
5、.1 Position and Stream system of the KuiTun Basin2. 数据获取与研究方法2.1 数据获取本文以奎屯河流域内的奎屯河、四棵树河和古尔图河各水文站 1959 年2006 年径流量 时间序列数据为材料进行研究。所选取各河流水文站详细资料见表 1。表 1 奎屯河流域各河流水文站简况Tab.1 Summary of the hydrology stations in the KuiTun basin河流及水文站东经(E)北纬(N)海拔高度m集水面积km2加勒果拉8442440710501910特门水库8436435719901453奎屯河将军庙水库844
6、2440312701765加勒果拉8444440710501910老渠首84474419715四棵树河吉勒德840244101050921古尔图河渠首阿秀果勒8347833944154411930149010533302.2 研究方法本文采用集中度、集中期、峰型度与年丰枯率、变差系数等多种水文统计参数,分析奎 屯河流域各河径流的年内分配特征2、7；采用 Kendall 检验法对径流趋势特征进行检验2、9。（1）集中度与集中期将月径流量看作向量，径流量大小为向量的长度，以 1 月份月径流向量所在位置作为 0， 后续各月按 30等差角度递增表示向量方向。12 个月的月径流分向量组成合成向量，以合成
7、 向量的大小和方向来表示各月径流分矢量和的总效应，集中度(Cn)是合成向量的大小与年平 均径流量(Q)的比值，集中期(D)是合成向量的方向与零度向量(1 月份向量)的夹角，近似表示了 1 年中最大径流量出现的时间。12- 3 -R x =R y =i = 112i = 1ri sin iri cos i（1）（2）R =C n=22RR+xyR 100 %Q（3）（4）R D = arctanyR x（5）式中:ri 和 i 为月径流向量的大小和方向；Rx、Ry 为 X、Y 方向合成向量；R 为合成总向量。（2）峰型度（）和年丰枯率（）： = W4 - 6 /W 7 - 9（6） = W6 1
8、0/ W11 5（7）峰型度计算式中：W4-6 为 46 月径流总量；W7-9 为 79 月径流总量；年丰枯率的计算式本： W6-10 为 6-10 月径流总量；W11-5 为 11翌年 5 月径流总量；年丰枯率的一般计算工为 4-9 月（丰水季节）径流量与 10-3 月（枯水季节）径流量之比，但考虑到本流域主要河流的丰 枯季节分别为 6-10 月和 11-5 月8，故对计算式进行适当调整。（3）Kendall 秩次检验 在分析流域径流量年际变化时,选择水文时间序列趋势分析中广泛应用的 Kendall 秩次检验的方法来说明流域年径流量的变化趋势。Z c =T Var(T )（8）Var(T )
9、 =2 ( 2 n + 5)9 n (n 1)(9)T4 Pi(10)= n (n 1 ) 1在 Kendall 秩次检验中,若统计量|Zc|Z(1-/2),则认为时间序列没有显著的变化趋势;否则,表明 序列有显著变化趋势。3. 结果与分析3.1 径流年内分配特征集中度和集中期是用逐月实测径流反映年径流量的集中程度和最大径流量出现的时段， 集中度越大，径流出现的时间越集中，反之则径流出现的时间越分散;而集中期则是一年当 中最大径流量出现的时间。以奎屯河加勒果拉站、四棵树河吉勒德站和古尔图河渠首站为例， 分别进行多年平均径流量分别为 6.592108m3、2.978108m3 和 3.61410
10、8m3。通过多年月平 均径流进行统计分析，径流集中度分别为 58.86%、59.69%、56.38%，全年最大径流日都出现在 9 月中旬（表 2）。- 7 -径流量（108m3)2.0奎屯河加勒果拉站 四棵树河吉勒德站 古尔图河新渠首站1.51.00.50.01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12图2 奎屯河流域径流年内分配 月份Fig.2 Monthly distribution of annual discharge in the KuiTun rive奎屯河流域内各条河流均属于冰雪融水、雨水和地下水混合补给的河流3，径流的年内 分配不均匀，变幅较大（图 2）。这是因为径流的
11、季节分配与降水和气温的季节性集中有关，奎屯河流域降水主要集中在夏季，高山冰雪融水也在夏季补给河流。表 2 奎屯河流域各河流径流集中度、集中期、丰型度和年丰枯率Tab.2 Concentration ratio,concentration period,kurtosis,wet-dry transformation ratio河流名站不均匀系数集中度(%)集中期()最大径流日峰型度年枯丰率奎屯河加勒果拉0.99858.86196.77 月 17 日0.3274.221四棵树河吉勒德1.02859.69199.37 月 20 日0.2734.777古尔图河渠首0.95656.38199.37 月
12、20 日0.3013.725峰型度 与年丰枯率 从另一角度反映不同补给来源的径流年内分配情况， 反映了河川径流总量中季节积雪融水量与高山冰雪融水量加上雨水量的比值，其实质上是积雪融水补 给量占年径流总量的比例。以高山冰雪融水或雨水补给量占年径流总量比例越大， 值越小。 表 3 中给出了经计算奎屯河流域内三条主要河流的 值和 值。其中奎屯河流域的 值远远 小于新疆其他地区，如呼图壁河 值为 0.45、阿尔泰和准噶尔盆地西部山区的 可达 2.04.07，说明奎屯河流域内各河属于高山冰雪融水和雨水混合补给的河流。 实质上是汛期与 非汛期径流总量的比值，也是地下水补给量占年径流总量比例大小的指标。奎屯
13、河流域内的 值明显低于新疆其它河流，如阿克苏河(=6.40)和呼图壁河(=7.01)7 ，这可能与奎屯河流 域降水的年内分配有关，如吉勒德站多年平均最大月降水为最小月降水的 9.1 倍,4-9 月降水总量为 10-3 月降水总量的 3.65 倍，这表明降水也是奎屯河流域的主要补给形式之一，而且对径流的年内分配影响很大。三条河多年平均最大月径流与最小月径流之比，都在 1113倍之间。3.2 径流多年变化特征奎屯河流域内各条河流径流年际变化很小（见表 3），对奎屯河的四个水文站的和古尔 图河的两个水文站的多年径流序列进行计算，变差系数（Cv）值最大的是奎屯河老渠首（0.156），最小的是奎屯河特门
14、水库站（0.128），说明其奎屯河与古尔图河的径流年际变化非常稳定。而四棵树河的径流年际变化变差系数为 0.139，同样表现为稳定变化6。这主要 是各种降水补给和融雪补给相互偶合的结果，在热干的年份降水小而融水量大，在相对多雨的年份融水量虽然有所下降，但降水又相对增加的结果7。年径流模比系数过程线反映了河流丰、枯水平。为反映年径流多年变化的丰、枯循环周 期,考虑年径流模比系数 K 的累积值,将曲线的纵坐标表示成(K-1)。差积曲线的上升段反映 丰水期,下降段反映枯水期。图 3 为奎屯河加勒果拉站年径流模比系数差积曲线，从图中可 以看出相应的丰、枯年变化，即曲线上升段表示丰水期，下降段表示枯水期
15、。根据母敏霞等 人8按不同设计频率标准 P 和模比系数 KP 将奎屯河流域内各主要河流的丰枯变化划分为特 丰、偏丰、平水、偏枯、特枯 5 种水平年，其中丰水年（特丰和偏丰）和枯水年（特枯和偏 枯）所占百分率都在 36%以上，平水年约为 25%。依此标准，奎屯河加勒果拉水文站年径 流丰枯变化表现出几个显著的丰枯时段：19651968、19831986、19911993 为枯水期；19691976、19871990 为平水期；19591964、19771982 及 1993 年以后为丰水期。对 奎屯河其它水文站和四棵树河吉勒德站及古尔图河渠首站的多年径流量进行丰枯分析，得到 相同的结果，故奎屯河流
16、域内各主要河流具有一致的丰枯年变周期。(K-1)0.40.0-0.4-0.8-1.2-1.6-2.0-2.41959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004图3 奎屯河加勒果拉1959-2006模比系数差积曲线 年份Fig.3 The difference accumulation curve of annual runoff Jialeguola根据奎屯河加勒果拉站和古尔图河渠首站两条河流水文站的多年径流资料显示，48 年来奎屯河与古尔图河年径流量呈增加的趋势（图 4）。而图 3 多年径流模比系数差积曲线除 了能够说明丰、枯水年分布外，也可以
17、看出：两条河在 1960 年1995 年 35 年的平均年径 流量小于 48 年的平均年径流量。因此，这也说明自 1995 年以来，两条河年径流量增加量都 比较显著。对奎屯河与古尔图河上的六个水文站的 48 年径流时序进行变化变化趋势的显著 性采用 Kendall 秩序检验法进行分析，检验结果见表 3。六个水文站的结果一致，均为显著 递增趋势，说明奎屯河流域年径流量明显增加，多年平均增加速度分别为：奎屯河0.398108m3/10a、四棵树河 0.179108m3/10a、古尔图河 0.219108m3/10a。奎屯河加勒果拉 古尔图河渠首站 四棵树河吉勒德站径流量(10 3m3)108 y奎
18、屯河 = 0.0398x + 5.71646420 y古尔图河 = 0.0219x + 3.1519 y四棵树河 = 0.0179x + 2.53841959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004图4 奎屯河、四棵树河、古尔图河多年径流变化趋势 年份Fig.4 Kuytun River, Sikeshu River,Guerteng River changing tendencies表 3 奎地河流域年径流量变化趋势检验Tab 3 Change tendency and nonparametric test of runoff in KuiT
19、un River多年平均径流量检验趋势河流水文站(108m3)标准差变差系数Zc(=0.05)奎屯河老渠首4.84 0.757 0.1562.16显著递增 加勒果拉6.56 0.952 0.1473.10显著递增 将军庙5.980.8680.1453.12显著递增 特门水库5.65 0.724 0.1283.10显著递增四棵树河吉勒德2.980.4280.1443.10显著递增 渠首3.610.5250.1453.10显著递增古尔图河阿秀果拉1.280.1850.1453.10显著递增综上所述，奎屯河流域多年径流时序变化特征为显著递增趋势，而且径流年际变差系数很小，为稳定增加。这可能是由于在全
20、球变化中，新疆气温上升结果致使冰雪消融量增加， 同时降水量也显著增加的结果11、12、13、14、15。4. 结论总结以上对数据进行的分析，可以认为：（1）奎屯河流域内各河流年内分配不均，集 中于夏季，且集中度高。（2）奎屯河流域内各河流径流变差系数很小,奎屯河流域各河流年 径流量呈现出稳定上升的趋势。尤其是 1993 年以来，进入明显的丰水期，径流量增加明显。 径流的这种变化主要受气候变化影响，在未来一定时期内可能会持续增加。参考文献1 黄锡荃.水文学M.北京:高等教育出版社.1993:81.2 蒋艳,成虎,明.新疆阿克苏河流域年径流时序时序特征分析.地理科学进展J.2005.24(1):8
21、7-96.3 方立鹤. 新疆天山北坡奎屯河流域水资源可持续发展对策研究. 中国西部科技J. 2004.10(下):36-37. 4 高寻芳,章曙明,李新贤.艾比湖流域水资源可利用量分析.水文J.2004.24(5):32-36.5 钱云.艾比湖沿岸生态环境的演变与保湖的重要意义.干旱区地理J.1996.19(1):48-52.6 井立军,高婧,井立红等.四棵树河径流量与气候影响因子分析.干旱区地理J.2007.30(4):513-518.7 白东明,李卫红,郝兴明等.新疆呼图壁河流域径流时序变化特征.中国水土保持科学J.2007.5(3):19-23.8 徐东泽,王晓峰,叶茂等.奎屯河流域径流
22、年内变化特征分析J.新疆师范大学学报(自然科学版论文集).2008.27:73-769 母敏霞 , 王文 科 , 杜东 . 新疆 天山北 麓奎 屯河流 域径 流变化 特征 研究 J. 干 旱 区资源 与环 境 .2007.21(3):50-5410 宋萌勃,郑国鸿.水文时间序列趋势分析方法初探.科技信息J.2007.27:40-41.11 于海鸣,刘建基.新疆 40 年来年平均气温变化趋势及径流响应分析.水力发电J.2007.33(5):13-15.12 施雅风 , 沈永平 , 李栋梁等 . 中国西北气 候由暖干向 暖湿转型的 特征和趋势 探讨 . 第四纪研究 J.2003.23(2):152
23、-164.13 袁玉江,何清,喻树龙.天山山区近 40 年降水变化特征与南北疆的比较.气象科学J.2004.24(2):220-225.14 袁玉江,魏文寿,何清.天山山区近 40 年冬季冬季温度变化特征.气象J.2003.31(5):12-15.15 袁玉江, 何清, 魏文寿. 天山山区与南北疆近 40 年来的年温度变化特征比较分析研究. 中国沙漠J.2003.23(5):521-526.Analysis on the characteristics of runoff in KuiTun RiverBasinXu Dong-ze, Wang Xiao-feng, Ye Mao, Yang
24、Xiao-juan, Liu Xiao-chaoGeograqhy Science and Tuor Institute, Xinjiang Normal University, Urumqi, Xinjiang（830054)AbstractStudy on river run-off changes in the timing of the characteristics of runoff is of great significance forwater resources development and sustainable use. According to river hydr
25、ological year 1959-2006 of the Kuitun River, and using a variety of methods of statistical analysis of convection run-off area rivers during the year and the inter-annual change in the analysis. The results showed that: Kuytun River region during the distribution of the river is uneven, the degree o
26、f concentration in between 56% -60%; the river run-off of the inter-annual change has been an upward trend, Kendall test also showed that these changes are very significant. The run-off and inter-annual change in the coefficient of variation between 0.128-0.156 on Kuitun River river runoff in a time
27、 when small changes. So that the Kuitun River river run-off inter-annual change has increased stability. This is alsos coincided with climate change in recent year in Xinjiang.Keyword: runoff; annual distribution; characteristics of runoff time series; KuiTun River Basin; Xinjiang作者简介：徐东泽（1979- ），男，汉族，内蒙古锡林郭勒人，在读硕士研究生，研究方向： 干旱区水资源利用。