新疆奎屯河流域地表水径流给付来源及变化特征分析

新疆奎屯河流域地表水径流给付来源及变化特征分析

奎屯河发源于卡隆哈比尔加山，向南流入北江支流平原。沿途，它连接着来自天山四脉和博洛科努山脉的四条木河和古尔图河。进入准噶尔盆地后，它最终流入艾比湖。但自20世纪50年代以来,由于水资源的大规模开发利用,河流出山后已逐渐被人工渠网所代替,径流全部消耗于灌区,大量灌溉和排水不畅,致使灌区盐渍化不断加剧;下游河道断流,甘家湖保护区河谷林、湿地严重退化,艾比湖水面面积萎缩。因此,研究奎屯河流域径流补给及变化规律有助于掌握地表水资源的变化特征,对于水资源的合理开发和高效利用及该区经济的可持续发展具有重要的实际意义。1流域总结1.1地形地貌及地貌奎屯河流域位于新疆天山北麓,准噶尔盆地西南部。流域干流长360km,面积1.77×104km2。地势总体为东高西低、南高北低,由东南向西北倾斜。南部为中高山区,最高峰河源海拔4909m;山前冲洪积扇顶部海拔1000m左右,到扇缘降至500m左右;北部沙漠区海拔280～350m,西北部最低280m。1.2合理安排山奎屯河流域水系自东向西分布有奎屯河、四棵树河、古尔图河及十几条小河沟,均发源于天山北麓。流域多年平均径流量16.21×108m3,其中三条河主要河流奎屯河、四棵树河、古尔图河多年平均径流量分别为6.44×108m3、2.97×108m3、3.38×108m3,共计12.79×108m3,占径流总量的79%。2年度流量补充特征、来源和分配2.1排水沟的补充特性和来源奎屯河流域地处西北干旱区,具有干旱区径流补给的垂直地带性和多样性的典型特征。2.1.1径流及其养殖现状以出山口为界,海拔1000～1300m以上,天山支脉依连哈比尔尕山、博罗科努山山区,地势高寒,降水丰沛,气温低,蒸发弱,冰川积雪发育,是径流的形成汇集区。出山后,径流被大量引到灌区,由于山前平原区地面平坦,集流缓慢,下渗量大,降水稀少,蒸发强烈,为径流的散失区。因此,奎屯河流域径流的分布基本是山区的径流分布,各站径流特征值(表1)。2.1.2径流补给量分析随高程和降水方式的不同,径流补给的多样性表现为:(1)高山地带以冰雪融水补给为主据乌苏水文资料:在奎屯河流域境内天山北坡有冰川717km2,冰川融水对奎屯河、四棵树河、古尔图河径流的补给量分别占径流总量的24.4%、29.2%、20.4%。(2)中低山地带以雨水补给为主中低山地带降水主要集中在夏季,夏季降水量占全年降水量的50%以上。由各站多年平均月流量可知,各河汛期均出现在每年的6～8月,其径流量占全年径流量的60%以上(表2)。其次,5月后,随着气温升高,积雪融化,有季节积雪融水补给径流。(3)平原区以地下水补给为主平原区多年平均降水量165mm,而蒸发量高达2080mm,无径流形成,只在冲洪积扇缘地带,地下水溢出补给径流。2.2排水能力内分配2.2.1夏季径流生长情况分析奎屯河流域将军庙站、吉勒德站、古尔图河新渠首站月平均流量数据,绘制径流年内变化(图1)。由图1可以看出,各站流量1～4月,呈微弱减少趋势,4月流量达到最小;5月后,随着气温升高,积雪融化,再加上5月以后山区的集中降水,流量显著增大,流量较大值集中在6～9月,最大值出现在7月或8月;随后流量迅速减少,到10月又缓慢减少至翌年4月达到最小。经统计计算,奎屯河流域夏季径流量占年径流量的百分比最大,秋季次之,冬春季最少。各站奎屯河、四棵树河、古尔图河夏季径流量占年径流量的64%、68%、60%;秋季占20%左右;冬春季分别占8%、7%左右;径流量夏半年(5～10月)占85%,冬半年占15%;最大月占26%;汛期(6～9月)占76%,其余8个月占24%。由此可知,奎屯河流域年径流量主要取决于(6～8月)径流量的大小,分析年径流量与夏季径流量的关系,之间具有很好的相关性,相关系数达0.95。可见奎屯河流域径流的年内分配极不均匀,呈现明显的季节性变化规律,春旱、夏洪是本区径流的主要特性。2.2.2流量集中期计算径流年内分配的集中程度,可用集中度Cn和集中期D表示,即径流量年内分配集中的程度和最大径流量出现的时间。依据奎屯河流域各站的径流资料,计算集中度Cn和集中期D,计算结果(表2)。由计算结果可知,三条主要河流四棵树河最高为61%,奎屯河为59%,古尔图河为56%,说明奎屯河流域径流年内分配的集中程度高,补给相对集中,最大径流近似出现时间为7月中旬后期。3径向流的年龄组3.1奎屯河年径流分类将奎屯河流域各站径流量按不同设计频率标准P和模比系数Kp划分为5种水平年,并用5个整数(2～-2)代表不同丰枯年的径流量(表3)。由此得到一组新的序列,以奎屯河将军庙站的数据为例绘成图2,可清晰地观察到奎屯河年径流量的丰枯差别。据奎屯河流域径流丰枯水年的分类,对奎屯河流域各站年径流进行了丰枯水分类(表4)。从表4可以看出,奎屯河径流中,偏丰年、平水年、偏枯年所占观测年数的百分比比较接近,各占26%左右;而特丰年、特枯年各占10.5%左右。说明奎屯河流域径流的年际变化相对比较稳定。3.2流域年际变化径流年际变化的总体特征常用变差系数Cv与年际极值比来表示。Cv值与年际极值比大表示径流的年际丰枯变化剧烈,对水资源的开发利用不利,反之则反映径流的年际变化相对平稳。奎屯河流域各站Cv值与年际极值比(表1)。表1各站变差系数由0.12～0.15,极值比由1.68～1.88,变差系数Cv和多年变幅都比较小,说明奎屯河流域多年平均年径流量较为稳定,年际变幅小。3.3丰水期在期为反映年径流多年的丰、枯变化,采用模比系数的累积值,绘制模比系数差积曲线。差积曲线的上升段反映丰水期,下降段反映枯水期。以奎屯河将军庙站为例,绘制径流模比系数差积曲线图3,由图3可以看出,年径流变化过程可分为几个显著时段,1965～1968、1983～1986、1991～1993为枯水期,1969～1976、1987～1990为平水期,1977～1982、1993以后进入丰水期。3.4分析多年来流量变化的趋势3.4.1不同年代径流分布及单站径流生长规律径流的变化特征综合了地带性因素(气候、植被等)和非地带性因素(地质、地貌、人类活动等)的影响,分析各站四季实测径流量与多年平均径流量的距平变化,有助于了解年径流的多年变化趋势。计算奎屯河流域各站不同年代径流量及距平(表5)。从表5可以看出,流域内3个代表站的径流量中以夏季径流量最丰,其次为秋季,冬季径流量高于春季,流域内的枯水时段出现在春季,各统计时段内年径流量的距平变化复杂,有正有负,但1990年以后,除四棵树河春季径流量距平为负值外,其他季节及年径流量距平均为正,说明自90年代以来,奎屯河流域径流量与多年平均相比有所增加,奎屯河以夏季径流量增加最多为6.3%,古尔图河以秋季径流量增加最多达5.6%,而四棵树河冬季径流量增加了3.2%。3.4.2年径流的变化绘制奎屯河径流系列变化过程线图(图4)。由图4可以看出,径流除年际间的正常波动外,年径流量多年变化呈微弱增加趋势,其增加速率为0.223×108m3/10a。由分析可知奎屯河流域径流多年变化呈微弱增加趋势,且自90年代以来,径流量与多年平均相比有所增加。4径流补给的垂直分布及年际变化特征依据综上所述,本文以奎屯河流域内3个代表站的年径流实测资料为依