塔里木河源流与干流径流量变化特征研究.pdf
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1、17云南水力发电YUNNAN WATER POWER第 40 卷第 3 期 *收稿日期:2023-05-22 作者简介:郑刚(1979-),男,新疆阿克苏人,高级工程师,主要从事干旱区水资源管理研究工作。通信作者:张琴(1995-),女,甘肃武夷人,在读博士研究生,主要从事干旱区水资源高效利用研究工作。塔里木河源流与干流径流量变化特征研究郑刚1,张琴2,3(1.塔里木河流域管理局,新疆库尔勒841000;2.新疆农业大学水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐830052;3.中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆乌鲁木齐830011)摘要:基于塔里木河流域源流和干流 1957-2022 年实测径流数据
2、,运用 Mann-Kendall 和 person 相关分析等方法,探讨其径流变化趋势和突变特征以及相关关系。结果表明:塔里木河源流径流量整体上呈增加趋势,干流径流量呈下降趋势。塔里木河源流区土地资源开发程度不断增大使水资源消耗加剧,导致下泄塔里木河干流的水量逐年减少。在塔里木河源流径流频率低于 75%的情景下,塔河干流径流量的增幅小于源流;反之,塔河干流径流量的降幅小于源流。关键词:径流量;变化趋势;突变;塔里木河中国分类号:TV121;P333 文献标识码:A文章编号:1006-3951(2024)03-0017-004DOI:10.3969/j.issn.1006-3951.2024.0
3、3.005Study on the Characteristics of Runoff Changes in the Source and Main Streams of Tarim RiverZHENG Gang1,ZHANG Qin2,3(1.Xinjiang Tarim River Basin Management Bureau,Korla 841000,China;2.College of Water Conservancy and Civil Engineering,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China;3.Xinj
4、iang Institute of Ecology and Geography,Chinese Academy of Science,Urumqi 830011,China)Abstract:Based on the measured runoff data of the source and main streams of Tarim River Basin from 1957 to 2022,this study uses methods such as Mann Kendall and person correlation analysis to explore the trend an
5、d mutation characteristics of runoff changes,as well as their related relationships.The results show that the overall runoff of Tarim River source is increasing,while the runoff of the main stream is decreasing.The continuous increase in land resource development in the source area of the Tarim Rive
6、r has intensified water resource consumption,leading to a decrease in the amount of water discharged from the main stream of Tarim River year by year.In the scenario where the frequency of runoff in the source stream of Tarim River is less than 75%,the increase in runoff in the main stream of Tarim
7、River is smaller than that in the source stream.On the contrary,the decrease in runoff of the main stream of Tahe River is smaller than that of the source stream.Keywords:runoff;tendency;mutation;Tarim River0引言塔里木河流域地处我国西北干旱区的内陆盆地,地理位置独特,地缘优势明显。流域内自然资源十分丰富,但干旱缺水导致生态环境极其脆弱。流域内的绿洲经济及传统农牧业对生态环境依赖程度较高,沿
8、塔里木河分布的荒漠河岸生态植被,不仅为物种多样性保育、野生动物栖息提供适宜生境,同时也是阻挡塔克拉玛干沙漠侵袭绿洲的自然生态屏障,为南疆地区提供生态服务功能与生态安全保障。近几十年来,流域大规模的水土资源开发,严重挤占了生态用水空间,使塔里木河流域生态环境劣化程度加剧1。国务院于 2001 年批复投资 107108元,拉开了塔里木河流域综合治理的序幕,通过工程与非工程措施相18云南水力发电2024 年第 3 期结合的手段,流域水资源管理水平得到大幅改善,使流域内生态有序重建及修复2。近年来众多学者围绕塔河下游生态输水量及生态输水效益、生物多样性、流域综合治理成效等展开研究。如李丽君等3通过近
9、20 a 的来水监测资料,从水量、地下水变化、植被恢复等多方面讨论输水对生态环境的影响。何振磊等4对不同生态恢复模式下群落结构与物种多样性的特征进行对比分析,探讨其植被恢复效果的影响。刘雪雪等5利用层次分析法和熵值法从经济、社会、生态3 个维度对塔里木河流域综合治理成效进行评价。塔里木河流域的水资源关乎整个流域生态系统安全以及南疆地区各绿洲的经济社会发展。基于此,识别水文要素的趋势特征和认识其不同时间尺度上的变化规律是水循环演变研究的重要内容,可为流域不同来水情景下水资源配置提供理论依据。由于特殊的地理位置,塔里木河对于研究干旱区内陆河流发展以及源流和干流之间的关联性具有重要意义。为此,在采集
10、 19572022 年塔里木河流域水文站源流与干流径流数据的基础上,结合 Mann-Kendall 趋势检验法6探讨其变化趋势和突变特征;并借助 Pearson 相关系数法7构建源流总来水量与源区耗水量之间的数学关系,定量揭示塔河干流与源流径流之间的关系,以期为实现区域水资源优化配置提供理论依据。1研究区概况位于我国西北干旱区的内陆盆地的塔里木河流域由和田河、阿克苏河、叶尔羌河等 9 个主要水系汇集而成,流域全长 2 437 km,流域总面积为 102.86 km28。区域降水稀少、蒸发强烈,自然生态环境极为脆弱。流域多年平均地表径流,主要由源流山区冰川降雪补给。二十世纪中叶,塔里木河流域的所
11、有 9 个主要水系都有大量地表水注入流域干流,但在人类活动与气候变化的双重影响下,如今仅剩和田河、叶尔羌河和阿克苏河水系有部分水流汇入塔里木河,源流地表径流量合计多年均值为 20.099108 m3。塔里木河是 1条纯耗散型内陆河,干流自身并不产流,水流由源流供给,根据上游阿拉尔水文站数据监测,塔里木河多年平均地表径流量为 4.665108 m3。2数据来源及研究方法2.1数据来源研究数据由新疆塔里木河流域管理局所提供的 19572022 年塔里木河流域主要河流的源流和干流水文站径流数据,囊括了阿克苏河、叶尔羌河、和田河三大主要水系流量补给数据9。2.2研究方法1)线性趋势法。利用线性趋势法,
12、使用一元线性回归方程分析水文相关要素变化,公式如下。Y(x)=ax+b(1)式中:Y因变量;x时间;a为变化率,其正负代表上升或下降的趋势,其绝对值大小代表上升或下降的程度;b常数。2)Mann-Kendall 非参数检验法。目前水文分析常采用 Mann-Kendall 趋势检验法,该方法是一种广泛应用于检验时间序列的变化趋势特征、显著性及突变点的方法。UF 为顺序统计值,UB 为逆序统计值,两统计值的交点对应的时刻即径流突变开始的时间点;当 UF 的值超过临界直线,说明有显著的上升或下降趋势10。3)Pearson 相关系数法。Pearson 相关系数用于计算数值型变量间的线性相关性,通过数
13、值反映出变量间线性关联的强弱11。其相关系数的绝对值大小表明变量间的相关程度的高低。其数学计算方法为:(2)式中:r相关系数;n样本数;xi和 yi两个变量的值;x-和 y-分别为变量的均值。Pearson 相关系数的检验统计量为 t 统计量,其数学计算方法为:(3)式中:t 统计量服从 n-2 个自由度的 t 分布。3结果分析3.1源流径流变化特征1)年际变化特征。阿克苏河、叶尔羌河、和田河利用 3 大主要补给源各水文站监测断面19郑刚,张琴塔里木河源流与干流径流量变化特征研究19572022 年总计 66 a 的径流监测数据为研究基础,通过线性趋势法分析塔河源流总径流量的变化特征,源流多年
14、平均流量为 637.34 m3/s,多年平均径流量为 200.99108 m3。由图 1 可知,塔里木河三源流径流量存在明显的上升趋势,以0.668 2108 m3/a 的速率呈显著的上升趋势。图 11957-2022 年塔里木河源流径流量变化趋势图2)源流多年径流趋势及突变特征。基于塔里木河源流多年径流量,利用 Mann-Kendall 趋势检验法检验径流时间序列的变化趋势特征、显著性及突变点。检验结果见图 2,通过 M-K 法得到UFk 和 UBk 两条统计量序列曲线,在一定置信度下=0.05,临界值 U0.05=1.96 的两条临界直线绘制于同一张图上。图 21957-2022 年源流径
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