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摘要利用精河水文站1964～2012年径流数据，采用变异系数、集中度、集中期和小波分析方法，对艾比湖流域精河的径流量在多时间尺度上进行分析。结果显示，精河径流年际变化较平稳，增长趋势不明显；精河流域径流主要集中在6～8月，季节上主要集中在夏季。径流集中期主要集中在6月下旬至7月中旬之间。应用小波分析发现精河年径流集中度变化具有明显的阶段性与周期性。径流集中度呈现15年、8年、4年、2年左右的显著周期性变化。
关键词变异系数；集中度；集中期；小波分析；精河
中图分类号S181.3；P333文献标识码A文章编号0517-6611（2014）18-05912-04
河川径流的变化规律研究是水文水资源学研究的重要内容，气候、地貌、土壤、植被等自然条件以及人类活动的共同作用对径流产生影响，使其演变过程不但存在确定性规律，同时也表现出随机性[1]。在我国西北干旱区，水资源对社会经济发展和自然生态安全起着关键作用。干旱区水资源主要来源于河川径流，河川径流的变化将直接影响到当地社会经济的发展[2]。由于受全球气候变化影响，我国西北干旱区气候表现出向暖湿化转变的趋势[3]，有研究证明在我国西部干旱区气候变化对径流产生了显著的影响[2，4]，在气候变暖的背景下，分析河川径流的演化过程、规律和驱动因素，对深入了解水资源的特性，为水资源的合理开发利用提供依据。同时，对研究流域水循环与水平衡以及流域的生态结构和功能具有重要意义。
艾比湖流域位于79°53′～85°2′ E，43°38′～45°52′ N，中国新疆准噶尔盆地南缘，属典型的内陆咸水湖泊[5]。20世纪60年代，有奎屯河、四棵树河、古尔图河、精河、阿恰勒河、大河沿子河、博尔塔拉河等7条年径流大于1亿m3的河流流入艾比湖。20世纪70年代至今仅有博尔塔拉河、精河两条河流的水量流入艾比湖，其他入湖的河流都已断流[6]。由于博尔塔拉河、精河等河流来水量减少，艾比湖湖面大面积萎缩，带来严重生态问题[7]。对艾比湖流域的河川径流特征研究，主要集中于气候与径流相关关系研究、径流水文特征研究以及艾比湖湖水面积的关系方面[8-15]，但是对精河径流的年内分配特征、各月径流变化趋势规律分析等方面研究相对较少。为此，笔者选取艾比湖流入湖河流——精河作为研究流域，采用径流变差系数、集中度和集中期、小波分析等方法，对径流在年际、季节、月等多时间尺度上进行分析研究，以期充分了解河流的水文特征，这对河流水量调节、防洪防汛及河道管理等方面具有现实意义。
1研究区概况
精河发源于天山支脉婆罗科努山北麓，地理位置为93°45′～94°18′ E、43°00′～43°10′ N之间，整个流域位于精河县境内。河流上游主要由乌图精河与冬都精河两大源流汇合而成，河道比降20‰，多年平均年径流量4.759亿m3。流域面积2 150 km2，全长114 km，由南向北注入艾比湖，是艾比湖重要的补给水源之一[16]。精河流域属于大陆性温带干旱和半干旱型气候，年平均气温7.8 ℃，极端最高气温41.5 ℃，极端最低气温-36.4 ℃，多年平均蒸发量2 447.1 mm，流域内多年平均降水量251.9 mm；精河水资源总量为12.9×108 m3。精河出山口修建的下天吉水库，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、环保和养殖等综合利用的中型水库，总库容3 300万m3，保证了精河县2.8万hm2耕地的灌溉用水[16]。
3.4径流集中度周期性变化分析基于研究区近50a的径流量实测数据，计算得到径流集中度指数的周期性（图5）。由图5可以看到径流集中度指数演化过程中存在的多时间尺度特征。总的来说，在径流集中度指数演变过程中存在着11～22年，5～10年，3～5以及1～3年的4类尺度的周期变化规律。其中，11～22年尺度上出现了分散-集中交替的准3次震荡；同时，还可以看出11～22年尺度的周期变化在整个分析时段表现的非常稳定，具有全域性；而5～10年尺度的周期变化，在1995年之前表现的较为稳定，同样，3～5年以及1～3年尺度的周期变化不具有全域性。在图5中，小波方差图的波峰值指示主周期所在的时间尺度。精河径流量的集中度指数在年际变化以15a周期为主，这可通过径流量集中度指数的小波方差图得以验证。同时，从该图还可以知道，在年代际同时存在8a、4a和2a的主周期。根据相关研究，研究区径流量的周期变化与大尺度的北极涛动、北大西洋涛动等气流循环存在一定的相关关系，进而导致其集中度也相应地发生周期波动[20]。
4结论
选取艾比湖流域内的精河流域作为研究区，对流域内1964年至2012年的径流量在年代、年际、年内等时间尺度上进行了相关分析。结果表明，精河年径流量的变差系数为0.127 3，说明其年际变化较为平稳。年径流量总体上径流呈增长趋势，但趋势不明显。精河流域径流主要集中在6～8月，季节上主要集中在夏季，占到年径流量的61%～63%；精河各季节径流量均呈波动性变化，其中春夏冬三季径流量缓慢增加但趋势不明显，秋季径流量变化趋势明显。
通过精河流域径流集中度围绕平均值（Cd=58%）的上下波动变化发现，精河年内径流集中期也存在波动性变化，且随时间有逐渐向后推移的趋势。径流集中期从分布时间范围来看，总年份49a全部分布在6月下旬至7月中旬之间。
应用小波分析发现精河年径流集中度变化具有明显的阶段性与周期性。49年的径流集中度序列经历明显的集中期、分散期交替变化。径流集中度指数呈现15年、8年、4年、2年左右的显著周期性变化。
参考文献
[1] 陈亚宁，郝兴明，徐长春.新疆塔里木河流域径流变化趋势分析[J].自然科学进展，2007，17（2）：205-210.
[2] ZHANG Q，XU C Y，TAO H，et al.Climate changes and their impacts on water resources in the arid regions：a case study of the Tarim River basin，China [J].Stochastic Environmental Research and Risk Assessment，2010，24（3）：349-358.
[3] 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[J].第四纪研究，2003，23（2）：152-164.
[4] CHEN Y，TAKEUCHI K，XU C，et al.Regional climate change and its effects on river runoff in the Tarim Basin，China [J].Hydrological Processes，2006，20（10）：2207-2216.
[5] 贾春光，王晓峰，金海龙，等.新疆艾比湖湖面动态变化及其影响研究[J].干旱区资源与环境，2006，20（4）：152-156.
[6] 李艳红，楚新正，金海龙.新疆艾比湖流域水文特征分析[J].水文，2006，26（5）：69-71.
[7] 高原.艾比湖：会蹈罗布湖的覆辙吗？[J].国土资源，2008（2）：47-49.
[8] 李加强，陈亚宁，李卫红，等.天山北坡中小河川降水与径流变化特征——以精河为例[J].干旱区地理，2010，33（4）：615-622.
[9] 刘世薇，周华荣，梁雪琼，等.艾比湖流域降水与径流变化特征分析[J].水土保持学报，2011，25（5）：21-25.
[10] 杨川德，朱英民.艾比湖流域水资源及其特征[J].干旱区地理，1990，13（4）：15-23.
[11] 邢文渊，李秀花，常顺利，等.精河县气象因子对艾比湖湖水面积变化的影响分析[J].沙漠与绿洲气象，2011，5（2）：19-22.
关键词变异系数；集中度；集中期；小波分析；精河
中图分类号S181.3；P333文献标识码A文章编号0517-6611（2014）18-05912-04
河川径流的变化规律研究是水文水资源学研究的重要内容，气候、地貌、土壤、植被等自然条件以及人类活动的共同作用对径流产生影响，使其演变过程不但存在确定性规律，同时也表现出随机性[1]。在我国西北干旱区，水资源对社会经济发展和自然生态安全起着关键作用。干旱区水资源主要来源于河川径流，河川径流的变化将直接影响到当地社会经济的发展[2]。由于受全球气候变化影响，我国西北干旱区气候表现出向暖湿化转变的趋势[3]，有研究证明在我国西部干旱区气候变化对径流产生了显著的影响[2，4]，在气候变暖的背景下，分析河川径流的演化过程、规律和驱动因素，对深入了解水资源的特性，为水资源的合理开发利用提供依据。同时，对研究流域水循环与水平衡以及流域的生态结构和功能具有重要意义。
艾比湖流域位于79°53′～85°2′ E，43°38′～45°52′ N，中国新疆准噶尔盆地南缘，属典型的内陆咸水湖泊[5]。20世纪60年代，有奎屯河、四棵树河、古尔图河、精河、阿恰勒河、大河沿子河、博尔塔拉河等7条年径流大于1亿m3的河流流入艾比湖。20世纪70年代至今仅有博尔塔拉河、精河两条河流的水量流入艾比湖，其他入湖的河流都已断流[6]。由于博尔塔拉河、精河等河流来水量减少，艾比湖湖面大面积萎缩，带来严重生态问题[7]。对艾比湖流域的河川径流特征研究，主要集中于气候与径流相关关系研究、径流水文特征研究以及艾比湖湖水面积的关系方面[8-15]，但是对精河径流的年内分配特征、各月径流变化趋势规律分析等方面研究相对较少。为此，笔者选取艾比湖流入湖河流——精河作为研究流域，采用径流变差系数、集中度和集中期、小波分析等方法，对径流在年际、季节、月等多时间尺度上进行分析研究，以期充分了解河流的水文特征，这对河流水量调节、防洪防汛及河道管理等方面具有现实意义。
1研究区概况
精河发源于天山支脉婆罗科努山北麓，地理位置为93°45′～94°18′ E、43°00′～43°10′ N之间，整个流域位于精河县境内。河流上游主要由乌图精河与冬都精河两大源流汇合而成，河道比降20‰，多年平均年径流量4.759亿m3。流域面积2 150 km2，全长114 km，由南向北注入艾比湖，是艾比湖重要的补给水源之一[16]。精河流域属于大陆性温带干旱和半干旱型气候，年平均气温7.8 ℃，极端最高气温41.5 ℃，极端最低气温-36.4 ℃，多年平均蒸发量2 447.1 mm，流域内多年平均降水量251.9 mm；精河水资源总量为12.9×108 m3。精河出山口修建的下天吉水库，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、环保和养殖等综合利用的中型水库，总库容3 300万m3，保证了精河县2.8万hm2耕地的灌溉用水[16]。
3.4径流集中度周期性变化分析基于研究区近50a的径流量实测数据，计算得到径流集中度指数的周期性（图5）。由图5可以看到径流集中度指数演化过程中存在的多时间尺度特征。总的来说，在径流集中度指数演变过程中存在着11～22年，5～10年，3～5以及1～3年的4类尺度的周期变化规律。其中，11～22年尺度上出现了分散-集中交替的准3次震荡；同时，还可以看出11～22年尺度的周期变化在整个分析时段表现的非常稳定，具有全域性；而5～10年尺度的周期变化，在1995年之前表现的较为稳定，同样，3～5年以及1～3年尺度的周期变化不具有全域性。在图5中，小波方差图的波峰值指示主周期所在的时间尺度。精河径流量的集中度指数在年际变化以15a周期为主，这可通过径流量集中度指数的小波方差图得以验证。同时，从该图还可以知道，在年代际同时存在8a、4a和2a的主周期。根据相关研究，研究区径流量的周期变化与大尺度的北极涛动、北大西洋涛动等气流循环存在一定的相关关系，进而导致其集中度也相应地发生周期波动[20]。
4结论
选取艾比湖流域内的精河流域作为研究区，对流域内1964年至2012年的径流量在年代、年际、年内等时间尺度上进行了相关分析。结果表明，精河年径流量的变差系数为0.127 3，说明其年际变化较为平稳。年径流量总体上径流呈增长趋势，但趋势不明显。精河流域径流主要集中在6～8月，季节上主要集中在夏季，占到年径流量的61%～63%；精河各季节径流量均呈波动性变化，其中春夏冬三季径流量缓慢增加但趋势不明显，秋季径流量变化趋势明显。
通过精河流域径流集中度围绕平均值（Cd=58%）的上下波动变化发现，精河年内径流集中期也存在波动性变化，且随时间有逐渐向后推移的趋势。径流集中期从分布时间范围来看，总年份49a全部分布在6月下旬至7月中旬之间。
应用小波分析发现精河年径流集中度变化具有明显的阶段性与周期性。49年的径流集中度序列经历明显的集中期、分散期交替变化。径流集中度指数呈现15年、8年、4年、2年左右的显著周期性变化。
参考文献
[1] 陈亚宁，郝兴明，徐长春.新疆塔里木河流域径流变化趋势分析[J].自然科学进展，2007，17（2）：205-210.
[2] ZHANG Q，XU C Y，TAO H，et al.Climate changes and their impacts on water resources in the arid regions：a case study of the Tarim River basin，China [J].Stochastic Environmental Research and Risk Assessment，2010，24（3）：349-358.
[3] 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[J].第四纪研究，2003，23（2）：152-164.
[4] CHEN Y，TAKEUCHI K，XU C，et al.Regional climate change and its effects on river runoff in the Tarim Basin，China [J].Hydrological Processes，2006，20（10）：2207-2216.
[5] 贾春光，王晓峰，金海龙，等.新疆艾比湖湖面动态变化及其影响研究[J].干旱区资源与环境，2006，20（4）：152-156.
[6] 李艳红，楚新正，金海龙.新疆艾比湖流域水文特征分析[J].水文，2006，26（5）：69-71.
[7] 高原.艾比湖：会蹈罗布湖的覆辙吗？[J].国土资源，2008（2）：47-49.
[8] 李加强，陈亚宁，李卫红，等.天山北坡中小河川降水与径流变化特征——以精河为例[J].干旱区地理，2010，33（4）：615-622.
[9] 刘世薇，周华荣，梁雪琼，等.艾比湖流域降水与径流变化特征分析[J].水土保持学报，2011，25（5）：21-25.
[10] 杨川德，朱英民.艾比湖流域水资源及其特征[J].干旱区地理，1990，13（4）：15-23.
[11] 邢文渊，李秀花，常顺利，等.精河县气象因子对艾比湖湖水面积变化的影响分析[J].沙漠与绿洲气象，2011，5（2）：19-22.