叶尔羌河卡群站1954-2018年水沙特征分析

古力米日·买买提

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

人类活动和气候变化对区域水沙影响最为显著，与河湖健康、河流演变具有较为密切的联系[1]。近些年来随着人类活动和全球气候变化影响的加剧，许多河流的水沙关系得到显著影响。国内许多学者研究成果[2-8]均表明气候变化和人类活动对流域径流量和输沙量影响都具有明显差异。冰川融雪径流是叶尔羌河流域径流主要补给来源，冰川融雪量受气温升高影响逐步增加，径流量的增加也使得河道内的沙量呈现较为明显的递增变化[9]。当前叶尔羌河流域径流量和输沙量变化特征得到不同程度的研究[10-14]，这些研究成果均表明叶尔羌河流域水沙变化特征较为明显，径流量变化率低于输沙量的变化率，但对于不同时期叶尔羌河流域水沙变化特征尤其是水沙丰枯变化的研究还较少，为此本文结合叶尔羌干流卡群水文站1954-2018年近64 a径流量和输沙量资料，对其水沙变化特征进行分析，研究成果对于叶尔羌河流域综合治理规划具有重要的参考意义。

1 区域概况及研究方法

1.1 叶尔羌河概况

叶尔羌河是喀什地区第一大河流，喀喇昆仑山北玻是叶尔羌河的主要发源地，流域地理位置在东经74°29′～80°51′以及北纬34°49′～40°33′之间。塔里木河的主要水系包括叶尔羌河水系，叶尔羌河下游出山口水文站为卡群站，流域总的汇水面积为50 000 km2，流域内植被较为稀缺，河道内的输沙模数较大，水土流失较为严重，使得下游河道水生态健康得到不同程度的影响。卡群站多年输沙量和径流量均值分别为3 056万 t和92.8亿 m3，径流量和输沙量变化具有同步特征即输沙量加大的年份其径流量也相对较大，这主要和区域降水径流成因有关。叶尔羌河在1999年受上游冰川洪水影响发生突发洪水，河道径流量的增加也使得输沙量有所增加。

1.2 研究数据

本文主要采用叶尔羌河出山口卡群水文站1954-2018年近64 a径流量和输沙量月尺度资料，所有水文资料数据均通过可靠性、一致性、代表性检验。

1.3 研究方法

本文对于水沙变化趋势检验主要用M-K非线性显著检验方法对径流量和输沙量指标变化特征进行显著变化特征的分析。该方法将径流量、输沙量序列作为样本序列对其统计变量S进行计算：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：S为径流量、输沙量样本序列显著性检验统计变量；xi和xj表示为来自同一个样本总体的两个样本数据系列；σs表示为方差标准计算值；sign表示为计算变量；n表示为总的样本序数；Z表示检验特征变量，当Z>0则表示径流量、输沙量呈现递增变化趋势，否则呈现递减变化趋势，当∣Z∣>2.32、1.64<∣Z∣<2.32、1.28<∣Z∣<1.64则分别表示变化趋势的显著性可分别达到99%、95%以及90%的置信水平。

2 水沙变化特征分析

2.1 不同季节水沙距平分析

结合叶尔羌河卡群1954-2018年月径流量和月输沙量数据，对卡群站春季、夏季、秋季及冬季径流量和输沙量距平率进行统计，不同季节水沙距平率统计结果如表1所示。

叶尔羌河流域冰川融雪在不同季节受气温影响其分布十分不均匀，从叶尔羌河卡群站1954-2018年不同时期各季节水沙距平率统计结果可看出，不同季节径流量和输沙量距平具有同步变化特征，各季节水沙变化较大，径流量和输沙量距平较大的季节主要集中在夏季，不同时期夏季径流量和输沙量距平最大值分别为175.46%和283.52%，春季、秋季以及冬季水沙距平率均为负值，表明各时期除夏季外，其他季节径流量和输沙量均有所减少。不同时期各季节水沙距平率变化无明显规律，这主要是因为叶尔羌河流域径流主要来源于冰川融雪补给，而冰川融雪受气温影响其变化较大，使得除夏季外其他季节水沙距平率变化无明显规律。

表1 叶尔羌河卡群站1954-2018年不同时期各季节水沙距平率统计结果

表2 叶尔羌河卡群站1954-2018年不同时期各季节水沙变化趋势检验结果

2.2 不同季节水沙变化趋势

在不同时期各季节径流量和输沙量距平分析的基础上，采用M-K非线性显著检验方法对各时期春季、夏季、秋季、冬季的水沙变化特征进行趋势检验，检验结果如表2所示。

表3 叶尔羌卡群站不同时期年径流量和年输沙量模比系数差积分析结果

从叶尔羌卡群站不同时期年径流量和年输沙量模比系数差积分析结果可看出，卡群站年径流量和年输沙量模比系数差积总体可划分两个阶段，1954-1959年、1960-1969年、1970-1979年、1980-1989年，年径流模比系数差积为负值，但总体呈现递减变化，从1990年开始，其年径流量模比系数差积总体呈现递增变化，因此1990年为卡群站年径流量变化的转折点，1990年以前叶尔羌卡群站为相对枯水时期，从1990年以后进入相对丰水时期。年输沙量和年径流量的模比系数差积具有同步特征，年输沙量的模比系数差积的变化转折点也在1990年，叶尔羌流域卡群站1990年以前年输沙量处于枯沙时期，1990年以后年输沙量处于丰沙时期。

3 水沙影响主因分析

结合黄霄[15]水沙影响贡献率分析方法对叶尔羌河卡群站水沙影响的两个主要因素气温变化和人类活动影响贡献率进行分析，分析结果如表4和表5所示。

表4 叶尔羌河卡群站径流量影响贡献率分析结果

表5 叶尔羌河卡群站输沙量影响贡献率分析结果

从卡群站水沙丰枯变化分析结果可知1990年为其水沙丰枯变化转折点，而卡群站水沙丰枯变化转变主要为气温变化以及人类活动变化影响，为此对卡群站水沙变化的两个主因进行不同时期贡献率的分析，从其贡献率分析可看出，对于径流量和输沙量而言，气温变化影响的贡献率分别为56.25%和73.52%，人类活动影响的贡献率分别为43.75%和26.48%，气温变化是叶尔羌卡群站影响贡献率高于人类活动影响，水沙变化的主因为气温变化影响所致，这主要是因为叶尔羌河径流补给主要来源于冰川融雪，而冰川融雪量主要受气温影响，气温较高其融雪量相对较大，冰川融雪量较大使得河流径流补给量加大，而由于径流和输沙量变化具有同步特征，径流量的加大也使得河道输沙量增加，因此对于叶尔羌卡群站水沙变化影响而言气温变化要高于人类活动影响。

4 结语

(1)卡群站不同季节径流量和输沙量距平具有同步变化特征，各季节水沙变化较大，径流量和输沙量距平较大的季节主要集中在夏季，不同时期夏季径流量和输沙量距平最大值分别为175.46%和283.52%，春季、秋季以及冬季水沙距平率均为负值。

(2)1990年为卡群站年径流量变化的转折点，1990年以前叶尔羌卡群站为相对枯水时期，从1990年以后进入相对丰水时期，年输沙量的模比系数差积的变化转折点也在1990年，叶尔羌流域卡群站1990年以前年输沙量处于枯沙时期，1990年以后年输沙量处于丰沙时期。

(3)卡群站水沙受气温变化影响的贡献率分别为56.25%和73.52%，人类活动影响的贡献率分别为43.75%和26.48%，气温变化对于卡群站水沙影响贡献率高于人类活动影响，是其变化主因。