摘 要：根据乌鲁木齐河英雄桥水文站1958—2005年48年的径流资料, 采用径流年内分配不均匀系数、年径流量变差系数和极值比、Mann-Kendall突变分析、小波分析法法等多种分析方法，分析了乌鲁木齐河径流量的年内和年际变化规律特征。结果表明:乌鲁木齐河径流年内分配不均匀，年内分配不均匀系数为1.19，水量主要集中在气温相对较高和降水较多的 6~8月，夏季径流量占年径流量的69.55%;乌鲁木齐河径流量的年际变化不明显，年径流变差系数值为0.15, 极值比为1.97;乌鲁木齐河年径流量的变化不存在突变特征;乌鲁木齐河年径流量存在着较为明显的周期特征，其显著周期为16年、6年和3年。
关键词：乌鲁木齐河 径流 周期 长期变化特征
河川径流的长期变化特征与周期分析在流域水利规划、水利工程建设、生态环境保护及水资源合理利用等方面具有十分重要的作用，近年来已成为国内外学者的研究热点。加德纳[1]通过数值模拟，建立了气候变化对径流影响的模型，并预测了北美未来径流的变化趋势;蔺学东等[2]运用Mann-Kendall趋势分析法和Pettitt变点检验法对拉萨河流域近50年来径流变化趋势进行了分析，结果表明流域内径流年际变化大，后期呈明显增加趋势，径流变化与气候变化关系密切;王振龙[3]采用最小二乘法、PIII 曲线法和小波分析方法系统分析了淮河鲁台子站径流量的变化特征，结果表明淮河径流年际变化大，并存在2、8年的周期变化;张建云[4]采用MK检验方法研究了中国六大江河的年径流量变化情况，结果指出近50年来中国六大江河的实测径流量均呈下降趋势，影响了我国社会经济的发展。本文拟以乌鲁木齐河英雄桥水文站1958—2005年间的实测年径流资料序列为基础，运用多种方法分析其径流变化特征、趋势和周期，以揭示其多年径流量的变化规律，为流域水资源的合理开发、利用提供理论指导。
1 研究区概况
乌鲁木齐河流域位于天山北坡中段，东 经 86°45′～87°56′，北纬43°0 0′～4 4°07′之间，东为板房沟流域，西接头屯河流域。乌鲁木齐河发源于天山天格尔峰下的乌鲁木齐河源1号冰川，横穿乌鲁木齐市区，最后流入准噶尔盆地南缘北沙窝，全长 214 km，流域总面积约4684km2 ，其中山区(西白杨沟口以上)流域面积 1070km2 ，流域平均海拔3 0 0 6m;英雄桥以上流域面积 924km2 ，平均海拔3083m;跃进桥以上流域面积310km2 ，平均海拔3 4 8 3m。乌鲁木齐河是一条由冰雪融水、降雨及地下水混合补给的河流，其中冰雪融水占49%，降雨占 36%，地下水占15%[5]。英雄桥水文站多年平均年径流量为 2.427×108m3[6]。乌鲁木齐河是乌鲁木齐市的主要水源，承载着近百万亩农田灌溉、300多万人口生活供水的混合型乌河灌区。
2 数据来源与研究方法
乌鲁木齐河流域设有两个观测站点，一个为乌鲁木齐河源头设立的大西沟国家基本气象站，具有长序列的冰川观测资料和气象观测资料;一个为新疆维吾尔自治区水利厅在乌鲁木齐河出山口附近设立的英雄桥水文。文中主要选用了英雄桥水文站1958—2005年共48年资料，采用径流年内分配不均匀系数[7-8]、年径流量变差系数和极值比[9]对径流量的年内、年际变化规律进行分析，用MannKendall突变分析法对径流量的突变特征进行了分析，用小波分析法[10-12]对径流量的多时间尺度周期波动规律进行提取，以揭示其多年径流量的变化规律，为预测未来河流径流变化提供技术支撑。
3 结果与讨论
3.1 年内分配和年际变化特征
3.1.1 径流量的年内分配
乌鲁木齐河是一条由冰雪融水、降雨及地下水混合补给的河流，径流年内分配主要受山区降水和气温的影响。经计算乌鲁木齐河的径流年内分配不均匀系数为1.19，数值明显偏大，说明乌鲁木齐河各月径流量相差较大，年内分配极不均匀。水量主要集中在气温相对较高和降水较多的6~8月夏季，径流量占年径流量的69.55%，冬季径流明显偏少，径流量约占年径流量的4.65%，春季水量少于秋季，但都不是很大，径流量约占年径流量的比例分别为10.28%和15.52%;最大月径流量出现在7月，其水量占年水量的 28.86%，最小月径流量出现在2月，其水量仅占年水量的 1.16%，最大月径流量为最小月径流量的约25 倍，相差巨大。乌鲁木齐河径流量年内分配的总体特点是，冬季水量少，春汛不明显，夏季水量很丰富，水量年内分配及其不均匀。
3.2 径流量的年际变化
乌鲁木齐河年径流变差系数Cv 值为0.15, 极值比(最大值与最小值之比)为1.97, 多年总平均流量为2.427×108m3 。这么小的变差系数和极值比说明乌鲁木齐河径流年际之间的波动幅度小，径流来源稳定而集中，少有洪涝灾害发生，有利于灌溉农业的发展。从英雄桥水文站年径流量的距平与累积距平变化曲线图( 图2) 中可以看出, 近50年来，乌鲁木齐河的年净流量大体经历了两个阶段：一为1958— 19 8 8年期间的径流相对偏少阶段，此阶段内，距平以负值为主，累积距平呈现出逐步降低的态势，这说明1958— 1988年期间为明显的枯水期;二为1989—2005年期间的径流量相对偏多阶段，此阶段内，距平以正值占绝对优势，累积距平呈现出逐步上升的态势，这表明1989—2005年这一时期径流相对丰富，为丰水期。
3.3 径流量的突变特征
Mann-Kendall (M-K) 法可以较有效地检测序列的变化趋势, 并能大体确定突变发生的位置。经计算所有 UFk组成一条曲线UF，把同样的方法引用到反序列中，得到另一条曲线UB。在给定显著性水平 (取α= 0.05,则 U0.05=±1.96)条件下，当 |UFk| >Uα时，表明序列存在明显的增长或减少趋势。如果UF和UB两条曲线在临界线之间出现交点，且上升或下降超出临界线，则此交点就是突变的时间。从图3上可以看出，在近50年时间内，UF和UB两条线没有出现交点，这说明近50年来乌鲁木齐河的年径流量没有出现突变变化，但从1996年以后，年径流量出现增长趋势。
3.4 径流量的多时间尺度周期特征
从图4可以明显的看出,乌鲁木齐河年径流量的变化存在着多个特征时间尺度的周期变化特征及其在时间域中的分布情况。其中较明显的是3年左右、6年左右和16年左右的特征时间尺度。在3年左右的特征时间尺度上，乌鲁木齐河年径流量经历了频繁的偏多偏少变换，在20世纪 80年代中期以前，这种3年左右的时间尺度表现尤为明显， 90年代中期后更多的表现为2年左右的特征时间尺度;在6 年左右的特征时间尺度上,在20世纪90年代以前,乌鲁木齐河年径流量明显的表现为6年左右的特征时间尺度，90年代以后更多的表现为4～5年左右的特征时间尺度;灾害的成灾面积明显地表现为9年左右的特征尺度, 80年代末特征时间尺度开始表现为较强的7年左右的特征时间尺度。16年左右的特征时间尺度在80年代中期以前表现为16年左右的周期,从80年代中期后表现为17年左右的周期。
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4 结语
(1)乌鲁木齐河径流量的年内变化较为明显，径流年内分配不均匀系数为1.19，数值明显偏大，水量主要集中在气温相对较高和降水较多的6~8月，夏季径流量占年径流量的69.55%。
(2)乌鲁木齐河径流量的年际变化不明显，年径流变差系数Cv 值为0.15,极值比(最大值与最小值之比)为1.97;从长期变化来说，乌鲁木齐河的年净流量大体经历了两个阶段：一为1958—1988年期间的径流相对偏少阶段，二为 1989—2005年期间的径流量相对偏多阶段。
(3)Morlet小波分析表明，乌鲁木齐河年径流量存在着较为明显的周期特征，其显著周期为16年、6年和3年。
