水量平衡法计算的物质平衡与实测值的对比分析及应用——以乌鲁木齐河流域为例

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论文主要分为两部分,第一部分研究了1982-2014年乌鲁木齐河源1号冰川水量平衡法计算得到的物质平衡与实测物质平衡的关系,并分析了二者在不同时间段表现出的相同和差异所产生的原因;第二部分主要是水量平衡在乌河流域中的应用,分析了该流域1958-2009年冰川物质平衡和对应的冰川融水径流。  采用水量平衡法计算得到天山乌鲁木齐河源1号冰川1982-2014年物质平衡值,与实测物质平衡值对比分析发现:(1)水量平衡法适用于冰川区多年物质平衡的计算,其中1号冰川1982-2014年计算值与实测值误差在1%以内,与之对应的山岩区和冰面径流系数分别为0.7和0.85。(2)1982-2005年水量平衡法计算得到的物质平衡值与实测物质平衡值高度相关,且误差较小,在这一阶段径流系数能较好地反应冰川区的产流情况;而2005-2014年水量平衡法计算得到的物质平衡值与实测物质平衡值之间有较大差距,且二者变化趋势差异明显,说明这一阶段径流系数受一些因素影响而存在较大的波动。选取误差较大的2005-2008年和误差较小的1996-1999年进行逐月分析,发现夏平衡中,水量平衡法计算结果普遍要高于实测物质平衡值。分析认为水热条件的改变以及相应的冰川产流系数的变化是导致这一差异的主要原因。分析结果表明在长时间尺度上利用水量平衡计算冰川物质平衡值准确度较高。  乌鲁木齐河流域1964-2014年冰川总体来讲处于快速消融状态。面积从1964年的50.4km2减少到2014年的32.8km2,在50年的时间内冰川面积减少了17.6km2,冰川面积减少了34.9%。冰川条数从150减少到107;最大单条冰川面积从4.5km2到1.7km2。首先,冰川面积加速减小。第一阶段是1958-1989年,冰川平均每年减小0.07km2,32年累计减小2.35km2。第二阶段是1990-2014年,这一阶段冰川面积减小速度增加,冰川平均每年减小0.58km2,减小速度是第一阶段的7.97倍,26年累计减小15.18km2。可以推测出第一阶段冰川消融主要以冰川减薄为主,而第二阶段主要以冰川末端退缩为主。所以相比于第一阶段,第二阶段冰川面积减少速度增大了将近八倍。其次,冰川的单条最大面积也持续减小,第一阶段最大单条面积快速减小,第二阶段减小速度趋于稳定,这和冰川条数的变化规律是一样的。最后,由于冰川面积和冰川条数的对应减小,所以冰川的平均面积基本较为稳定,保持在0.3-0.4km2。  计算得到,乌鲁木齐河流域冰川物质平衡值的变化主要分为三个阶段。首先是缓慢消融阶段,时间为:1958-1965年,年均值为-383.7mm w.e.。第二阶段快速消融,时间为1966-1999年,年均值为-1167.89mm w.e.。第三阶段又进入到一个缓慢消融的阶段,时间为2000-2009年,年均值为-161.59mmw.e.。总体来说冰川长期处于负平衡消融状态。与1号冰川对应时段的累积物质平衡进行对比分析,发现:第一、二阶段对应较好。在此期间内,累积物质平衡都经历了先缓慢消融后加速消融的过程。而第三阶段中,单条冰川继续加速消融,这和流域冰川消融速度减慢是不一样的。分析其原因可能是在第二阶段中,面积较大的冰川退缩严重,面积大幅度减小。使得其冰川融水径流能力严重下降,在2000年左右,流域不存在大于3.6km2的冰川。所以流域冰川的整体消融能力快速下降。综上所述,乌鲁木齐河流域1958-2009年多年物质平衡值为-853.7mm w.e.。  乌鲁木齐河流域1958-2009年冰川融水径流总体上先增加后减少,最后趋于稳定状态。这与降水先减少后增加,最后趋于稳定的变化规律大体上是成负相关关系的。经过计算得到,乌鲁木齐河流域1958-2009年冰川融水径流总量为28.0×108m3。(年均值为0.538×108m3。)
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