冰雪融水径流

[拼音]:bing xue rongshui jingliu

[英文]:ice-snow melt runoff

冰川冰、粒雪和冰川表面的积雪融水汇入冰川末端河道形成的径流。有的定义为整个冰川作用区,包括裸露山坡的雨雪形成的径流。当冰川覆盖率接近1.0,上述两定义所述径流数值相近,否则相差较大。冰雪融水是高寒山区河流重要的水源。

据估算,中国多年平均冰雪融水量约550亿米3,约佔全国多年平均径流量2.64万亿米3的2%,其中内陆河流的冰雪融水量约为250亿米3,约佔冰雪总径流量的45%,外流河的约300亿米3,佔55%。冰雪融水对河川径流的补给百分比的分布趋势,是由青藏高原边缘的10%向高原腹地递增至30~40%。

冰雪消融因素

由0℃的冰转为0℃液态水需要消耗一定的热量(79.7卡/克)。这种热源主要是太阳辐射热,其次是冰面与近地面层大气湍流交换热和水汽凝结释放热。冰川消融与辐射平衡的关系密切(图1)。冰面辐射平衡值决定于冰面反射率,冰面反射率越大,冰面辐射平衡值越小,而冰面反射率的大小与冰面性质和污化有关。冰面反射率由冰舌末端至粒雪盆随高度递增,故冰面消融强度随高度减弱。冰面的污化,如表碛(堆积于冰川上的石块)也影响反射率(见冰雪消融的人工调节)。珠穆朗玛峰绒布冰川表碛厚度小于0.2厘米,能促进冰川消融;厚度超过3.0厘米,则减弱冰川消融。坡向也影响消融,南坡冰面消融强度大于北坡。液态降水可促进冰川消融。冰川消融强度以气温增高1℃时冰川的日消融深(毫米)表示。

冰雪融水径流的形成

北半球春季气温回升到 0℃以上,低山带积雪首先开始融化,随著季节的推移,积雪的消融逐步扩充套件到中、高山带。这时形成的融雪径流是山区河流春汛(4~5月)的补给来源。4月底至5月初冰舌末端季节积雪开始融化,融水大多渗入雪层的孔隙中。夜间,气温急剧下降,雪层中的水冻结成冰,径流十分微小。到了强烈消融期(6~8月),气温不断上升,冰舌末端的季节积雪融完,冰面消融扩大到粒雪区,产生大量冰面径流,冰面侵蚀作用随之产生,在冰面上形成网状水流。水流一部分顺著冰面向冰舌末端河道排洩,一部分渗入冰裂隙和冰内垂直通道,通过冰下河道排入河流。冰内、冰下河道主要发育于温冰川,而冷性冰川以冰面径流为主。

冰雪融水径流的估算方法

主要有示踪法、氚含量法。根据这两种方法可以估算冰川径流的组成,如冰融水、粒雪融水和雪融水的量及相应的停蓄时间。在阿尔卑斯山弗尔纳格特冰川,来自冰舌末端的冰川冰融水的停蓄时间为 4小时,来自粒雪区的粒雪融水约为30小时,来自冰川更高的部位的积雪区的雪融水约达 430小时。此外,还有用气象要素对比分析法分割流量过程线,以及线性水库理论分析法和冰川径流模数倍比法等。

冰雪融水径流的基本特征

(1)冰雪径流日变化大,这是区别于其他河流径流的重要特征。乌鲁木齐河Ⅰ号冰川水文断面(流域面积F = 3.34平方公里)最低水位出现在8时左右,最高水位出现在17~18时(图2)。洪扎河巴托拉上桥站(F = 4975平方公里),峰、谷分别出现在 2时左右和20时左右。峰谷水位出现时间滞后于相应气温的出现时间,滞后时间值与水文站离冰舌距离、流域面积大小有关。峰谷交替及其形态的陡缓与冰内蓄水量、排洩条件有关。

(2)冰雪径流的年内分配极不均匀。5月初消融初期流量比较小,径流量高度集中在强烈消融期(6~8月)。祁连山老虎沟冰川1960年6~8月径流量佔年径流量的90.0%(图3)。海洋性冰川的消融期,一般为 4~10月,大陆性冰川为5~9月。

(3)冰雪径流的年际变化主要受气候变化制约。在高温干旱年份,冰川支出量大于积累量,冰川处于负平衡状态,冰雪径流量大,为丰水年。在低温溼润年,冰川物质积累量大于支出量,冰川由负平衡转为正平衡状态,冰雪径流量较小。冰雪径流年际变化以冰雪径流变差系数(Cv用区的冰雪径流变差系数比出山口河流径流的变差系数大,前者Cv=0.20~0.30,后者Cv=0.10~0.20。

(4)冰雪径流模数。指单位时间内单位冰川面积的融水量,以升/(秒·平方公里)表示。 它反映不同型别的冰川、或同一型别但分布在不同气候区的冰川的融水径流强度。海洋性冰川的径流模数比大陆性冰川大。中国的念青唐古拉古乡冰川(海洋性)的径流模数为190升/(秒·平方公里),帕米尔慕士塔格山的一条冰川(大陆性)为40升/(秒·平方公里)。同样是大陆性 (或海洋性)冰川,降水量少冰雪径流模数小,反之,则大。

冰雪融水对河流的补给

冰川象一座“固态水库”起著多年调节河流径流量的作用。在高温干旱年份,冰川释放大量冰雪融水,补充河流水量的不足,而在冷溼年份天然固态降水储存于冰川。冰雪融水可以缓和河流丰枯水年水量的变化。这种调节能力主要视冰雪融水对河流补给比重的大小。中国天山西段台兰河,冰雪融水补给量约佔50%,1962年降水量比正常年减少19.6%,而河流径流量却比正常年大23.2%。1971年降水量比正常年大46.5%,而河川径流量却小9.9%。

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