氣候變化對(duì)半干旱區(qū)流域徑流影響的分析研究

王 進(jìn)

（甘肅省定西水文水資源勘測(cè)局，743000，定西）

氣候變化對(duì)半干旱區(qū)流域徑流影響的分析研究

王 進(jìn)

（甘肅省定西水文水資源勘測(cè)局，743000，定西）

氣候；半干旱區(qū)；徑流；人類活動(dòng)；研究

水資源短缺是制約半干旱區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。由于氣候變化和人類活動(dòng)改造自然能力的不斷提高，導(dǎo)致水資源循環(huán)在時(shí)空分布上發(fā)生了很大變化。在過(guò)去50年，地球表面溫度平均每10年上升0.13℃。全球氣候變暖導(dǎo)致日益嚴(yán)重的水資源危機(jī)問(wèn)題，引起世界各國(guó)學(xué)者的普遍關(guān)注?！吨袊?guó)21世紀(jì)議程》中指出，因全球氣候變化對(duì)我國(guó)水資源的影響，北方河流可能出現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)20年左右的枯水期，南方河流則可能出現(xiàn)大洪水，全國(guó)旱澇災(zāi)害將更趨頻繁。為此，加強(qiáng)對(duì)半干旱區(qū)流域徑流特征的分析研究，實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置，已成為缺水地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的焦點(diǎn)。以祖厲河流域?yàn)榘敫珊祬^(qū)代表流域，根據(jù)流域內(nèi)水文站和雨量站1970—2009年氣溫、降水和徑流同步時(shí)段實(shí)測(cè)水文資料序列，對(duì)氣候變化條件下流域徑流變化趨勢(shì)進(jìn)行分析探討，為流域水資源綜合治理和可持續(xù)利用提供參考依據(jù)。

一、流域概況

祖厲河流域地處東經(jīng) 104°13′～105°35′、 北緯 35°16′～36°34′之間，系黃河一級(jí)支流，發(fā)源于甘肅省華家?guī)X北側(cè)，于靖遠(yuǎn)縣紅嘴子處匯入黃河，東西寬124 km，南北長(zhǎng) 144 km，干流長(zhǎng)度為220.3 km。河源至河口平均坡度1.94‰，流域面積 10647 km2。

祖厲河流域深居內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，屬典型的北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。當(dāng)太平洋和印度洋暖濕氣流隨季風(fēng)到達(dá)本區(qū)域時(shí)，沿途受群山阻隔的消耗，形成成雨機(jī)會(huì)少、降水歷時(shí)短、時(shí)空分布不均、有效降水量小等特點(diǎn)。流域由于受長(zhǎng)期水蝕作用，呈現(xiàn)丘陵、梁、峁交錯(cuò)起伏，溝壑縱橫的黃土丘陵地貌。地形特征上受賀蘭山褶皺帶和祁連山加里東褶皺帶影響，地勢(shì)上由西南向東北傾斜，呈階梯式特征。流域內(nèi)設(shè)有會(huì)寧、郭城驛、靖遠(yuǎn)、巉口、定西5處水文站，27處雨量站，站網(wǎng)分布較為均勻，基本可控制流域水資源的分布情況。

二、流域氣候變化特征

1.氣溫變化特征

流域氣候變化特征最直接的反映表現(xiàn)為氣溫的變化。氣溫變化導(dǎo)致流域水循環(huán)條件的改變，影響降水特性的改變，最終體現(xiàn)在流域徑流量變化上。流域多年（1970—2009年）平均氣溫為7.0℃，最低年平均氣溫為5.6℃,出現(xiàn)在1976年；最高年平均氣溫達(dá)8.6℃，出現(xiàn)在2006年。分析表明：

①20世紀(jì)90年代中期以前，除1987年和1991年距平值為正，其余年份均為負(fù)值。90年代中期以后，除1996年距平值為負(fù)，其余年份均為正值，說(shuō)明20世紀(jì)90年代中期以后，流域處于明顯偏暖期，平均氣溫增加值達(dá)1.3℃。

②流域氣溫上升趨勢(shì)顯著，氣候變暖特征明顯。

2.降水變化特征

氣溫變化直接影響流域降水特性的變化，從而導(dǎo)致流域徑流量的改變。據(jù)統(tǒng)計(jì)，流域降水量對(duì)應(yīng)1970—2009年間的多年平均值為291.5mm，且隨著流域氣溫升高呈減少趨勢(shì)，70年代平均為310.5mm，到21世紀(jì)初為268.8 mm，降幅13.4%。特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期以后，下降趨勢(shì)尤為明顯。

三、流域徑流變化特征

1.徑流年際變化

流域徑流的年際變化大，流域內(nèi)各水文站變差系數(shù)CV值在0.53～0.71之間，隨著集水面積的增大而減小。分析表明:流域多年平均年徑流量為0.959億m3，徑流量呈明顯衰減趨勢(shì)。20世紀(jì)90年代中期以前，各年份距平值大多在均值上方波動(dòng)，處于偏豐時(shí)期，90年代中期以后，除1996年和1999年略偏豐外，其余年份均在均值下方波動(dòng)，偏枯明顯。以1995年作為分界點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，90年代中期以后徑流比90年代中期以前減少約33.8%。

2.徑流年內(nèi)季節(jié)變化

流域徑流的年內(nèi)分配極不均勻，汛期（6—9月）徑流量占全年的79%，非汛期（10—5月）僅占21%。最大月徑流量一般出現(xiàn)在7—8月，最小月徑流量出現(xiàn)在1月。上游枯水期經(jīng)常發(fā)生河道干涸，冬季發(fā)生連底凍現(xiàn)象；中下游相對(duì)穩(wěn)定。

四、氣候變化對(duì)流域徑流的影響分析

氣候變化和人類活動(dòng)是影響河川徑流的主要因素。全球氣候的變化受熱條件及大氣環(huán)流的改變,必將引起水資源循環(huán)的時(shí)空分布發(fā)生變化。大氣候變化影響小流域水文的變化，具體體現(xiàn)在流域降水、徑流特征的變化。

對(duì)40年流域徑流和氣溫資料作線性相關(guān)分析，可見(jiàn)兩者之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.305，經(jīng)檢驗(yàn)，在置信度水平a=0.05時(shí)達(dá)到顯著水平，表明隨流域氣溫升高流域年徑流呈減少趨勢(shì)。

為進(jìn)一步說(shuō)明氣候變化對(duì)流域徑流的影響，考慮降水量是流域氣候變化響應(yīng)因子和流域徑流變化影響因子，同時(shí)受人類活動(dòng)影響相對(duì)較小，則以降水量作為參證因子，點(diǎn)繪流域年降水量與年徑流量時(shí)序累積值相關(guān)曲線圖，分析流域徑流變化趨勢(shì)，見(jiàn)圖1。

從圖1可見(jiàn)，20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始流域雨—水關(guān)系發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，圖中表現(xiàn)為曲線向上折，年徑流量減幅達(dá)33.8%。這可能與流域人類活動(dòng)加劇和流域內(nèi)水利水保工程措施有關(guān)。據(jù)有關(guān)資料的不完全統(tǒng)計(jì)，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，流域內(nèi)興修水平梯田 130多萬(wàn)畝 （8.66萬(wàn) hm2），關(guān)川河流域綜合治理種草留床面積達(dá) 61.2 萬(wàn)畝（4.08 萬(wàn) hm2），造林累計(jì)64萬(wàn)畝（4.3萬(wàn) hm2）。 同時(shí)，為滿足工農(nóng)業(yè)和城市生活用水需要，上游先后修建小型水庫(kù)21座，修建截流引水工程多處。這一系列措施的實(shí)施，使流域植被覆蓋率大幅度提高，改善了流域下墊面條件，同時(shí)也增加了水量消耗，減輕了水土流失，從而影響流域徑流量的減少。90年代以后為解決干旱山區(qū)群眾生活生產(chǎn)用水實(shí)施的“121雨水集流工程”，也對(duì)流域徑流產(chǎn)生了一定影響。經(jīng)過(guò)量化評(píng)估統(tǒng)計(jì)表明，水利水保工程措施即人類活動(dòng)引起徑流的變化量為0.258億m3，占徑流變化總量的71.3%，而氣候變化對(duì)降水量影響引起年徑流變化量為0.104億m3，占徑流變化總量的28.7%。

五、結(jié)語(yǔ)與討論

經(jīng)過(guò)對(duì)祖厲河流域氣候與水文因素的分析，可得出如下結(jié)論：

①利用肯德?tīng)?Kendall)秩次相關(guān)檢驗(yàn)法進(jìn)行趨勢(shì)變化顯著性檢驗(yàn)表明，流域氣候變暖特征顯著。自20世紀(jì)90年代中期以后，流域氣溫處于明顯偏暖期，比20世紀(jì)90年代中期以前均值增高達(dá)1.3℃。

②流域的年徑流量呈逐年遞減趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代中期以后減幅尤為明顯，徑流量平均值比20世紀(jì)90年代中期以前減少了33.8%。

③流域徑流對(duì)氣候變化響應(yīng)敏感。經(jīng)相關(guān)分析表明，兩者之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明隨流域氣溫升高流域年徑流量呈遞減趨勢(shì)。

④通過(guò)年降水量為參證因子對(duì)年徑流量影響評(píng)估表明，氣候變化對(duì)降水量影響引起年徑流變化量占徑流變化總量的28.7%，而人類活動(dòng)及其他因素引起徑流的變化量占徑流變化總量的71.3%，說(shuō)明氣候變化對(duì)徑流影響小于人類活動(dòng)及其他因素對(duì)徑流的影響。

綜上所述，祖厲河流域自20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，流域雨—水關(guān)系發(fā)生明顯變化，徑流量衰減趨勢(shì)明顯，這與流域氣候變化和人類活動(dòng)影響有關(guān)。因此，應(yīng)注重使用清潔能源，減少溫室氣體排放；同時(shí)，應(yīng)全面統(tǒng)籌規(guī)劃，合理開(kāi)發(fā)配置流域水資源，從而實(shí)現(xiàn)流域水資源的可持續(xù)利用，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供資源保障。

[1]IPCC.Climate Change 2007:The physical Science basis.Contribution of Working GroupⅠto the Fourth Assessment[M].New York:Cambridge University press，2007.

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[3]夏軍，談戈.全球變化與水文科學(xué)新的進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].資源科學(xué)，2002（3）.

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[5]曹明亮，張弛，周惠成，等.豐滿上游流域人類活動(dòng)影響下的降雨徑流變化趨勢(shì)分析[J].水文，2008（5）.

[6]黃維東.人類活動(dòng)對(duì)祖厲河流域徑流變化的影響分析[J].水資源研究，2002（2）.

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A

1000-1123（2011）03-0018-02

2010-11-04

王進(jìn)（1972—），男，工程師，主要從事水文水資源分析研究工作。

責(zé)任編輯 張智吾