某流域水文氣象要素變化對(duì)水體的影響分析

張 燕

(昌吉水文勘測局，新疆 昌吉 831100)

水是地球上生物生存的重要資源和最基本的物質(zhì)[1-2]。無論是作為一種獨(dú)立的環(huán)境因素，還是作為一種資源，水資源都在人們的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著巨大的作用。氣候變化對(duì)地表水資源影響巨大[3-6]。探索氣候變化條件下的水資源演變規(guī)律是水科學(xué)領(lǐng)域面臨的新挑戰(zhàn)，也是理解區(qū)域水文循環(huán)過程的重要組成部分[7]。

1 研究區(qū)概況

塔里木河是中國最大的內(nèi)陸河，全長1321 km。發(fā)源于天山和昆侖山的阿克蘇河，和田河，葉爾塔河和開都河為塔里木河的主要干流提供了水源。歷史上，干流由流域內(nèi)九個(gè)較大的支流補(bǔ)給，但現(xiàn)在只有三個(gè)上游源頭的河流，即阿克蘇河、葉爾羌河以及和田河補(bǔ)給。其中，阿克蘇河是最大的支流，占塔里木河在阿拉爾的流量的70%～80%。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用塔里木河上游阿圖什水文站1990年～2015年實(shí)測徑流資料，該資料由塔里木河干流管理局提供，各站時(shí)間序列為1990年～2015年，氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(HTTP//CDC)中國地面氣候數(shù)據(jù)年值數(shù)據(jù)集。CMA公司。政府網(wǎng)站)。選取了研究區(qū)6個(gè)監(jiān)測站1990年～2015年25個(gè)時(shí)段的蒸發(fā)降水資料。本文主要利用資料分析地表水氣候變化的影響因素。

2.2 研究方法

流域水文序列在一定程度上反映了一定時(shí)期內(nèi)流域的氣象條件、自然地理?xiàng)l件和人力資源狀況流域下墊面條件的變化將影響或引起流域水文系列資料的變化。序列趨勢(shì)識(shí)別方法通常采用Mann-Kendall檢驗(yàn)和線性趨勢(shì)回歸分析。

MK檢驗(yàn)法是Mann和Kendall首先提出的一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法。樣品不需要遵循一定的分布。由于水文資料的隨機(jī)性和不確定性，該方法用于降水、徑流等水文要素時(shí)間序列的趨勢(shì)分析。

有序聚類法根據(jù)同類區(qū)間差平方和最小和不同區(qū)間差平方和最大的原則來判斷最優(yōu)分割點(diǎn)。這種方法常用于水文序列中，用來檢驗(yàn)降水、蒸發(fā)和徑流序列的可能變化點(diǎn)。

傳統(tǒng)的t檢驗(yàn)是對(duì)序列變異點(diǎn)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，但找不到序列變異點(diǎn)。因此，謝平在傳統(tǒng)t檢驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，提出了滑動(dòng)t檢驗(yàn)方法，在變異點(diǎn)顯著性的基礎(chǔ)上增加了變異點(diǎn)的搜索。

3 研究結(jié)果

3.1 水文氣象要素檢驗(yàn)

根據(jù)塔里木流域?qū)崪y資料，分析流域內(nèi)各雨量站年降水量、年蒸發(fā)量和年徑流量的變化趨勢(shì)，結(jié)果見表1。

表1 流域內(nèi)各站點(diǎn)氣象要素趨勢(shì)檢驗(yàn)匯總

經(jīng)M-K非參數(shù)秩次相關(guān)檢驗(yàn)分析，由表1可知，塔里木流域內(nèi)的三個(gè)雨量站降水呈顯著上升趨勢(shì)，僅有阿克蘇雨量站降水呈顯著上升趨勢(shì)，阿圖什水文站徑流呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，喀什站蒸發(fā)量呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。

1990年～2015年，流域年平均徑流量9520萬m3，呈相對(duì)穩(wěn)定的下降趨勢(shì)。但2001年以后，流域年徑流量急劇減少。2001年～2015年，年平均徑流量為3530萬m3，僅為前者的37.1%。

采用有序聚類分析方法，確定了塔里木盆地年徑流量的突變點(diǎn)。塔里木盆地年徑流時(shí)間序列有3個(gè)跳躍點(diǎn)，分別是1995年、2001年和2007年。1995年流域年徑流量4200萬m3，2001年流域年徑流量5100萬m3。在1995年和2001年，小范圍的最小值導(dǎo)致了跳躍點(diǎn)。因此，2001年塔里木盆地年徑流量發(fā)生了突變。

采用滑動(dòng)t檢驗(yàn)法對(duì)塔里木盆地年徑流躍點(diǎn)進(jìn)行分析判斷。根據(jù)t分布表，雙側(cè)檢驗(yàn)95%置信區(qū)間對(duì)應(yīng)的t值為2.01。塔里木盆地的大多數(shù)t檢驗(yàn)曲線都超出了置信區(qū)間，所以認(rèn)為該跳躍點(diǎn)是顯著的。2001年塔里木盆地年徑流量t統(tǒng)計(jì)值最大，達(dá)5%以上經(jīng)性別水平檢驗(yàn)，2001年是塔里木盆地年徑流序列的可能變化點(diǎn)。

3.2 水體變化趨勢(shì)

為探索研究區(qū)地表水面積增減的來源、這些轉(zhuǎn)移的空間位置以及與之相關(guān)的土地利用，對(duì)研究區(qū)地表水和其他土地利用的轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，得到研究區(qū)地表水和其他土地利用的數(shù)量與空間轉(zhuǎn)出分布的關(guān)系。

在塔里木河流域研究區(qū)土地利用/覆被綜合變化的影響下，近25年來，研究區(qū)地表水總面積呈增加趨勢(shì)。25年來，調(diào)水總面積7166 km2，原調(diào)水總面積4580 km2，總面積增加2586 km2，增幅56.4%，年均增幅2.25%。研究區(qū)內(nèi)，各局部變化期地表水調(diào)出面積占各局部變化期地表水總覆蓋面積的22.63%，其中2005年～2010年最大，1995年～2000年最小，為9.57%。此外，各局部變化期地表水調(diào)出面積2547 km2，其中2005年～2010年最大為10022 km2，5個(gè)變化期平均為6560 km2，各變化期地表水調(diào)出面積值變化先增大后減小。在各地變化的各個(gè)時(shí)期，地表水的轉(zhuǎn)移主要還是向未利用土地和草地轉(zhuǎn)移。

表2 地表水體轉(zhuǎn)移面積分布表 單位：km2

3.3 氣候因素對(duì)水體的影響

選取1990年之間的15個(gè)年份進(jìn)行相關(guān)分析，選取與地表水體關(guān)系最為密切的蒸發(fā)氣候因子，分析塔里木河流域地表水體氣候變化的影響因素。

蒸發(fā)是引起水域面積變化的直接因素之一。從圖1可以看出，2000年～2008年日蒸發(fā)量和水域面積的變化趨勢(shì)大致相同，但日蒸發(fā)量的變化比水域面積的變化慢；2008年以后，日蒸發(fā)量和水域面積的變化速度相同，但變化趨勢(shì)完全相反。塔里木盆地水域面積與日蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)。隨著蒸發(fā)量的增加，水體面積趨于減小。研究區(qū)非冰川地表水面積占研究區(qū)總面積的比例很小，因此水面蒸發(fā)造成的水資源減少也較少?？梢?，研究區(qū)因氣溫升高引起的水資源蒸發(fā)消耗較多。

圖1 蒸發(fā)量與水體面積相關(guān)圖

4 結(jié)論

塔里木流域地處于中國西北內(nèi)陸地區(qū)，水資源十分缺乏。本文以水文學(xué)研究方法為切入點(diǎn)，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)及遙感技術(shù)。探究塔里木流域氣候變化下水體的變化規(guī)律。最終得出：塔里木流域內(nèi)的三個(gè)雨量站降水呈顯著上升趨勢(shì)，僅有阿克蘇雨量站降水呈顯著上升趨勢(shì)，阿圖什水文站徑流呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，喀什站蒸發(fā)量呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。