李 舟

(北京節(jié)能環(huán)保中心，北京100029)

氣候是形成和影響地表水資源的重要因素。在全球氣候變暖的背景下，內(nèi)陸寒區(qū)出山徑流量的變化對(duì)中下游地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、防汛抗旱和生態(tài)環(huán)境保護(hù)有著直接的影響。氣候因素中的降水和蒸發(fā)直接影響著徑流量的大小和變化，降水量多、蒸發(fā)量小徑流量就多，反之則少。氣溫等因素通過影響降水和蒸發(fā)間接影響著徑流［1］。全球變暖將在總體上引起地球表面蒸散發(fā)量的增加，因而將引起降水量的增加?，F(xiàn)今氣候模擬計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)?shù)厍虮砻鏆鉁仄骄?.5～4.5℃時(shí)，全球年均降水量將增加3%～15%，但在時(shí)間和空間上的分布是極不均勻的，當(dāng)一些地區(qū)的降水量增加時(shí)，另一些地區(qū)的降水量有可能減少。在全球水資源日趨緊張的情況下，氣候變化對(duì)水資源的影響已受到普遍關(guān)注。

1 情景定義

情景(Scenario)描繪了未來(lái)世界發(fā)展的各種可能性。一個(gè)情景由許多相互關(guān)聯(lián)的變量組成，在一系列連貫的有關(guān)主要發(fā)展驅(qū)動(dòng)因素及其相互關(guān)系的假設(shè)或理論基礎(chǔ)上，形成對(duì)未來(lái)世界的總體描述。由于許多物理系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)的未來(lái)演變是不可預(yù)測(cè)的或者預(yù)測(cè)結(jié)果具有很大的不確定性，因此情景有助于我們了解復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展的可能性。情景不是對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)或預(yù)報(bào):預(yù)報(bào)描述了極有可能發(fā)生的未來(lái)，而情景只描述了也許會(huì)發(fā)生的未來(lái)，各種不同的情景構(gòu)成了可供選擇的未來(lái)世界的發(fā)展藍(lán)圖;預(yù)測(cè)通常是基于一個(gè)或多個(gè)變化的歷史趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單外推，而情景是一種把有關(guān)未來(lái)的定性構(gòu)想與基于模擬的定量表達(dá)聯(lián)系起來(lái)的工具，以此加深我們對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制、行為特征以及發(fā)展過程的認(rèn)識(shí)。

對(duì)于科學(xué)評(píng)估和決策過程來(lái)說，情景是一種有用的工具。在氣候變化領(lǐng)域，情景是進(jìn)行氣候模擬、評(píng)估氣候變化影響和脆弱性、選擇適應(yīng)和減緩措施以及分析氣候變化相關(guān)政策的基礎(chǔ)。

2 水資源對(duì)氣候變化的敏感性分析

天然徑流對(duì)氣候變化的敏感性是指一個(gè)或幾個(gè)氣候變量(如氣溫、降水等)的較小變化對(duì)天然徑流產(chǎn)生的放大效應(yīng)。如果某一流域的氣候變幅較小，而它對(duì)水文水資源產(chǎn)生的放大效應(yīng)很大，則稱這一水文水資源系統(tǒng)對(duì)氣候變化的反應(yīng)敏感。敏感性是反應(yīng)水資源系統(tǒng)對(duì)氣候變化適應(yīng)能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)敏感性進(jìn)行研究對(duì)于揭示不同流域水文要素響應(yīng)氣候變化的機(jī)理和差異有一定的作用［2］。

IPCC(聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì))給出的敏感性定義是:系統(tǒng)受到與氣候有關(guān)的刺激因素影響的程度，包括不利和有利的影響。與氣候有關(guān)的刺激因素是指所有氣候變化特征，即平均氣候狀態(tài)、氣候變異和極端事件的頻率與強(qiáng)度。這些影響可以是直接的(如氣候均值及氣候變異變化所引起的作物產(chǎn)量變化)或間接的(如海平面上升引起的沿海地帶洪水頻率增加而造成的損失)。水文要素對(duì)氣候變化的敏感性是指流域的徑流、蒸發(fā)及土壤水對(duì)假定的氣候變化情景響應(yīng)的程度。

假定的氣候變化情景由給定的降水變化(如0，±10%，±20%)和氣溫變化(如0，±1，±2，±3℃)組合而成。水文要素對(duì)不同氣候情景的響應(yīng)表示為

式中:WP，T為現(xiàn)狀徑流量，m3;WP+ΔP，T+ΔT為降水變化 ΔP、氣溫變化 ΔT情景下的徑流量，m3;ηΔP，ΔT為徑流量在降水變化 ΔP、氣溫變化ΔT情況下的變化率，%。

在敏感性研究中，假定氣候變化情景不改變歷史氣候的時(shí)空分布，且未來(lái)將重現(xiàn)降水、氣溫和蒸發(fā)縮放后的序列。在相同的氣候變化情景下，響應(yīng)的程度愈高則水文要素就愈敏感，反之則不敏感。對(duì)徑流敏感性進(jìn)行分析可以確定影響徑流變化的主要因素和次要因素。然而，水文要素對(duì)假定的氣候變化情景的響應(yīng)程度并不是對(duì)未來(lái)氣候變化條件下的預(yù)測(cè)［3］。

3 研究區(qū)概況

研究區(qū)為石羊河流域。石羊河位于甘肅省河西走廊東部的烏稍嶺以西、祁連山北麓，流域面積4.16萬(wàn)km2，屬河西走廊三大內(nèi)陸河之一。石羊河發(fā)源于南部的祁連山區(qū)，自東向西由大靖河、古浪河、黃羊河、雜木河、金塔河、西營(yíng)河、東大河、西大河等8條河流匯集而成，上游祁連山區(qū)屬于高寒濕潤(rùn)、亞濕潤(rùn)、亞干旱區(qū)，年平均降水量500～700 mm，年蒸發(fā)量800 mm左右，河道徑流以大氣降水和高山冰雪融水為主要補(bǔ)給水源。上游的祁連山區(qū)是石羊河水資源的主產(chǎn)區(qū)，面積1.1萬(wàn)km2;中下游屬于河西北部溫帶干旱區(qū)，年均降水量150～250 mm，年蒸發(fā)量800～1800 mm，是石羊河水資源的徑流區(qū)和排泄區(qū)。

4 不同氣候情景下的地表徑流模擬分析

選取石羊河水系之一的西大河50%平水年設(shè)計(jì)來(lái)水保證率下的年徑流量作為本底值進(jìn)行情景分析。

根據(jù)未來(lái)氣候的可能變化趨勢(shì)，設(shè)置9種氣候情景方案:降水變化( －10%，0，10%)，氣溫變化( －1 ℃，0，1 ℃)，兩兩組合形成未來(lái)氣候變化的9種假想情景。根據(jù)徑流敏感性的定義，利用水文模型計(jì)算各種氣候情景下的徑流量及氣候變化對(duì)徑流的影響，其結(jié)果見表1。

表1 不同氣候情景下西大河年徑流量的變化

由表1可以看出:①在年降水量不變的情況下，氣溫下降比升高對(duì)年徑流量的影響略大，氣溫每升高1℃，西大河年徑流量將減少9.59%;每降低1℃，年徑流量增加12.15%。②在氣溫不變的情況下，降水量增加相同的幅度與減少相同的幅度對(duì)年徑流量的影響基本相當(dāng)，即當(dāng)降水量增加或減少10%時(shí)，西大河年徑流量將增加或減少約18%。③降水量增加同時(shí)氣溫降低對(duì)年徑流量的影響程度最大。當(dāng)降水量增加10%、氣溫降低1℃時(shí)，西大河年徑流量將增加31.34%。

為了分析徑流對(duì)氣候變化敏感性的一般性規(guī)律，圖1給出了西大河流域氣溫、年降水量與年徑流量變化關(guān)系曲線。

圖1 西大河流域氣溫、年降水量與年徑流量變化關(guān)系

由圖1關(guān)系曲線和表1數(shù)據(jù)可以得出以下認(rèn)識(shí):①西大河年徑流量隨降水量的增加而增大，隨氣溫的升高而減小，年徑流量對(duì)降水和氣溫變化的敏感性同等顯著，二者是影響徑流變化的兩大主要因素。②氣溫對(duì)徑流的影響隨降水的增加而更為明顯，二者同時(shí)變化加速了對(duì)年徑流量的影響，如當(dāng)氣溫降低1℃、年降水量增大10%時(shí)，年徑流量變化幅度達(dá)到最大，為31.34%。

5 不同氣候情景下徑流年內(nèi)分配的變化

氣候變化不僅影響著年徑流量的變化，而且也將改變徑流在年內(nèi)的分配。假定在50%平水年不同氣候情景的月徑流量模擬(降水量變化ΔP=±10%和保持不變，氣溫變化ΔT=±1℃和保持不變)，從中選取4種有代表性的組合方式，即A1(ΔP=10%，ΔT= －1 ℃)、A2(ΔP=10%，ΔT=1 ℃)、A3(ΔP=－10%，ΔT=1℃)、A4(ΔP=0%，ΔT=0 ℃)。表2和圖2為西大河在這4種氣候情景下徑流量的年內(nèi)分配情況。

表2 不同情景下西大河年徑流量分配過程 億m3

圖2 水資源情景分析中的西大河年內(nèi)徑流量分配

由表2和圖2可以看出:①自上而下4條變化曲線依次為A1、A2、A4、A3。在 A1與 A3情景下，徑流量變化幅度最大，兩種情景使得徑流量向同一個(gè)方向加速變化。②氣溫變化對(duì)徑流量的影響隨降水的增加顯得更為明顯，各曲線之間的間距在汛期達(dá)到最大，說明氣溫和降水二者同時(shí)變化加大了對(duì)汛期徑流量的影響。如圖2所示，A3與A4情景相比，西大河徑流量在7—9月最大減少0.1億m3;1—4月及12月份敏感性不顯著，5月份起變化幅度開始增大，原因?yàn)閺搅髁繒?huì)因高山冰雪融水而增加，同時(shí)溫度升高在冬季對(duì)徑流量的影響很小(從圖中看不出有較明顯的變化)。這主要是融冰(雪)水的補(bǔ)給量增量與蒸發(fā)量增量相抵消所致，另外融雪徑流對(duì)流域的影響相對(duì)滯后，融雪徑流大部分補(bǔ)給為土壤水。③相比而言，非汛期降水和氣溫變化對(duì)徑流量的影響程度相當(dāng)，汛期降水變化對(duì)徑流量的影響更為顯著，如:當(dāng)氣溫保持增加1℃時(shí)，降水量在其間變化20%(A2和A3情景下)，西大河8月份的徑流量變化0.14億m3;當(dāng)降水量保持增加10%時(shí)，溫度在其間變化2℃(A1和A2情景下)，西大河8月份的徑流量變化0.11億m3。④從年內(nèi)的分布來(lái)看，5—8月份的徑流量對(duì)溫度的變化反應(yīng)更加強(qiáng)烈，這意味著在未來(lái)氣溫變化的研究中，氣溫增幅對(duì)徑流年內(nèi)分配變化的影響將更加重要。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)氣候變化對(duì)水資源的影響主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:①加速或減緩水氣的循環(huán)，改變降水的強(qiáng)度和歷時(shí)，變更徑流量的大小，加大洪災(zāi)、旱災(zāi)的強(qiáng)度與頻率，以及誘發(fā)其他自然災(zāi)害等。②對(duì)水資源有關(guān)項(xiàng)目規(guī)劃與管理的影響，包括降水量和徑流量的變化以及由此而產(chǎn)生的海平面上升、土地利用、人口遷移、水資源的供求和水力發(fā)電變化等。③加速水分蒸發(fā)，改變土壤水分含量及其滲透速率，由此影響農(nóng)業(yè)、森林、草地、濕地等生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其生產(chǎn)量等。

(2)研究表明，西大河年徑流量會(huì)隨年降水量的增加而增大，隨氣溫的升高而減小。因此，應(yīng)根據(jù)氣候變化對(duì)中下游受水區(qū)制定相應(yīng)的用水配水方案。

［1］高惠蕓.新疆阿克蘇河流域徑流量對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究［D］.烏魯木齊:新疆師范大學(xué)，2007.

［2］史玉品.黃河源區(qū)氣候變化及其對(duì)水資源的影響［D］.南京:河海大學(xué)，2006.

［3］王國(guó)慶.氣候變化對(duì)黃河中游水文水資源影響的關(guān)鍵問題研究［D］.南京:河海大學(xué)，2006.