劉可群, 梁益同,周金蓮,劉 敏

(1. 武漢區(qū)域氣候中心， 武漢 430074； 2. 武漢中心氣象臺(tái)， 武漢 430074)

人類活動(dòng)與氣候變化對(duì)洪湖春旱的影響

劉可群1,*, 梁益同1,周金蓮2,劉 敏1

(1. 武漢區(qū)域氣候中心， 武漢 430074； 2. 武漢中心氣象臺(tái)， 武漢 430074)

近年來洪湖地區(qū)干旱事件頻繁發(fā)生，對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境造成了極大影響。利用1960—2011年氣候資料、近30年洪湖水文、土地利用資料，采用湖泊水量平衡方法、統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法，研究分析了人類活動(dòng)和氣候變化對(duì)洪湖春季干旱的影響。結(jié)果表明：伴隨全球氣候變化該地區(qū)年降水和夏季降水呈增加趨勢(shì)，而春季降水尤其是春季少雨年的降水量減少趨勢(shì)明顯，其減少速率為12.57 mm/10a，達(dá)到了α=0.1顯著水平；洪湖5月水位高度依賴春季降水，降水對(duì)它貢獻(xiàn)率為0.36 m/100mm。近20年來，洪湖周邊兩縣市水產(chǎn)養(yǎng)殖面積增加了7倍，在降水偏少時(shí)，農(nóng)業(yè)灌溉需水量20a增加了4.14×108m3以上；水產(chǎn)養(yǎng)殖消耗大量春季水資源，對(duì)洪湖5月水位的影響率為-0.158 m/104hm2,達(dá)到了0.1的顯著性水平。人類活動(dòng)與氣候變化是洪湖春旱增多加重兩個(gè)重要原因，比較它們的變化量與影響率，人類活動(dòng)對(duì)洪湖春旱的影響更大。為維護(hù)洪湖生態(tài)功能，減輕干旱影響，必須調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。

洪湖；水位；春季干旱；水產(chǎn)養(yǎng)殖

洪湖是湖北省最大的淡水湖，也是中國七大淡水湖之一，它位于長江中游江漢平原腹地。1951年圍湖造田以來，江湖一體格局被打破，包括洪湖流域在內(nèi)的江漢平原湖泊數(shù)量、面積急劇下降[1- 3]，20世紀(jì)80年代中后期湖泊面積變化趨于穩(wěn)定。20世紀(jì)70年代中后期江湖隔斷后，長江上游來水對(duì)洪湖影響小，特別是洪湖春季水資源的影響更小，洪湖實(shí)質(zhì)上成為這一地區(qū)的大型平原水庫[2]，承擔(dān)著中下游地區(qū)汛期蓄洪、冬春灌溉的任務(wù)，也承擔(dān)了生物多樣性、旅游、環(huán)境凈化等多種功能。

近幾十年來湖泊濕地遭遇了水面萎縮、水體干涸、濕地退化、旱澇急轉(zhuǎn)等一系列水文與生態(tài)問題[4- 6]，導(dǎo)致濕地所擁有的多項(xiàng)功能正逐漸削弱。特別是2011年冬春連旱更為歷史所罕見，洪湖湖水干枯，生態(tài)幾乎遭受毀滅性的破壞。盡管在不同時(shí)期和不同區(qū)域湖泊水文和生態(tài)變化的原因各不相同，但一般認(rèn)為是人類活動(dòng)和氣候變化共同作用的結(jié)果[7- 9]，而人類活動(dòng)和氣候變化哪個(gè)是主因，各有多大影響力至今仍存在爭議。到目前為止，有關(guān)洪湖生態(tài)環(huán)境及其變化的研究不少[1- 3，10- 12]，但對(duì)導(dǎo)致洪湖湖泊生態(tài)環(huán)境變化的主要因子進(jìn)行定量分析的研究并不多見。本文利用降水、水文、土地利用資料，采用湖泊水量平衡原理、統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法，量化分析人類活動(dòng)和氣候變化對(duì)洪湖春季干旱的影響，旨在為恢復(fù)洪湖濕地生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料來源及方法

1.1 資料來源

研究區(qū)域如圖1。氣象資料為洪湖流域及其周邊各地面氣象觀測(cè)臺(tái)站實(shí)測(cè)地面氣象數(shù)據(jù)，資料年代統(tǒng)一為1960—2011年，數(shù)據(jù)來自于湖北省氣象檔案館；1982—2011年逐日洪湖挖溝咀水位來自荊州市水利局；水產(chǎn)養(yǎng)殖面積來自于湖北省統(tǒng)計(jì)局湖北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒編輯委員會(huì)[13]。

圖1 研究區(qū)域地理位置示意圖Fig.1 Location of study area

1.2 方法

洪湖流域降水量計(jì)算

研究區(qū)域內(nèi)有荊門、荊州、監(jiān)利、洪湖4個(gè)氣象站點(diǎn)，且站點(diǎn)分布不均勻(圖1)，利用簡單的算術(shù)平均方法計(jì)算其區(qū)域降水量不盡合理，精度也較低[14]；為了較科學(xué)準(zhǔn)確反映該區(qū)域降水情況，本研究對(duì)區(qū)域以0.05°×0.05°網(wǎng)格化，增加周邊相鄰的公安、潛江、仙桃、嘉魚等站點(diǎn)逐日降水資料，采用距離平方反比法(計(jì)算公式如式1)，計(jì)算區(qū)域內(nèi)各網(wǎng)格點(diǎn)降水量，再對(duì)所有網(wǎng)格降水值求其平均，即得到區(qū)域降水量。

(1)

式中,n為格點(diǎn)數(shù)目，Ri為第i點(diǎn)的樣點(diǎn)值，di為第i樣點(diǎn)到插值點(diǎn)的距離，R為待估值。當(dāng)樣點(diǎn)與插值點(diǎn)重合時(shí)樣點(diǎn)權(quán)重為1，其它點(diǎn)權(quán)重為0，插值點(diǎn)值等于樣點(diǎn)值。

洪湖水文干旱標(biāo)準(zhǔn): 美國著名水文學(xué)家Ray K.Linsley[15]把水文干旱定義為“某一給定的水資源管理系統(tǒng)下，河川徑流在一定時(shí)期內(nèi)滿足不了供水需要”；袁文平等[16]人提出生態(tài)環(huán)境用水是水文干旱的重要指標(biāo)。魏顯虎等[3]研究指出洪湖春季水位控制在24 m以上，是內(nèi)荊河航運(yùn)、春季旅游、漁業(yè)生產(chǎn)和抗(春)旱水文重要指標(biāo)；寧龍梅等[11]利用生物最小空間法和生態(tài)水文法計(jì)算認(rèn)為洪湖濕地維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的最低生態(tài)水位為23.64 m。本文以月平均水位24.0 m為一般性干旱水位；以月平均水位23.64 m為大旱水位標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 洪湖春旱及其與氣候因子關(guān)系

圖2是1982—2011年洪湖水位及降水量、水位及其均方差、5月水位時(shí)間變化特征；表1 是1982—2011年30a間百分位為10的最低與最高的各月平均水位，即3a最低與3a最高月平均水位值及它們差值。從圖2a中可以看出：洪湖水位低值出現(xiàn)在冬春交替季節(jié)2—3月，月平均水位為23.98—24.02 m；洪湖水位最高3個(gè)月為7—9月，月平均水位為25.16—25.24 m；相較降水最多的5—7月在季節(jié)上滯后2個(gè)月；在春季隨時(shí)間推移降水量增加迅速，而

水位升高速率卻非常緩慢，4、5月兩月分別僅比上月升高0.02、0.20 m。分析還發(fā)現(xiàn)，在30a中4月、5月水位低于24.0 m分別有10a、9a，即有1/3年份水位對(duì)航運(yùn)及春季旅游等構(gòu)成影響。從圖2b均方差值變化可以看出：5月最大，為0.66 m,12—2月最小，表明12—2月水位變化小，相對(duì)穩(wěn)定；5月水位相對(duì)較低，而變化最大，顯示5月洪湖水位極不穩(wěn)定；從圖2c顯示5月水位的不穩(wěn)定在20世紀(jì)90年代中后期至今表現(xiàn)尤為突出。從表1中看出：同為低水位年，3—5月的水位較冬季12—2月水位更低，低于23.64 m的大旱水位；統(tǒng)計(jì)還發(fā)現(xiàn)30a中春季低于大旱水位持續(xù)時(shí)間30 d以上(含30 d)的有6a；5月份尤為突出，其中兩年低于23.5 m，分別為2011年5月23.34 m和 2000年5月23.47 m，也是歷史上月平均水位最低的兩年。

入春以后隨著溫度上升，該地區(qū)農(nóng)漁業(yè)活動(dòng)逐漸展開，到4月下旬至5月雙季早稻、一季中稻移栽，漁事活動(dòng)需水量激增[17]，是造成春季湖水水位上升困難，甚至不能滿足用水需要而導(dǎo)致干旱的主要原因，因此5月水位對(duì)于洪湖春旱最具有代表性。

圖2 洪湖月水位及月降水(a)、月水位及均方差(b)以及1982—2011年洪湖平均水位(c)時(shí)間變化特征Fig.2 The time variation characteristic of the monthly mean Honghu′s water level and precipitation (a) , the monthly mean Honghu′s water level and its mean square deviation (b) and yearly mean water level from 1982 to 2011 (c)

月份Month123456低位Averageminimumwaterlevel23．6623．5523．5423．6523．5224．02高位Averagemaximumwaterlevel24．3624．3624．4124．4625．2225．20差值Waterleveldifference0．700．800．880．811．711．19月份Month789101112低位Averageminimumwaterlevel24．2024．5224．4524．3324．0723．89高位Averagemaximumwaterlevel26．4426．3226．1825．9625．3224．61差值waterleveldifference2．231．801．731．631．250．72

表2是洪湖5月水位與不同時(shí)段降水量的相關(guān)系數(shù)。表中可以看出5月水位與單月降水量相關(guān)性最好是4月，其次是5月降水量；與2個(gè)月降水總量的相關(guān)性最高的是4—5月，其次是3—4月降水量；與連續(xù)3個(gè)月降水總量的相關(guān)性最高的是3—5月，均達(dá)到了信度為α=0.001極顯著水平。再進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)時(shí)長為4個(gè)月的2—5月和1—4月，和時(shí)長5個(gè)月的1—5月降水與5月水位相關(guān)性，得到它們相關(guān)系數(shù)分別為：0.8145、0.7313、0.8112，其相關(guān)性均低于時(shí)長為2、3個(gè)月。由此可以看出：時(shí)間上距離5月越長久的時(shí)段降水，對(duì)5月水位的影響越小；5月水位與前期2—3個(gè)月的降水相關(guān)性最好；與上年度夏季(6—8月)的降水量，無論是單月還是多月均呈負(fù)相關(guān)。圖3是洪湖水位與4—5月及3—5月降水量相

表2 洪湖5月水位與不同時(shí)段降水量的相關(guān)系數(shù)

***、**、*分別表示達(dá)到0.001、0.01、0.05信度水平

圖3 洪湖水位與4—5月降水量(a)及3—5月降水量(b)相關(guān)圖Fig.3 The correlation between the Honghu water level with the precipitation from April to May (a) and from March to May (b)

關(guān)圖，從圖中看出，春季降水量對(duì)水位的影響十分明顯，春季(3—5月)降水增加或減少100 mm降水將導(dǎo)致水位上升或下降0.36 m。3—5月降水量52a(1960—2011)平均值R52為397.4 mm，春季降水減少10%，5月水位均將下降0.14 m；當(dāng)春季較常年偏少20%時(shí)洪湖水位接近一般性干旱水位，會(huì)出現(xiàn)水資源不足；當(dāng)降水偏少45%時(shí)接近大旱水位，將對(duì)該地區(qū)農(nóng)業(yè)與生態(tài)產(chǎn)生極為嚴(yán)重影響。

對(duì)水位與其它氣象因子相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)：5月水位與5月平均氣溫相關(guān)性最好，為-0.4772，達(dá)到了α=0.01信度水平；其次是4—5月的平均氣溫，相關(guān)系數(shù)為-0.3104，只達(dá)到了α=0.1信度水平；與蒸發(fā)量及其它時(shí)段溫度相關(guān)性更低。綜上所述，春季水位低，尤其是5月水位變化大、不穩(wěn)定，是洪湖濕地生態(tài)功能最容易受到影響的季節(jié)；春季降水量與5月水位的關(guān)系最密切，可見春季降水對(duì)于洪湖濕地干旱缺水至關(guān)重要。

2.2 氣候變化對(duì)洪湖春季干旱影響

圖4a、b、c是分別為洪湖流域1960—2011年年降水量、夏季降水量、春季降水量變化趨勢(shì)圖;圖4d為春季少雨年的降水量變化趨勢(shì)，即分別從不同年代中提出5個(gè)降水最低值(2000—2011年為6個(gè)最低值)組成的降水時(shí)間序列變化趨勢(shì)圖。圖中可以看出，年降水量與夏季降水量均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；春季降水量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，它們沒有通過顯著性檢驗(yàn)；而春季少雨年的降水量變化趨勢(shì)呈現(xiàn)比較明顯的減少趨勢(shì)，減少速率為-12.57 mm/10a，趨勢(shì)系數(shù)r=0.3633，信度在α=0.1以上，即過去50年春季少雨年降水量減少了62.8 mm。進(jìn)一步對(duì)3—5月、6—8月2個(gè)時(shí)段的降水量占年降水總量百分率變化趨勢(shì)分析發(fā)現(xiàn)：3—5月降水量占年降水總量百分率趨勢(shì)傾向率為-0.99%/10a，趨勢(shì)系數(shù)r=0.2154，呈下降趨勢(shì)，沒有通過顯著性檢驗(yàn)；而6—8月降水量占年降水總量百分率趨勢(shì)傾向率為1.41%/10a，趨勢(shì)系數(shù)r=0.2272，信度在α=0.1以上，呈現(xiàn)出較為明顯上升趨勢(shì)?？梢娫摰貐^(qū)年降水有越來越向夏季集中的趨勢(shì)。從表2中可以看出，夏季降水量的增加與次年5月水位為負(fù)相關(guān)，即對(duì)春季水資源有負(fù)面影響，這可能與夏季強(qiáng)降水增加[18]有關(guān)，這種強(qiáng)降水往往伴隨洪澇災(zāi)害，造成水資源量流失。

圖4 降水量時(shí)間變化趨勢(shì)，(a)為年降水量，(b)為夏季降水量，(c)為春季降水量, (d)為春季少雨年降水量變化趨勢(shì)Fig.4 Trend of precipitation, (a) for annual precipitation, (b) for the summer precipitation, (c) for spring precipitation, and (d) for the precipitation trend of drought spring years

分析還發(fā)現(xiàn)：1990—2011年相對(duì)于1960—1989年而言，枯水年(年降水量80%保證率)降水均呈明顯的增加趨勢(shì),近20年較前30年均上升了100 mm以上；豐水年(20%保證率)降水量也略有增加。而對(duì)洪湖水位影響最關(guān)鍵最重要的春季降水量來說，與年降水量特征則相反，春季少雨年的降水量越來越少，在1960—2011年的52a中春季3—5月降水量由小到大排名的前10位中有4a在2000—2011年，2a在1990—1999年，1960—1989年的30a中只有4a；且其中排在少雨年前3位的分別1997、2011、2000年，均發(fā)生在近20年。

2.3 人類活動(dòng)與洪湖春季干旱

圖5 洪湖、監(jiān)利2縣市1990年以來精養(yǎng)魚池年際變化Fig.5 Inter-annual variation characteristics of fine aquarium areas in honghu and Jianli county since 1990

衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)顯示[19]包括洪湖流域在內(nèi)的江漢平原土地利用的構(gòu)成中耕地接近70%，其中水田占59.83%；1990—2000年六大土地利用類型中旱地水田以及林地均有所減少；增加最多的是水域面積。統(tǒng)計(jì)年鑒也顯示洪湖、監(jiān)利兩縣2000年水田面積與旱地面積較1990年均減少0.5×104hm2，而水產(chǎn)面積卻增加了1.0×104hm2；2000—2011年旱地面積減少2.0×104hm2，而水產(chǎn)面積又增加了4.4×104hm2。圖5是1990年以來洪湖周邊兩縣市淡水養(yǎng)殖精養(yǎng)魚池面積逐年變化情況。圖中可以看出, 兩縣市精養(yǎng)魚池面積2000年是1991年2.1倍；2011年是1991年7.1倍，2000年的3.4倍；2000年后其增長速率明顯加快。對(duì)洪湖跟蹤監(jiān)測(cè)研究[1]顯示洪湖湖泊及其周邊灘地面積從20世紀(jì)50年代的 712 km2減少到90年代的 350 km2左右，從20世紀(jì)90年代以來基本穩(wěn)定在340—350 km2。由此可見，2010年洪湖市精養(yǎng)面積已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)現(xiàn)有的洪湖湖面面積，監(jiān)利縣精養(yǎng)面積是現(xiàn)有洪湖湖面面積的60%。精養(yǎng)魚塘是所有土地利用類型中變化最大、增長最快的一類。

5月農(nóng)業(yè)用水量是全年最多最集中時(shí)段，相對(duì)于該地區(qū)降水最多最集中的6月而言，在時(shí)間上滯后1個(gè)月左右；而近年來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，造成了春季農(nóng)業(yè)用水猛增，當(dāng)春季雨水偏少的年份，洪湖水資源不足問題顯露出來。

根據(jù)湖泊水量平衡方程[20- 21]：

ΔV=A(h)×(P-E)+Qin-Qout

(2)

式中,ΔV為湖泊庫容的變化量，A為湖泊水面面積(m2)，是水位h(m)的函數(shù)；P為湖面降雨量(mm)；E為湖面蒸發(fā)量(mm)；Qin為入湖水量(m3)；Qout為出湖水量(m3)。

當(dāng)降水、蒸發(fā)等氣象條件不變時(shí)，入湖水量Qin變化不會(huì)太大，尤其是枯水年降水偏少時(shí)更是如此。洪湖出湖水量Qout與周邊工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)用水以及外排泄洪有關(guān)。

Qout=I1+I2+L+F

(3)

式中,I1、I2、L、F分別為周邊農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)、生活、以及外排泄洪等水量(m3)，據(jù)調(diào)查該地區(qū)80%左右用水是農(nóng)業(yè)灌溉[12]，可見農(nóng)業(yè)灌溉用水I1對(duì)出湖水量Qout的影響很大，農(nóng)業(yè)灌溉用水由周邊農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)所決定。

I1=k1(W1-P)+k2(W2-P)+k3(W3-P)

(4)

式中,W1、W2、W3分別為旱作物、水稻、水產(chǎn)養(yǎng)殖耗水量，k1、k2、k3分別為旱作物、水稻、水產(chǎn)養(yǎng)殖面積占農(nóng)業(yè)用地權(quán)重系數(shù)。旱作物棉花[22]苗期日均耗水量不足3 mm，蕾期,花鈴期、吐絮期耗水量分別6.4、4.6、2.1 mm/d；玉米[23]苗期日均耗水量不足3 mm，拔節(jié)、抽穗、灌漿期耗水量分別6.3、5.4、4.7 mm/d。洪湖地區(qū)正常情況下雙季早稻4月底5月初移栽，5月中旬一季中稻進(jìn)入移栽期；水稻[24]移栽前泡田用水量129 mm，移栽后30d日均耗水量約5 mm；而水產(chǎn)養(yǎng)殖在魚苗投放(4—5月)前魚塘注水升高水位，據(jù)調(diào)查投放前魚塘注水平均升高500 mm左右,日均水面蒸發(fā)及滲漏量耗水量5—7 mm。由此可以看出，水產(chǎn)養(yǎng)殖耗水量遠(yuǎn)大于水稻，水稻遠(yuǎn)大于旱作物。

表3是根據(jù)式(4)計(jì)算的洪湖、監(jiān)利兩縣不同時(shí)間不同降水量條件下春季農(nóng)業(yè)灌溉用水需求值。218、318 mm分別為洪湖春季較常年平均偏少45%和20%的降水量。從表中可以看出：當(dāng)春季降水量分別偏少20%、45%時(shí)，2011年春季農(nóng)業(yè)灌溉需水量是1989年2倍之多；特別是在偏少45%時(shí)，其灌溉需水量相當(dāng)多年平均年入湖水量[2]19.6×108m3的45%。由此可見由農(nóng)業(yè)用地結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致灌溉用水量增加對(duì)洪湖春季水資源短缺的壓力也增加了1倍之多。

表3 洪湖、監(jiān)利兩縣降水量偏少條件下春季農(nóng)業(yè)灌溉用水需求值 (108m3)

Table 3 Water demanding of agricultural irrigation in Honghu and Jianli County in spring drought years (108m3)

春季降水量Springprecipitation198920002011318mm2．403．046．54218mm4．314．948．81

對(duì)1989—2011年精養(yǎng)魚池面積與水位進(jìn)行相關(guān)性分析，其水位與洪湖和監(jiān)利兩縣市精養(yǎng)總面積的相關(guān)系數(shù)為-0.1494, 兩者相關(guān)性不顯著。以春季3—5月52a平均降水量R52為分界線將1989—2011年4—5月降水量分為偏多與偏少兩組樣本進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，偏多一組中兩者間呈正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.1021(樣本數(shù)n=11)，不顯著，這可能是與降水過多時(shí)養(yǎng)殖戶為防止水溢魚逃，魚塘向外大量排水而導(dǎo)致洪湖抬高有關(guān)。但當(dāng)降水偏少時(shí)兩者為較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.4954(樣本數(shù)n=12),達(dá)到了α=0.1的顯著性水平,其斜率，亦即降水偏少時(shí)水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)洪湖水位的影響率為-0.158 m/104hm2。

2000年與2011年均為特大冬春連旱年，對(duì)兩者進(jìn)行了對(duì)比分析，表4是這2年春季水文氣象特征之比較。2000年5月24—25日洪湖匯水區(qū)出現(xiàn)了一次暴雨過程，2011年6月4日之后4次強(qiáng)降水過程。表中可以看出：3月1日—5月24日期間2000年較2011年降水量少21.7 mm，氣溫較2011年高1.4 ℃；從氣象要素看，截至到5月24日為止春季干旱2000年顯然重于2011年；但從水文要素上看，4月水位2011年較2000年高，4月底進(jìn)入農(nóng)業(yè)集中用水期后、2011年無論是平均水位、最低水位，還是低水位維持時(shí)間等各項(xiàng)水文特征值明顯低于2000年，2011年洪湖水文干旱明顯更旱一些。從水稻種植面積上看，2011年洪湖市早稻面積不足2000年的50%，監(jiān)利也減少10%以上; 80%以上一季中稻因無水灌溉推遲移栽；水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)僅洪湖市水產(chǎn)養(yǎng)殖面積增加了1.7倍(圖5)。對(duì)2011年大旱實(shí)地調(diào)查也是這樣，90%以上的水產(chǎn)養(yǎng)殖魚池水位雖然較一般年份同期低，但都保持了相應(yīng)水位，干旱對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖影響相對(duì)小。由此可見，春季降水量較常年偏少時(shí)精養(yǎng)魚池對(duì)水的需求及對(duì)洪湖地區(qū)造成的干旱十分明顯。

表4 2000、2011年2個(gè)典型冬春旱年洪湖水文氣象特征值比較

2.4 人類活動(dòng)與氣候變化對(duì)洪湖春旱影響比較

人類活動(dòng)與氣候變化兩者對(duì)洪湖地區(qū)水量收支變化量大小比較。如前所述，利用式(4)計(jì)算在降水偏少2成時(shí)，由于近20年土地利用的變化導(dǎo)致該地區(qū)兩縣市春季農(nóng)業(yè)灌溉需水量增加了1倍以上，即增加了4.14×108m3以上農(nóng)業(yè)灌溉需水量。與此同時(shí)氣候變化導(dǎo)致春季降水量也在下降，據(jù)圖4c、d顯示過去50a春季降水量減少速率為4.44 mm/10a，少雨年的降水量減少速率為-12.57 mm/10a，由此計(jì)算，50a春季降水量與春季少雨年的降水量分別減少了22.2、62.8 mm，相當(dāng)于兩縣市降水分別減少了1.24×108m3、3.51×108m3。從時(shí)間變化率上看，人類活動(dòng)對(duì)洪湖春季干旱產(chǎn)生的影響更大。

再進(jìn)一步比較兩者對(duì)洪湖水資源實(shí)際影響。從上面的氣象、農(nóng)業(yè)與水文觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析已經(jīng)得到：在春季降水偏少時(shí)，水產(chǎn)養(yǎng)殖影響系數(shù)為-0.158 m/104hm2，由此計(jì)算在降水偏少的情況下，1989—2011年由于水產(chǎn)面積的增加，洪湖5月水位產(chǎn)生的影響約0.83 m。而春季降水對(duì)洪湖水位的影響系數(shù)為0.36 m/100mm，如前所述近50年春季降水量與春季少雨年的降水量分別減少了22.2、62.8 mm，據(jù)此推算其對(duì)水位產(chǎn)生的影響分別為0.08、0.23 m。顯然人類活動(dòng)大于氣候變化。對(duì)2000年和2011年兩個(gè)典型春季大旱年進(jìn)行參數(shù)比較后發(fā)現(xiàn)，水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)洪湖干旱、農(nóng)業(yè)及生態(tài)影響是巨大的。

3 結(jié)論與討論

(1) 春季5月是洪湖地區(qū)漁事活動(dòng)及春耕春播等農(nóng)業(yè)用水最重要最集中時(shí)期，需水量大，全年水資源最脆弱時(shí)期，水位略高于冬季，但均方差是冬季2—3倍，導(dǎo)致干旱出現(xiàn)頻率高、程度重。春季降水量與洪湖水位相關(guān)系數(shù)為0.8305，相關(guān)性極為顯著；春季降水量是對(duì)水資源短缺影響最大的氣象因子，也是該地區(qū)春季干旱的重要?dú)庀笾笜?biāo)。

(2)雖然近50年來該地區(qū)年降水量有增加的趨勢(shì)，且豐水年和枯水年降水量均呈增加趨勢(shì)；但這種趨勢(shì)表現(xiàn)為向夏季集中，即夏季降水量呈增加趨勢(shì)，而夏季降水增多對(duì)次年春季水資源有負(fù)面影響。春季降水量則呈現(xiàn)為減少趨勢(shì)，尤其是春季少雨年比較明顯，信度在α=0.1以上，春季少雨年的降水量下降率為-12.57 mm/10a，即過去50a春季少雨年的降水量減少了62.8 mm。另外在1960—2011年春季降水量最少的10a中，后20年就占有6a，其中有4a發(fā)生在2000—2011年，春季少雨年頻率也呈增加趨勢(shì)。

(3) 在降水偏少時(shí)精養(yǎng)魚池面積增加導(dǎo)致水資源短缺，加速洪湖水位下降，漁業(yè)的大量需水造成旱年更旱。近20年來隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展洪湖地區(qū)土地利用變化很大，尤其是水產(chǎn)養(yǎng)殖面積的快速增加，周邊洪湖、監(jiān)利兩縣市精養(yǎng)魚池面積增加了近7倍，即20年增加了5×104hm2，面積相當(dāng)于1.6個(gè)洪湖湖面面積；造成春季降水量低于歷年同期的20%便會(huì)導(dǎo)致水資源不足，低于45%可能產(chǎn)生大旱；與湖北省水利廳[25]在10多年前劃定的連續(xù)3個(gè)月降水距平百分率在-25—-50%為一般干旱，≤-50%為大旱指標(biāo)有了較明顯的變化。

(4) 近幾十年在人類活動(dòng)與氣候變化雙重影響下洪湖春旱增多加重，從水量平衡分析并結(jié)合氣象、農(nóng)業(yè)與水文觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析，人類活動(dòng)對(duì)洪湖春季干旱的影響更大。本文所指的人類活動(dòng)主要是指農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)變化，尤其是水產(chǎn)養(yǎng)殖面積的增加；但不包括城鎮(zhèn)化發(fā)展導(dǎo)致的工業(yè)用水、生活用水增加、以及各種污染造成水資源浪費(fèi)而對(duì)干旱產(chǎn)生的影響。

綜上所述，目前土地利用結(jié)構(gòu)不利于該地區(qū)生態(tài)環(huán)境改善及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)當(dāng)加大調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)力度，尤其要避免盲目發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖導(dǎo)致濕地生態(tài)破壞；同時(shí)真正落實(shí)國家“退田還湖”政策，擴(kuò)大湖泊庫容，減少夏季集中性降水的外排力度。另外，據(jù)研究[26]該地區(qū)9月份之后發(fā)生暴雨洪澇概率低，不足4%，減少秋季雨水外排，甚至在秋季適當(dāng)開閘引入長江水資源，增加冬季洪湖蓄水量，可以有效提高洪湖抗春旱能力。

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Impactanalysis of human activities and climate change on Honghu lake′s spring drought

LIU Kequn1,*, LIANG Yitong1, ZHOU Jinlian2, LIU Min1

1WuhanRegionClimateCenter,Wuhan430074,China2WuhanCentralMeteorologicalObservatory,Wuhan430074,China

In recent years, drought events in Honghu lake have shown a significant increasing trend, which has had a tremendous impact on local ecological and agricultural production. We conducted an analysis based on Honghu′s hydrology and land-use data over the past 30 years and climate data from 1960 to 2011, using the water balance principle and statistical methods. The results showed that the Honghu water resource is most vulnerable in the spring. The water level at this time of year is just slightly higher-with 2 to 3 times the mean standard error-than that in winter, which leads to frequent and severe drought in Honghu. With global climate change, however, the local annual precipitation is increasing; the rainfall is concentrated in summer and is less in spring, especially in spring drought years, with a decreasing rate of 12.57 mm/10a, significant at 0.1. The precipitation in summer increases, but it is negatively correlated with the water level in the following spring, which means that an increase in precipitation in summer can aggravate the severity of the spring drought. The Honghu lake water level in May is highly dependent on spring rainfall, with a rate of 0.36 m/100 mm. Over the past 20 years, the agricultural structure in Honghu has changed significantly, with increasing aquaculture areas and decreasing dry crop areas. The aquaculture area of the two counties surrounding Honghu has increased nearly 7 times and, because of this, the agricultural irrigation water requirement has increased by more than 414 million cubic meters in the case of low rainfall, which is equivalent to 45% of the total water in Honghu lake′s annual income. Increasing aquaculture consumes much of the water resource in spring and the coefficient between aquaculture and water level of Honghu is about -0.158 m/104hm2with a correlation coefficient of -0.4954, which is significant at 0.1. Human activities, especially excessive aquaculture and climate change, are the main reason for the increasing frequency and severity of spring drought in Honghu, with aquaculture having the greatest impact. In order to maintain Honghu′s ecological function and reduce the drought effects, measures should be taken to change both the agricultural structure and the way in which land is used.

Honghu Lake; water level; spring drought; aquaculture

中國氣象局氣候變化專項(xiàng)(CCSF201205)；財(cái)政部行業(yè)專項(xiàng)(GYHY200806002)

2013- 06- 01;

2013- 10- 25

10.5846/stxb201306011269

*通訊作者Corresponding author.E-mail: kequnliu@126.com

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