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        黨河流域近40年徑流量特征與氣候變化關系探究

        2015-03-05 06:55:20程遠順程宗杰
        中國水利 2015年13期
        關鍵詞:趨勢

        程遠順,程宗杰

        (甘肅省酒泉水文水資源勘測局,735100,嘉峪關)

        全球變化下的干旱區(qū)氣候變化逐漸成為社會普遍關注的熱點,氣候變化必然帶來水文循環(huán)的變化,進而影響干旱區(qū)水資源的利用。我國西北干旱區(qū)因深居內陸、水汽難以到達,表現為降水稀少、蒸發(fā)量大、多內陸河的特點,水資源相對匱乏。近年,隨著經濟社會的發(fā)展與西北地區(qū)城市化進程的推進,水資源的供需矛盾日益凸顯,因此探究流域水資源變化和氣候因子之間關系成為研究重點。崔華瑞等探究人類活動對安陽河流域年徑流量影響,賈翠霞對半干旱區(qū)的莊浪河流域徑流變化進行探究,趙直與傅麗昕分別對位于極端干旱區(qū)的開都河流域和塔里木河源流區(qū)近50年徑流量與氣候變化關系開展研究,且著重探究氣溫、降水量的影響。

        黨河流域地處干旱區(qū)與極端干旱區(qū)的交互地帶,位于流域中心的敦煌綠洲,隨著旅游業(yè)的發(fā)展,生活用水持續(xù)增加,開展對黨河流域水資源變化與原因探究不得不提上日程。因此,弄清黨河流域近40年來徑流量年際年內變化對氣候變化的響應規(guī)律,將有助于指導黨河下游敦煌盆地內水資源的合理開發(fā)利用和配置,促進當地經濟社會可持續(xù)發(fā)展。

        一、流域概況

        黨河發(fā)源于祁連山西部疏勒南山冰川群,分布于庫木塔格沙漠東部。河流全長390km,流域面積16 970 km2。黨河水源主要靠冰川融水、大氣降水補給以及山區(qū)河谷地下水調節(jié),是敦煌綠洲灌溉和生活用水的主要來源。流域內主要有貫穿肅北蒙古族自治縣和敦煌市的干流黨河,經阿克塞哈薩克族自治縣與敦煌陽關鎮(zhèn)的西土溝,貫穿敦煌市北部的疏勒河(自雙塔水庫建成后已斷流)三條河流組成,維系著敦煌綠洲的生態(tài)平衡。流域內行政單位共包含阿克塞哈薩克族自治縣、肅北蒙古族自治縣和敦煌市,因此本研究數據構成來自于流域內5處水文站:上游地區(qū)的阿克塞雨量站(1977—2013年)與肅北黨城灣水文站(1972—2013年),中游地區(qū)的黨河水庫水文站(1977—2013年)和南湖雨量站(1985—2013年),下游地區(qū)的西湖雨量站(1984—2013年)。

        二、研究結果

        1.徑流量變化特點及趨勢分析

        黨河水庫作為黨河流域中游與下游的分界線,是敦煌盆地農業(yè)灌溉和生活用水的重要來源,關乎綠洲穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。圖1展示了1976—2013年水庫徑流量的變化特點和基于線性與多項式趨勢擬合??梢钥闯鰪搅髁孔兓尸F波動上升趨勢,2010年出現最高值。徑流量由1976年的2.46億m3到2013年3.6億m3, 增長幅度為0.3億m3/10a。通過利用線性回歸模型來檢驗徑流量變化趨勢,研究共選取了線性與多項式擬合研究區(qū)徑流量年際變化趨勢??梢钥闯?,線性趨勢斜率為0.203,擬合R值為0.623(通過置信0.05檢驗),同時進行的多項式擬合得出y=0.001x3-0.065x2+0.091x+2.632,R 值為 0.756,可以更好地擬合徑流量變化起伏趨勢,隨時間增長而增加的徑流量變化態(tài)勢。

        2.流域內氣候因子響應特點

        降水、氣溫和蒸散量作為影響干旱區(qū)內陸河流域出山徑流量主要因子,從不同層面影響徑流量變化。

        (1)氣溫變化趨勢

        本研究選取位于黨河水庫壩上氣溫數據為基礎,圖2展示了1972—2013年氣溫變化趨勢。可以看出,研究區(qū)內年平均氣溫為10.2℃,表現出增長趨勢,增長率為0.6℃/10a。增長幅度相對弱于徑流量。氣溫作為熱量指標對徑流量的主要影響表現在冰川、積雪的消融和總蒸散量,尤其是水庫水面蒸散發(fā)。

        圖1 黨河水庫水文站徑流量變化趨勢與趨勢擬合

        圖2 黨河水庫壩上氣溫1972—2013年氣溫變化趨勢

        (2)降水變化

        圖3為黨河流域各站點降水量的年際變化曲線,并根據站點區(qū)位劃分上游、中游和下游。從圖中可以看出,降水區(qū)域差異大,年際變化趨勢也各不相同。位于上游的阿克塞雨量站與黨城灣水文站多年平均年降水量分別為158.11 mm和157.78 mm,降水相對豐富,且阿克塞降水呈現下降趨勢,而黨城灣降水量有略微增長;中游地區(qū)南湖年降水量呈增多趨勢,年均約42.05 mm,其氣候傾向率達0.116 mm/10a。水庫降水量趨勢相對平穩(wěn),年均51.54 mm;下游濕地的西湖站,年均降水37.60 mm,有輕微下降趨勢。可以看出海拔差異造就了降水量的梯級遞減,除位于山前綠洲南湖站外,各站點降水量在年際尺度上變化都不顯著。

        表1展示了各站點年內降水量變化特點??梢钥闯?,黨河流域降水為夏雨型,夏季降水量大于全年降水量50%以上,其變化大小直接影響年際降水,且四季降水量大小表現為:夏季>春季>秋季>冬季。各站點降水峰值基本都集中在7月份,有少數6月份降水最多(黨城灣),各月降水規(guī)律體現出從上游到中游再到下游的遞減趨勢。表明降水區(qū)域差異明顯,上游阿克塞與黨城灣位于安西踏實盆地-祁連山過渡區(qū)域,多地形雨,南湖地區(qū)位于庫木塔格沙漠所包圍的小片綠洲區(qū),受局地小氣候影響較大,總體氣候干燥,降水稀少;西湖位于盆地中心區(qū)域,無重要水汽來源支撐,降水最少。

        (3)蒸散發(fā)變化

        圖3 黨河流域上中下游黨城灣、阿克塞、黨河水庫、南湖和西湖站降水趨勢變化圖

        研究區(qū)內徑流水面較小,蒸發(fā)較低,其最大蒸發(fā)集中在水庫集水區(qū)。為探究蒸發(fā)量與水庫蒸發(fā)的影響,研究選取水庫點蒸發(fā)皿觀測數據,得出水庫月尺度的蒸發(fā)特點與1972—2013年尺度蒸發(fā)特點(圖4),可以看出,月尺度上蒸發(fā)集中在5—8月,11月到次年2月蒸發(fā)極少,夏季為當地汛期,水庫集水面積大,加劇研究區(qū)夏季蒸發(fā)。年際尺度蒸散發(fā)經歷了1982—1991年的相對穩(wěn)定時期,1991—2004年的緩慢增長期和2004—2013年的迅速下降期,蒸發(fā)能力總體出現下降趨勢,異于溫度變化趨勢。

        (4)徑流量變化特征及氣候因子的響應

        為探究黨河流域徑流量變化與各氣象因子的關系,研究共選取了溫度、降水量(以站點為單位)和蒸發(fā)量(水庫為主)三個因子,運用SPSS平臺得出Person雙側相關系數如表2所示,黨河水庫徑流量變化與黨城灣降水量呈正相關,相關系數為0.551(P<0.01),是徑流量變化的最直接驅動因子,因南湖降水變化局限在南湖小區(qū)域,屬于黨河流域內已斷流的支流部分,故其相關不作分析。表中溫度與徑流關系為正弱相關(R=0.241),結合他人研究成果,祁連山北側冰川量僅幾十年來呈現削減趨勢,可見溫度的主要影響表現為造成上游冰雪融水加劇,加大徑流水量;水庫蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化與徑流量呈現顯著負相關,相關系數為-0.341,因為黨河水庫以上地區(qū)降水相對較豐富,海拔較高,蒸發(fā)能力較弱,而位于極端干旱區(qū)的敦煌黨河水庫,水面寬廣,水面蒸發(fā)是黨河流域內最大的消耗方式,其大小直接關乎徑流量損耗??梢娧芯繀^(qū)徑流量的增加是溫度上升帶來的冰雪融水增加、上游降水量起伏變化加大徑流補給和蒸發(fā)能力降低共同作用的結果。

        三、結論

        基于黨河水庫徑流量、黨河流域內5處水文站及雨量站降水數據,利用趨勢分析、Person雙側相關分析法,分析了近40年來黨河流域徑流量變化特征和其對氣候變化的響應。得出以下結論:

        近40年,黨河水庫徑流量呈現增加趨勢,增幅為0.3億m3/10 a,且近13年呈現穩(wěn)定上升趨勢。研究區(qū)內氣溫呈上升趨勢,結合全球升溫背景,冰川物質平衡不斷向負的狀況發(fā)展,加劇上游區(qū)域消融,促進徑流量增大。各站點降水量總體表現為受海拔影響的上游>中游>下游,區(qū)內降水為夏雨型,夏季降水量>50%以上,且四季降水量大小表現為:夏季>春季>秋季>冬季;通過Person相關分析顯示,黨河干流區(qū)徑流量的變化主要是溫度升高帶來的冰川融水增多、上游降水量增多的正面驅動和水庫蒸發(fā)能力降低綜合作用的結果。但隨著下游綠洲對地下水的開發(fā)力度逐年加大,地下水水位下降趨勢日益顯著,徑流補給地下水的斷層日益明顯,為促進下游綠洲的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展,必須合理管理和高效利用水資源。

        表1 黨河流域水文站點月尺度與四季降水量均值表 (單位:mm)

        圖 4 黨河流域月尺度蒸發(fā)皿蒸發(fā)特點與年尺度蒸發(fā)趨勢

        表2 徑流量變化與氣象因子Person相關分析

        [1]藍永超,沈永平,高前兆.等.祁連山西段黨河山區(qū)流域氣候變化及其對出山徑流的影響與預估 [J].冰川凍土,2011,33(6).

        [2]丁宏偉,魏余廣,范鵬飛,等.黨河水庫入庫徑流量變化特征及趨勢分析[J].中國沙漠,2001,21(增).

        [3]賈翠霞,鄧居禮.莊浪河流域徑流變化影響分析[J].中國水利,2010(5).

        [4]崔花瑞,郭春梅,曹瑞仙,王偉,張延平.人為活動和氣候變化對安陽河流域年徑流量的影響研究 [J].中國水利,2014(15).

        [5]趙直,徐晗.新疆開都河流域近50a徑流量年際年內變化及其對氣候變化的響應分析 [J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(10).

        [6]傅麗昕,陳亞寧,李衛(wèi)紅,等.塔里木河源流區(qū)近50a徑流量與氣候變化關系研究[J].中國沙漠,2010,30(1).

        [7]沈永平,劉時銀,甄麗麗,等.祁連山北坡流域冰川物質平衡波動及其對河西水資源的影響 [J].冰川凍土,2001,23(3).

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