流域徑流變化驅(qū)動(dòng)力分析與研究:以祖厲河為例

王 進(jìn)

（甘肅省定西水文水資源勘測(cè)局,743000,定西）

政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）在2001年氣候變化評(píng)估報(bào)告中指出：過(guò)去100年間全球氣溫平均上升0.6±0.2℃。全球氣候變暖已成不爭(zhēng)的事實(shí)。氣候變暖將導(dǎo)致水循環(huán)的加劇，并會(huì)對(duì)區(qū)域性降水等水資源問(wèn)題產(chǎn)生重大影響?！吨袊?guó)21世紀(jì)議程》指出，全球氣候變化對(duì)我國(guó)水資源在北方河流可能出現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)20年左右枯水期，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。對(duì)于我國(guó)西北干旱地區(qū)而言，氣候變暖表現(xiàn)為波動(dòng)性增溫變干的趨勢(shì),在有觀(guān)測(cè)資料的1950—2000年間，西北地區(qū)降水呈明顯減少的趨勢(shì)，多條河流的徑流量呈現(xiàn)波動(dòng)性下降趨勢(shì)。水資源短缺已嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為此，加強(qiáng)對(duì)半干旱區(qū)流域徑流特征的認(rèn)識(shí)和研究，實(shí)現(xiàn)面向可持續(xù)發(fā)展的水資源合理配置，已成為缺水地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的焦點(diǎn)。本文根據(jù)祖厲河流域內(nèi)水文站和雨量站40年來(lái)（1970—2009年）實(shí)測(cè)水文資料序列，對(duì)祖厲河流域徑流變化趨勢(shì)及其對(duì)影響因素的響應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，為流域水資源開(kāi)發(fā)利用和綜合治理提供基本數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。

一、祖厲河流域概況

祖厲河系黃河一級(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。 地處東經(jīng) 104°13′～105°35′、北緯 35°16′～36°34′之間， 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10 647 km2。祖厲河流域?qū)冱S土丘陵溝壑區(qū)，由于長(zhǎng)期水蝕的作用，流域呈現(xiàn)出丘陵間梁峁交錯(cuò)起伏、溝壑縱橫的黃土丘陵地貌。地形特征受賀蘭山褶皺帶和祁連山加里東褶皺帶影響，地勢(shì)由西南向東北傾斜，呈階梯式特征。

該水系分布呈羽狀。流域內(nèi)設(shè)有會(huì)寧、郭城驛、靖遠(yuǎn)、巉口、定西5處水文站和27處雨量站，站網(wǎng)分布均勻，基本上能控制流域水資源的分布情況。流域水系分布見(jiàn)圖1。

圖1 祖厲河流域水系分布圖

二、祖厲河流域徑流變化趨勢(shì)分析

1.資料系列的確定

為保證資料系列的一致性，便于更好地分析說(shuō)明徑流趨勢(shì)變化，對(duì)祖厲河流域內(nèi)5處水文站、27處雨量站降水、氣溫、蒸發(fā)和徑流資料采用同步時(shí)段分析，時(shí)段確定為1970—2009年。

2.徑流年際變化

徑流的年際變化大。各站的變差系數(shù)在0.53～0.71之間，并隨著集水面積增大而減小。流域多年平均年徑流量為0.959億m3。以年代計(jì)算徑流量多年變化趨勢(shì)，時(shí)段均值呈減少趨勢(shì)。20世紀(jì)70年代為1.156億m3，偏豐20.5%；80年代為0.983億m3，基本持平；90年代為 1.040億 m3， 偏豐8.4%；21世紀(jì)初為 0.658億 m3， 偏枯31.4%，同70年代相比較，同比減少了42.2%。其中，20世紀(jì)八九十年代徑流變化趨勢(shì)不明顯，這可能與該區(qū)間人類(lèi)活動(dòng)影響變化不顯著有關(guān)（見(jiàn)圖2）。

3.徑流年內(nèi)季節(jié)變化

徑流的年內(nèi)分配不均勻。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)生河干，冬季發(fā)生連底凍現(xiàn)象；中下游相對(duì)穩(wěn)定。

三、祖厲河流域徑流變化驅(qū)動(dòng)力分析

氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)是影響河川徑流的主要因素。全球氣候的變暖、受熱條件的不同及大氣環(huán)流的改變,必然引起水資源循環(huán)的區(qū)域分布發(fā)生變化。具體表現(xiàn)在徑流量上，即質(zhì)到量的變化。而人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水資源利用的不合理和過(guò)度開(kāi)發(fā)會(huì)給流域生態(tài)環(huán)境帶來(lái)危害，同樣體現(xiàn)為徑流特征的改變。

1.氣候變暖對(duì)徑流影響分析

流域氣候變化特征最直接的反映表現(xiàn)為氣溫的持續(xù)升高。氣溫的變化直接影響流域降蒸特性的變化，從而導(dǎo)致徑流量的改變。通過(guò)對(duì)流域降蒸資料的分析，流域年降水量多年平均（1970—2009年）為 291.5 mm,隨著流域氣溫升高呈減少趨勢(shì)，20世紀(jì)70年代流域年降水平均值為310.5 mm，到21世紀(jì)初為268.8 mm,降幅為13.4%，而流域年水面蒸發(fā)量在900～1 060 mm之間，呈緩慢下降趨勢(shì)，這同Peterson1995年根據(jù)美國(guó)和前蘇聯(lián)的蒸發(fā)皿觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)在《Nature》雜志上發(fā)表文章指出過(guò)去50年間蒸發(fā)皿蒸發(fā)量持續(xù)下降的結(jié)論一致，符合“蒸發(fā)悖論”觀(guān)點(diǎn)。點(diǎn)繪祖厲河流域年平均氣溫趨勢(shì)及各年代平均氣溫（見(jiàn)圖 3），分析表明：

①在圖3中，趨勢(shì)線(xiàn)性方程為：

式（1）中，y為年平均氣溫，x為年份。式中趨勢(shì)線(xiàn)的斜率為0.0572，大于0，說(shuō)明年平均氣溫的長(zhǎng)期變化過(guò)程從20世紀(jì)70年代到21世紀(jì)初總體上呈明顯上升的趨勢(shì)。

②各年代平均氣溫呈跳躍式增高，20世紀(jì)70年代到21世紀(jì)初年代增幅分別為 0.2℃、0.6℃、0.8℃， 氣候變暖特征顯著。

對(duì)比分析圖 2、圖 3，并對(duì) 40年流域徑流和氣溫資料作相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.3051，在a=0.05時(shí)達(dá)顯著水平。表明隨流域氣溫升高，流域年徑流呈減少趨勢(shì)。

2.人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流影響分析

（1）跨流域引水提灌工程對(duì)流域徑流影響

靖會(huì)引黃提灌工程是甘肅省中部干旱地區(qū)大型骨干水利工程，于1971年動(dòng)工修建，1973年通水運(yùn)行。設(shè)計(jì)流量12m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積30萬(wàn)畝（2萬(wàn)hm2）。受益人口達(dá)12萬(wàn)多人。自工程投入運(yùn)行以來(lái)，年提水量由1973年的970萬(wàn)m3提高到2005年的8 697萬(wàn)m3，實(shí)灌面積由 3萬(wàn)畝（0.2 萬(wàn) hm2）發(fā)展到25.2萬(wàn)畝（1.68萬(wàn)hm2），累計(jì)提水量達(dá) 21.6億 m3。 靖會(huì)工程年提水量、灌溉面積見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，靖會(huì)工程年提水量、灌溉面積呈顯著上升趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代后引黃提灌量增大明顯，為6 457萬(wàn)m3，是70年代2 973萬(wàn)m3的2.17倍，90年代為8052萬(wàn)m3，21世紀(jì)初為8365萬(wàn)m3。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，80年代、90年代流域年徑流量同氣溫趨勢(shì)不一致，是受流域灌溉回歸水影響所致。據(jù)初步估算，自靖會(huì)工程投入運(yùn)行以來(lái)到21世紀(jì)初，灌溉回歸水對(duì)流域年徑流量影響累積增加值6.344億m3。通過(guò)對(duì)引黃灌溉回歸水量還原計(jì)算，并對(duì)其減水效果同流域降水量作量化評(píng)估發(fā)現(xiàn)，引黃提灌工程措施對(duì)年徑流影響占到70%以上，說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流影響遠(yuǎn)大于降水量影響。

（2）水利水保工程對(duì)流域徑流影響

祖厲河流域?yàn)楦拭C省水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)，輸沙量為全國(guó)各河之首，多年平均輸沙量為5 015萬(wàn)t，年侵蝕模數(shù)4 710 t/km2，最大含沙量可達(dá)1120kg/m3。為改變這一狀況，地方政府加大流域治理力度。據(jù)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 （8.67萬(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（4.27萬(wàn) hm2）。 同時(shí)，為滿(mǎn)足工農(nóng)業(yè)和城市生活用水需要，上游修建小型水庫(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，從而使流域徑流量減少。20世紀(jì)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。

四、結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上分析，可以得出下面結(jié)論：

①祖厲河流域的年徑流呈逐年遞減趨勢(shì)，21世紀(jì)初年代徑流量平均值與20世紀(jì)70年代相比較減少了42.2%。

②祖厲河流域徑流對(duì)氣候變化響應(yīng)敏感，兩者之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.3051，在a=0.05時(shí)達(dá)顯著水平。說(shuō)明隨流域氣溫升高流域年徑流呈遞減趨勢(shì)。

③祖厲河流域水利水保工程改善了流域下墊面條件，減輕了水土流失，同時(shí)也是導(dǎo)致流域徑流減少的主要因素?？缌饔蛞峁喙こ趟a(chǎn)生的灌溉回歸水對(duì)流域年徑流量影響累積增加值為6.344億m3，對(duì)年徑流影響占到70%以上，說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流的影響遠(yuǎn)大于降水量的影響。

[1]IPCC.2001.Climate Change 2001:Impacts,Adaptation,and Vuinerability[R].The Third Report of Working GroupⅡof the Intergovernmental Panel on Climat Change.Cambridge University press.

[2]Peterson T C,Golubev V S,Groisman P Y. Evaporation losing its strength[J].Nature,1995,377:687-688.

[3]叢振濤,楊大文.“蒸發(fā)悖論”在中國(guó)的規(guī)律分析[J].水科學(xué)進(jìn)展，2008（3）.

[4]黃維東.人類(lèi)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）.