黨河流域近40年徑流量特征與氣候變化關(guān)系探究

程遠順，程宗杰

（甘肅省酒泉水文水資源勘測局,735100，嘉峪關(guān)）

全球變化下的干旱區(qū)氣候變化逐漸成為社會普遍關(guān)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(nèi)陸、水汽難以到達，表現(xiàn)為降水稀少、蒸發(fā)量大、多內(nèi)陸河的特點，水資源相對匱乏。近年，隨著經(jīng)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(guān)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(guān)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(nèi)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(nèi)水資源的合理開發(fā)利用和配置，促進當?shù)亟?jīng)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(diào)節(jié)，是敦煌綠洲灌溉和生活用水的主要來源。流域內(nèi)主要有貫穿肅北蒙古族自治縣和敦煌市的干流黨河，經(jīng)阿克塞哈薩克族自治縣與敦煌陽關(guān)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(nèi)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(shù)據(jù)構(gòu)成來自于流域內(nèi)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(jié)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(nóng)業(yè)灌溉和生活用水的重要來源，關(guān)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(xiàn)波動上升趨勢，2010年出現(xiàn)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(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，圖2展示了1972—2013年氣溫變化趨勢。可以看出，研究區(qū)內(nèi)年平均氣溫為10.2℃，表現(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(xiàn)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?？梢钥闯龊０尾町愒炀土私邓康奶菁夁f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(nèi)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(xiàn)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(shù)6月份降水最多（黨城灣），各月降水規(guī)律體現(xiàn)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(nèi)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(shù)據(jù)，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?shù)匮雌冢畮旒娣e大，加劇研究區(qū)夏季蒸發(fā)。年際尺度蒸散發(fā)經(jīng)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(xiàn)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(guān)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(cè)相關(guān)系數(shù)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(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.551（P＜0.01），是徑流量變化的最直接驅(qū)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(nèi)已斷流的支流部分，故其相關(guān)不作分析。表中溫度與徑流關(guān)系為正弱相關(guān)（R=0.241)，結(jié)合他人研究成果，祁連山北側(cè)冰川量僅幾十年來呈現(xiàn)削減趨勢，可見溫度的主要影響表現(xiàn)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(xiàn)顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)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(nèi)最大的消耗方式，其大小直接關(guān)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(jié)果。

三、結(jié)論

基于黨河水庫徑流量、黨河流域內(nèi)5處水文站及雨量站降水數(shù)據(jù)，利用趨勢分析、Person雙側(cè)相關(guān)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(jié)論：

近40年，黨河水庫徑流量呈現(xiàn)增加趨勢，增幅為0.3億m3/10 a，且近13年呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢。研究區(qū)內(nèi)氣溫呈上升趨勢，結(jié)合全球升溫背景，冰川物質(zhì)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(xiàn)為受海拔影響的上游＞中游＞下游，區(qū)內(nèi)降水為夏雨型，夏季降水量＞50%以上，且四季降水量大小表現(xiàn)為：夏季＞春季＞秋季＞冬季；通過Person相關(guān)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(qū)動和水庫蒸發(fā)能力降低綜合作用的結(jié)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(guān)分析

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