瀾滄江流域下游主要水文氣象要素變化特征

黎清霞，何艷虎，李佩怡

(1.廣州市白云區(qū)水務(wù)工程建設(shè)管理中心，廣東廣州510600；2.中山大學(xué)水資源與環(huán)境研究中心，廣東廣州510275)

0 引 言

全球氣候變化直接影響水資源在時(shí)空分布上的變化[1-3]。瀾滄江——湄公河作為亞洲第一大國(guó)際河流，流經(jīng)國(guó)家對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)利用成為國(guó)際關(guān)注的焦點(diǎn)。其跨度大，且位于三江并流區(qū)域，山川駢列、高山峽谷相間，地形復(fù)雜，受東南季風(fēng)和西南季風(fēng)的交互影響，覆蓋6種氣候帶，具有獨(dú)特的地理氣候環(huán)境，是我國(guó)的氣候敏感區(qū)和脆弱區(qū)[4]，也是反映全球自然化環(huán)境演化重大事件的關(guān)鍵區(qū)域[5]，流域內(nèi)水資源對(duì)氣候變化的響應(yīng)尤為敏感。因此，開(kāi)展變化環(huán)境下瀾滄江流域的水資源響應(yīng)研究，對(duì)科學(xué)合理開(kāi)發(fā)瀾滄江流域水資源，減少用水國(guó)際紛爭(zhēng)具有重要意義。

本文通過(guò)對(duì)瀾滄江流域降雨、氣溫及蒸發(fā)等氣象要素以及徑流的年和季節(jié)尺度的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，探討徑流量變化成因，以期為流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水電開(kāi)發(fā)利用、跨界河流的水資源管理和可持續(xù)發(fā)展等提供參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

瀾滄江流域面積約為16.74萬(wàn)km2，干流全長(zhǎng)2 161 km，發(fā)源于青海省玉樹(shù)藏族自治州雜多縣的吉富山[6]，流經(jīng)青海、西藏、云南三省，是橫斷山脈地區(qū)的重要河流，其水能資源豐富，理論蘊(yùn)藏量約占全國(guó)的14%[7]。流域徑流總體以降水為主，地下水和融雪補(bǔ)給為輔。全流域?qū)傥髂霞撅L(fēng)氣候，干、濕兩季分明，一般5月～10月為濕季，11月至次年4月為干季，暴雨多發(fā)在7、8兩月。上游暴雨較少，中游暴雨強(qiáng)度較大，為流域的主要暴雨區(qū)[8]。

本文使用的資料數(shù)據(jù)有：①瀾滄江下游云南省境內(nèi)戛舊水文站(100.46°E，24.60°N)1967年1月至2007年2月的逐月流量觀測(cè)數(shù)據(jù)；②瀾滄江流域26個(gè)氣象站點(diǎn)1967年1月～2007年2月的月平均降水量、月平均氣溫和逐日小型蒸發(fā)量。

2 研究方法

本文采用線性回歸[9]、累積距平法對(duì)水文和氣象要素的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)水文和氣象要素進(jìn)行突變分析。

2.1 累積距平

累積距平是由曲線直觀判斷變化趨勢(shì)的方法。某時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的某一個(gè)數(shù)值與其序列平均值的差稱為距平。對(duì)于序列x，其某一時(shí)刻t的累積距平將n個(gè)時(shí)刻的累積距平值全部算出，即可繪出累積距平曲線進(jìn)行趨勢(shì)分析。累積距平曲線呈上升趨勢(shì)表示距平值增加，呈下降趨勢(shì)則表示距平值減小。從曲線明顯的上下起伏，可以判斷其長(zhǎng)期顯著的演變趨勢(shì)及持續(xù)性變化，甚至可以診斷出發(fā)生突變的大致時(shí)間。從曲線小的波動(dòng)變化可以考察其短期的距平值變化[9]。該法對(duì)趨勢(shì)十分明顯的容易得出結(jié)論；而有時(shí)則很難，這時(shí)可以借助非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法[9]。

(1)

2.2 曼-肯德?tīng)?Mann-Kendall)法

曼-肯德?tīng)?Mann-Kendall)法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，亦稱為無(wú)分布檢驗(yàn)。其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，更適用于類型變量和順序變量，計(jì)算也比較簡(jiǎn)便。由于最初由曼(H.B.Mann)和肯德?tīng)?M.G.Kendall)提出了原理并發(fā)展了這一方法，故稱為曼-肯德?tīng)?Mann-Kendall)法。但是，當(dāng)時(shí)這一方法僅用于檢測(cè)序列的變化趨勢(shì)，后來(lái)經(jīng)其他人進(jìn)一步完善和改進(jìn)，才形成目前的計(jì)算格式。

通過(guò)計(jì)算并分析繪出的UFk和UBk曲線圖，若UFk或UBk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，小于0則表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)它們超過(guò)臨界直線時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)顯著。超過(guò)臨界線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。如果UFk和UBk兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)的時(shí)刻便是突變開(kāi)始的時(shí)間。

這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于不僅計(jì)算簡(jiǎn)便，而且可以明確突變開(kāi)始的時(shí)間，并指出突變區(qū)域。因此，是一種常用的突變檢驗(yàn)方法[9]。

3 結(jié)果與討論

3.1 水文氣象要素季尺度變化趨勢(shì)

1967年～2006年間，瀾滄江下游地區(qū)春季平均降水量、氣溫、蒸發(fā)量均整體呈上升趨勢(shì)，分別以13.06 mm/10 a、0.28 ℃/10 a、0.45 mm/10 a的速率變化(見(jiàn)表1)。其中，氣溫顯著上升，在1988年出現(xiàn)突變上升(見(jiàn)表2)，尤其在1997年～2006年間上升最明顯(見(jiàn)表3)。戛舊站春季平均徑流量整體呈上升趨勢(shì)，以34.18 m3/(s·10 a)的速率上升，其中在1987年～1996年增加最明顯，在1967年～1976年減少最明顯，且在1978年發(fā)生突變?cè)黾?；春季流域上游冰雪融水較多，降水量增加，蒸發(fā)量顯著減少，入境徑流明顯增加，加上本地徑流量也有所增加，總徑流量增加(見(jiàn)表2)。

瀾滄江下游地區(qū)夏季平均降水量整體呈下降趨勢(shì)，氣溫和蒸發(fā)量呈增加趨勢(shì)，分別以14.23 mm/10 a、0.22 ℃/10 a、3.41 mm/10 a的速率變化，其中氣溫變化顯著，且在1981年發(fā)生突變上升，并在1997年～2006年間上升最快，蒸發(fā)量近40年整體變化雖不顯著，但在1971年發(fā)生突變?cè)黾?。戛舊站夏季平均徑流量整體呈上升趨勢(shì)，以85.26 m3/(s·10 a)的速率上升，且沒(méi)有發(fā)生突變。研究區(qū)處于亞熱帶和熱帶氣候區(qū)，受季風(fēng)影響，夏秋季降水豐沛，徑流量以雨水補(bǔ)給為主；雖降水減少、蒸發(fā)增大，但隨著森林面積減少和城市化的發(fā)展，地面硬化面積增大、匯流加快、下滲減少、本地徑流量增多，且流域上游為主要暴雨區(qū)，入境水量也增加。

瀾滄江下游地區(qū)秋季平均降水量整體呈下降趨勢(shì)，氣溫和蒸發(fā)量呈上升趨勢(shì)，分別以6.55 mm/10 a、0.26 ℃/10 a、11.04 mm/10 a的速率變化。其中氣溫和蒸發(fā)量變化顯著，均在1997年～2006年間上升最快，氣溫在1993年發(fā)生上升突變，秋季蒸發(fā)量在四季中增加最快。戛舊站秋季平均徑流量整體呈上升趨勢(shì)，以237.40 m3/(s·10 a)的速率上升，在四季中波動(dòng)最大，但整體變化不顯著，且沒(méi)有發(fā)生突變。雨季(5月～10月)受西南季風(fēng)影響，降水充沛，秋季降水相對(duì)于夏季有所減少，但由于森林砍伐嚴(yán)重，土壤蓄水能力減弱，河流徑流增加。由于秋季徑流量變化隨氣象要素變化較小，推測(cè)其受人類活動(dòng)影響更大。

表1 瀾滄江下游水文氣象要素逐季變化參數(shù)(顯著性水平Z0.05=0.2157)

表2 瀾滄江下游水文氣象要素突變年

注：—為無(wú)突變年。

表3 瀾滄江下游逐季水文氣象要素10年累積距平

瀾滄江下游地區(qū)冬季平均降水量整體呈下降趨勢(shì)，氣溫和蒸發(fā)量呈上升趨勢(shì)，分別以0.23 mm/10 a、0.42 ℃/10 a、0.55 mm/10 a的速率變化。其中氣溫顯著上升，在四季中上升最快，在1997年～2006年間變化最大，且在1986年發(fā)生上升突變。戛舊站冬季平均徑流量整體呈上升趨勢(shì)，以32.82 m3/(s·10 a)的速率上升，在四季中波動(dòng)最小，但整體變化顯著。其中，1997年～2006年增加最明顯，在1967年～1976年減少最明顯，且在1994年發(fā)生突變?cè)黾?。冬季受大陸西風(fēng)環(huán)流影響，降水減少，氣溫低，蒸發(fā)少，但受全球氣候變暖影響，氣溫有所上升，尤其是1998年受東太平洋厄爾尼諾現(xiàn)象影響，云南冬季出現(xiàn)了最強(qiáng)暖冬現(xiàn)象，冰雪融水增多，徑流量增加。

綜上所述，四季降水量無(wú)論是增加還是減少，變化均不顯著，且在時(shí)間上分布不均，夏秋多，冬春少；氣溫均為顯著上升，突變年集中在1986年～1996年間，冬季平均氣溫上升速率比夏季高，這與全國(guó)氣溫變化趨勢(shì)一致[10]；蒸發(fā)量小幅度增加，除秋季外變化均不顯著。在漫灣水電站建成前，流域內(nèi)年內(nèi)徑流量分配不均，旱澇災(zāi)害嚴(yán)重，1995年建成后，情況得以緩解，年內(nèi)分配趨于穩(wěn)定。

20世紀(jì)90年代后，瀾滄江下游地區(qū)尤其是西雙版納雖然氣候濕潤(rùn)，森林更新快，但人口數(shù)量多，需求量大，毀林開(kāi)荒嚴(yán)重[11]，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，影響水資源合理和有效利用。

3.2 水文氣象要素年尺度變化趨勢(shì)

瀾滄江下游地區(qū)1967年～2006年的年均降水量整體呈下降趨勢(shì)，以9.30 mm/10 a的速率不顯著下降，年均氣溫和年均蒸發(fā)量整體呈上升趨勢(shì)，分別以0.30 ℃/10 a、17.86 mm/10 a的速率變化(見(jiàn)圖1)，其中氣溫顯著上升，且在1997年～2006年間上升最明顯。對(duì)年均氣溫進(jìn)行突變檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，自1984年以后上升趨勢(shì)均超過(guò)了臨界線，變化十分顯著，UF和UB線在臨界線外有一個(gè)交點(diǎn)，時(shí)間為1987年，是否為突變年還有待檢驗(yàn)(見(jiàn)表2)。

圖1 1967年～2006年瀾滄江下游年均降水量、氣溫、蒸發(fā)量變化曲線

瀾滄江流域降水主要來(lái)源于印度洋水汽，西南季風(fēng)將水汽輸送到喜馬拉雅山以南，水汽難以越過(guò)喜馬拉雅山到達(dá)瀾滄江上游，多數(shù)順喜馬拉雅兩側(cè)推移，并在沿途形成降水，因此瀾滄江中上游西藏、青海境內(nèi)的區(qū)域降水較少，中下游云南境內(nèi)區(qū)域降水則比較豐沛。瀾滄江北部青海西藏境內(nèi)海拔高溫度低降水少，蒸發(fā)量也相應(yīng)較低，南部云南境內(nèi)海拔低溫度高降水多，蒸發(fā)量也相應(yīng)較高[12]。IPCC的報(bào)告[13]指出全球檢測(cè)到的蒸發(fā)皿蒸發(fā)量呈下降趨勢(shì)，降水量在北半球大部分高緯地區(qū)呈上升趨勢(shì)，氣溫呈上升趨勢(shì)，與本文結(jié)果基本吻合。

戛舊站1967年～2006年各年平均流量整體呈上升趨勢(shì)，以53.38 m3/(s·10 a)的速率顯著上升(見(jiàn)圖2)，變化波動(dòng)相對(duì)較小，變差系數(shù)為0.15。其中在1967年～1976年間減少最明顯，在1997年～2006年間增加最明顯，且在1994年發(fā)生突變?cè)黾?見(jiàn)表2)。一方面由于受氣候變化影響，徑流量年內(nèi)分配不均勻(見(jiàn)表2)，年徑流量變化受夏秋季徑流量影響較大；另一方面年徑流量也受下墊面變化的影響，20世紀(jì)80年代中期后，瀾滄江云南段森林面積減少，建設(shè)用地增加，湖泊面積減少，水土流失嚴(yán)重，導(dǎo)致年徑流量上升[14]。由于漫灣水庫(kù)為季調(diào)節(jié)，對(duì)年均徑流量影響不大[15]。建站前雨季平均徑流量為干季的3.40倍，建站后為3.22倍。水利工程對(duì)徑流量的年內(nèi)分配具有調(diào)節(jié)作用，使年內(nèi)分配更均勻[16]。

圖2 戛舊站年平均流量過(guò)程線

4 結(jié) 論

(1)1967年～2006年間瀾滄江下游降水量在季和年尺度上變化都不顯著，除春季降水增加外，其他季節(jié)均呈減少趨勢(shì)。

(2)氣溫變化在兩個(gè)尺度上均為顯著，突變年集中在1986年～1996年間，冬季平均氣溫上升速率比夏季高，這與全國(guó)氣溫變化趨勢(shì)一致。

(3)蒸發(fā)量在季和年尺度上均呈增加趨勢(shì)，秋季蒸發(fā)量顯著增加，其他三季和年尺度變化不顯著。

(4)受氣候變化和森林破壞、城市化、水利工程建設(shè)等人類活動(dòng)的影響，冬春季平均徑流量顯著增加，年平均徑流量整體呈上升趨勢(shì)，1994年后突變上升，其中秋季徑流量占比最大，且受人類活動(dòng)影響更大。

年徑流變化可能受人類活動(dòng)影響更大，本文只是定性地研究瀾滄江流域下游徑流變化的原因，關(guān)于氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)徑流變化驅(qū)動(dòng)的定量區(qū)分還有待進(jìn)一步研究。由于人類活動(dòng)因素具有很大的不確定性，如何提高其對(duì)水文影響的精確度仍存在很大的難度，有待進(jìn)一步的研究。

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