氣候因素對(duì)阿克蘇河徑流變化影響的定量評(píng)估

李虹彬，劉亞婷，王衛(wèi)光,2*，龐麥田

氣候因素對(duì)阿克蘇河徑流變化影響的定量評(píng)估

李虹彬1，劉亞婷1，王衛(wèi)光1,2*，龐麥田1

（1.河海大學(xué) 水文水資源學(xué)院，南京 210098；2.河海大學(xué) 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210098）

【目的】探究阿克蘇河徑流變化的歸因。【方法】采用Mann-Kendall-Sneyers檢驗(yàn)估計(jì)流域水文、氣象數(shù)據(jù)的變化趨勢和突變情況，并試圖用3種改進(jìn)的彈性系數(shù)法評(píng)估氣候要素（尤其是溫度）對(duì)阿克蘇河徑流變化的影響?！窘Y(jié)果】徑流和溫度分別以11.73 m3/（s·10 a）和0.26 ℃/10 a的速率顯著遞增。降雨也呈顯著上升趨勢，增幅為14.31 mm/10 a的速率遞增，而潛在蒸散發(fā)呈顯著下降趨勢（21.89 mm/10 a），徑流的突變點(diǎn)為1993年。因此，采用1960—1993年的多年平均徑流和氣候因素作為衡量變化的基準(zhǔn)值。1994—2010年，徑流量相對(duì)1960—1993年增加了23.1%。敏感性分析表明，溫度升高對(duì)徑流變化的相對(duì)貢獻(xiàn)率為46.7%，是徑流量增加的最主要因素，而降水量和潛在蒸散發(fā)的作用分別占徑流量變化的20.5%和24.9%；其他非氣候要素（主要是人類活動(dòng)）對(duì)徑流變化的相對(duì)貢獻(xiàn)率約為7.9%?！窘Y(jié)論】氣候變化是阿克蘇河徑流量變化的主要原因，其中溫度的貢獻(xiàn)率最大。

徑流變化；Mann-Kendall-Sneyers檢驗(yàn)；彈性系數(shù)；氣候變化

0 引 言

【研究意義】近年來，全球氣候的變暖加速了水文循環(huán)，加劇了極端水文事件的發(fā)生[1]。隨著全球平均氣溫的升高而導(dǎo)致的水資源短缺問題加劇，氣候變化對(duì)水文循環(huán)的影響已經(jīng)成為近年來水文學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)問題[2-3]。由于干旱區(qū)脆弱的水文生態(tài)環(huán)境，氣候變化帶來的水資源短缺等一系列問題尤為突出。此外，我國西北干旱區(qū)的平均氣溫以0.33~0.39 ℃/10 a的速率上升，高于同一時(shí)期的我國平均0.249 ℃/10 a的上升速率，遠(yuǎn)大于全球平均0.13 ℃/10 a的升溫速率[4-5]。這一現(xiàn)象進(jìn)一步加劇了我國西北干旱區(qū)以冰川融雪補(bǔ)給為主的水資源系統(tǒng)的脆弱性和不確定性，同時(shí)也使得該地區(qū)綠洲經(jīng)濟(jì)與沙漠生態(tài)之間的水資源供需矛盾變得更加尖銳[6]。又由于我國干旱區(qū)的徑流補(bǔ)給來源主要是降水與冰雪融水，降雨和溫度的耦合作用將顯著影響徑流的穩(wěn)定性，而作為反映大氣蒸發(fā)能力指標(biāo)的潛在蒸散發(fā)也是影響氣候變化的主要?dú)夂蜃兞?，因此，在干旱區(qū)定量評(píng)估降雨、溫度，潛在蒸散發(fā)等氣候變量以及其他影響因素（主要是人類活動(dòng)）對(duì)徑流變化的影響對(duì)旱區(qū)水資源可持續(xù)發(fā)展的管理和布局具有重要意義。

【研究進(jìn)展】目前，定量探討氣候變化對(duì)徑流影響的研究中，多數(shù)都是基于以下3種方法進(jìn)行：經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法，基于敏感性的彈性系數(shù)法和水文模型[7]。江善虎等[8]利用雙累積曲線法確定了氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)老哈河流域徑流的影響。黨素珍等[9]通過Budyko框架下的彈性系數(shù)法定量研究了氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)涇河上游徑流變化的影響。張艷霞等[10]通過雙累積曲線法、累積量斜率變化率比較法以及彈性分析法定量研究了氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)錫林河徑流量影響的貢獻(xiàn)率。王國慶等[11]采用水文模型模擬的途徑定量探討了山西省嵐河流域河川徑流變化受氣候變化和人類活動(dòng)的相對(duì)影響。可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的對(duì)徑流變化影響要素的研究多集中在濕潤半濕潤地區(qū)，而干旱地區(qū)的此類研究還較少。此外，經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法雖然易于使用，但需要非常詳盡的水文氣象資料，耗費(fèi)人力物力，并且對(duì)不同要素之間的book=114,ebook=2相互作用難以有效的考慮[11]。水文模型物理基礎(chǔ)完備，但是模型結(jié)構(gòu)和計(jì)算參數(shù)的不確定性都會(huì)對(duì)結(jié)果造成明顯的誤差影響[12]。而基于模型的氣候彈性法雖然在物理上是合理的，但是對(duì)模型參數(shù)率定的要求較高，并且結(jié)果的準(zhǔn)確性也不很理想[13]。而干旱區(qū)水文、氣象站點(diǎn)稀少且分布不均勻，資料不詳盡，代表性較差，此外，由于干旱區(qū)高溫少雨的氣候條件和脆弱的水文生態(tài)環(huán)境，模型的參數(shù)難以得到有效的率定[14]。因此，現(xiàn)有方法在干旱區(qū)的使用仍具有一定的局限性。而基于非參數(shù)的彈性系數(shù)法，可以直接使用長時(shí)期的直接觀測資料進(jìn)行氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流變化影響的定量評(píng)估，其穩(wěn)健性和結(jié)果的合理性都具有一定的保障[15]?！厩腥朦c(diǎn)】然而上述方法都難以直接考慮溫度對(duì)徑流變化的影響，以往考慮溫度變化對(duì)徑流的影響都是通過潛在蒸散發(fā)對(duì)徑流的影響而間接體現(xiàn)。而隨著全球變暖的加劇，溫度對(duì)河川徑流變化的影響將變得更加劇烈，尤其是在寒旱區(qū)，其地表徑流主要來自上游冰川融雪來水補(bǔ)給，溫度對(duì)該地區(qū)徑流變化的作用尤為強(qiáng)烈[16]，定量評(píng)估以溫度為主的氣候要素對(duì)徑流變化的影響，將有助于加深對(duì)寒旱區(qū)水文過程的理解以及對(duì)未來水資源量的預(yù)測。Li等[17]提出了一種改進(jìn)的彈性系數(shù)法，為考慮溫度對(duì)徑流變化的影響提供了一種行之有效的思路。

位于我國西北干旱區(qū)的阿克蘇河是塔里木河的主要支流，也是目前唯一與塔里木河干流常年保持自然水力聯(lián)系的源流，其補(bǔ)給水量約占塔里木河干流來水量的73%[18]。同時(shí)，阿克蘇河起源于天山山脈，是典型的冰雪融水補(bǔ)給型河流。阿克蘇河徑流量的變化將顯著影響塔里木河干流的來水量，進(jìn)而顯著影響干流的綠洲農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)[19]。近年來，圍繞阿克蘇河流域徑流變化特征以及其影響因素已進(jìn)行了一系列的深入研究，阿克蘇河徑流量逐年增加的現(xiàn)象被廣泛地發(fā)現(xiàn)，特別是在20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了由偏枯向偏豐的顯著轉(zhuǎn)變[20-22]，與此同時(shí)，該流域氣候條件發(fā)生了由“暖干”向“暖濕”的明顯轉(zhuǎn)變，徑流趨勢與氣候變化形成了明顯的響應(yīng)關(guān)系，證明氣候要素（主要是降雨、溫度等）是當(dāng)前階段造成徑流變化的最重要原因[2,14,19]。然而，目前多數(shù)研究仍采用滑動(dòng)平均或多項(xiàng)式、模型模擬、差積曲線分析和小波分析等方法定性擬合水文、氣候變化趨勢、分析氣候特征對(duì)徑流變化的影響[20]，而鮮有通過定量分析來探究阿克蘇河徑流對(duì)氣候變化的響應(yīng)情況的研究。【擬解決問題】因此，在全球變暖日益加劇的情況下，利用非參數(shù)Mann-Kendall-Sneyers檢驗(yàn)對(duì)徑流序列進(jìn)行突變點(diǎn)檢驗(yàn)，并利用Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)分析氣候變量的變化趨勢，繼而利用基于LI等[17]、ZHENG等[12]所提出的改進(jìn)的基于非參數(shù)的氣候彈性方法定量評(píng)估以溫度為主的氣候要素對(duì)阿克蘇河徑流變化的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

阿克蘇河流域位于天山中段西部南麓地區(qū)，塔里木河盆地西北部（75°35′—80°59′E，40°17′—42°27′N），地勢西北高，東南低，垂直地帶分布顯著，地形由南向北、由西向東逐漸下降。流域面積約5×108km2，塔里木河的主要補(bǔ)給來源[20]。該地區(qū)屬于大陸性干旱氣候，氣候干旱，降水稀少，蒸發(fā)量大，日照時(shí)間長，光熱資源豐富[21]。徑流主要來源為大氣降水、冰川和季節(jié)性積雪融水以及少量的地下水補(bǔ)給[22]。年極端最高溫度和最低溫度分別為40.2 ℃和27.6 ℃，年平均日照時(shí)間為2 850 h。庫馬拉克河和托什干河是其2條主要支流，在喀拉都維匯合形成阿克蘇河，山區(qū)是阿克蘇河的主要產(chǎn)流區(qū)，復(fù)雜的氣候條件導(dǎo)致了徑流的不規(guī)則波動(dòng)[22]。本研究中選取了流域內(nèi)位于山區(qū)的3個(gè)具代表性的水文站（表1，圖1）：沙里桂蘭克、協(xié)和拉、西大橋和各站1956—2011年的實(shí)測徑流資料以及流域內(nèi)自1956—2011年的逐日降雨、日平均氣溫、日最高、最低氣溫、平均相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、日照時(shí)間等氣象資料，綜合后分別求算各水文、氣象指標(biāo)的年平均值并基于Penman-Monteith綜合法計(jì)算流域內(nèi)潛在蒸散發(fā)值。

表1 阿克蘇河流域水文站概況 Table 1 General situation of hydrological stations in Aksu River basin

圖1 研究區(qū)位置及水文站分布 Fig.1 Location of study area and distribution of hydrological stations

book=117,ebook=3

1.2 研究方法

1.2.1 彈性理論方法

彈性理論可以用來檢測自變量對(duì)因變量的影響[17]。為了定量評(píng)估氣候因素對(duì)徑流變化的影響，首先假設(shè)徑流變化歸因于氣候因素和非氣候因素相關(guān)的變化（如人類活動(dòng)和其他因素）可以近似如下：

式中：Q、C和N分別代表徑流，氣候要素（本研究中包括（溫度（T）、降雨（P）和潛在蒸散發(fā)（PET）），和非氣候要素的變化量，f＇代表徑流的變化率。

式中：Ci分別代表各氣候要素（溫度（T）、降雨（P）、潛在蒸散發(fā)（PET））。本研究中假設(shè)各要素對(duì)徑流變化的影響作用相互獨(dú)立，那么式（1）、式（2）可以改寫為：

式中：QCi表示由要素Ci變化所引起的徑流變化量，該式可用于區(qū)分徑流變化中氣候和非氣候要素的影響。

根據(jù)Schaake[23]的定義，徑流的氣候彈性可寫為：

式中：εi為徑流對(duì)氣候要素變化的彈性系數(shù)。基于式（6），可將式（4）、式（5）改寫為：

遵循以前的研究結(jié)果[17]和上述公式，可依據(jù)下式直接根據(jù)觀測值確定徑流和氣候要素間的關(guān)系：

式中：Qj和Cij表示年氣候要素值和徑流量（j=1956，1957，…，2011）；Qb和Cib是徑流和氣候要素的基準(zhǔn)值（后文將有具體說明）。因此，?i可被看作（Qj-Qb）/Qb和（Cij-Cib）/Cib的線性回歸系數(shù)。為了定量識(shí)別1956—2011年由氣候要素所引起的徑流變化，徑流變化率的計(jì)算式為：

式中：ΔCi和ΔQ是1956—2011年氣候要素和徑流量的改變量；Φi是氣候要素對(duì)徑流變化的相對(duì)貢獻(xiàn)率。為了驗(yàn)證本研究結(jié)果的合理性，同時(shí)選用了2種具有較高有效性和穩(wěn)定性的基于非參數(shù)的彈性方法來探究年徑流對(duì)氣候要素變化的敏感性[12,24]，計(jì)算式：

式中：為多年平均氣候要素值；Xi為年平均氣候要素值；為多年平均徑流；Qi為年平均徑流。

1.2.2 突變點(diǎn)監(jiān)測方法

非參數(shù)Mann-Kendall-Sneyers檢驗(yàn)被廣泛應(yīng)用于確定氣候因子和徑流的階躍變化點(diǎn)的出現(xiàn)[25-26]。x1，?，xn代表數(shù)據(jù)的時(shí)間序列。

式中：tk為mi的累積序列；mi為序列中滿足后項(xiàng)大于前項(xiàng)條件的累積次數(shù)。在時(shí)間序列服從隨機(jī)獨(dú)立條件假設(shè)的條件下，統(tǒng)計(jì)量的均值和方差計(jì)算式為：

最后定義統(tǒng)計(jì)量：

為了獲取統(tǒng)計(jì)量UBK，將徑流數(shù)據(jù)時(shí)間序列按逆序排列，重復(fù)式（12）、式（13）、式（14），規(guī)定UB1=0，在給定顯著水平下，若UFK和UBK曲線在置信區(qū)間中存在交點(diǎn)，則該交點(diǎn)即為理論突變點(diǎn)。

1.2.3 趨勢性檢驗(yàn)

Mann-Kendall非參數(shù)趨勢檢驗(yàn)，由于計(jì)算簡單且不受少數(shù)異常值的干擾，適用于水文和氣象等非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)檢測[27]。在本研究中應(yīng)用Mann-Kendall法檢測研究區(qū)內(nèi)徑流、溫度、降雨、潛在蒸散發(fā)的顯著性趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 徑流和氣候要素趨勢性分析

圖2為1956—2011年阿克蘇河的年徑流量、溫度、降水和潛在蒸散量的變化。Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果表明，徑流和溫度分別以11.73 m3/(s·10 a)和0.26 ℃/10 a的速率呈顯著的遞增趨勢（P<0.01）。降雨以14.31 mm/10 a的速率遞增（P<0.05），而潛在蒸散發(fā)卻以21.89 mm/10 a的速率顯著遞減（P<0.01）。

運(yùn)用Mann-Kendall-Sneyers檢驗(yàn)方法，對(duì)1956—2011年阿克蘇河的徑流量進(jìn)行突變點(diǎn)檢驗(yàn)。年徑流量序列突變點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果見圖3。UFk和UBk曲線的交點(diǎn)表明徑流突變點(diǎn)在95%的置信水平上發(fā)生在1993年。該檢驗(yàn)結(jié)果與以前阿克蘇河地區(qū)的研究結(jié)book=0,ebook=4果基本一致[19,21]。隨后為了進(jìn)一步研究氣候要素對(duì)徑流變化的影響，對(duì)降雨、溫度、潛在蒸散發(fā)都進(jìn)行了相同的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明，溫度（1993年）、降雨（1991年）和潛在蒸散發(fā)（1994年）的突變點(diǎn)都發(fā)生在20世紀(jì)90年代初，也就是說，在1994年之后，由于氣候要素的影響，徑流量發(fā)生了顯著的變化。因此，本研究將1956—1993年的多年平均徑流量和氣候要素作為衡量徑流與氣候要素變化的基準(zhǔn)值。計(jì)算結(jié)果表明，阿克蘇河1994—2011年的徑流量、溫度和降雨分別相對(duì)于1956—1993年增長了23.1%、32.4%和22.5%，而潛在蒸散發(fā)減少了7.6%（表2）。

表2 阿克蘇河徑流與氣候要素變化情況（1956—2011年） Table 2 Changes of runoff and climate factors in Aksu River (1956—2011)

圖2 年徑流量與氣候要素變化趨勢 Fig.2 Trends in streamflow and climate factors

圖3 阿克蘇河徑流M-K-S檢驗(yàn) Fig.3 The M-K-S test of annual streamflow for Aksu River

2.2 徑流敏感性系數(shù)

圖4為溫度、降雨、潛在蒸散發(fā)和徑流量之間的線性回歸關(guān)系。阿克蘇河1956—2011年徑流量與溫度、降雨變化率之間顯著正相關(guān)（圖4（a）、圖4（c）），潛在蒸散發(fā)變化率與徑流量之間顯著負(fù)相關(guān)（圖4（b））。由線性回歸方程的系數(shù)即為所求的氣候彈性，由圖4可得到徑流相對(duì)于溫度（εT）、降雨（εP）和潛在蒸散發(fā)（εPET）的彈性分別為1.138、0.270 8和-1.003，這意味著溫度、降雨和潛在蒸散發(fā)每增加1%將導(dǎo)致徑流增加1.138%、0.270 8%和 -1.003%。阿克蘇河徑流變化對(duì)溫度變化的響應(yīng)最為敏感，潛在蒸散發(fā)次之，對(duì)降雨量的變化響應(yīng)最不敏感。此外，由回歸關(guān)系所得的氣候彈性結(jié)果與式（10）、式（11）計(jì)算所得的結(jié)果基本一致（表3），側(cè)面驗(yàn)證了結(jié)果的可靠性。

2.3 氣候要素對(duì)徑流變化的影響

基于氣候變化速率和徑流對(duì)降雨量、溫度和潛book=0,ebook=5在蒸散發(fā)變化的彈性系數(shù)，利用式（9）可以定量評(píng)估氣候因素對(duì)徑流變化的相對(duì)影響（表3）。由表3可知，溫度的變化對(duì)阿克蘇河1956—2011年來徑流變化的影響最大，推測這應(yīng)該與阿克蘇河上游冰川融雪水的徑流補(bǔ)給比例較大有關(guān)；此外，該地區(qū)溫度上升速度為0.26 ℃/10 a，高于同期全國平均增溫速率（0.249 ℃/10 a）[4-5]。特別是相對(duì)于溫度呈下降趨勢的西南地區(qū)[28]，溫度對(duì)阿克蘇河徑流變化的影響程度更加劇烈。

與此同時(shí)，由表3、表4可以看出，3種氣候彈性方法（式（8）、式（10）、式（22））的最終計(jì)算結(jié)果基本一致，這意味著本研究所采用的彈性系數(shù)的計(jì)算方法在阿克蘇河地區(qū)的應(yīng)用結(jié)果是基本可信的，本研究的結(jié)論具有一定的合理性和可靠性。以3種計(jì)算方法的均值作為最終的結(jié)果，溫度、降水和潛在蒸散發(fā)對(duì)阿克蘇河徑流變化的相對(duì)貢獻(xiàn)率分別為46.7%、20.5%和24.9%，這表明其他因素（如人類活動(dòng)等）對(duì)徑流變化的相對(duì)貢獻(xiàn)大約為7.9%，說明氣候要素是阿克蘇河徑流變化的主導(dǎo)因素。

表3 基于不同彈性系數(shù)法的氣候因素對(duì)徑流變化的影響結(jié)果 Table 3 Influence of climate factors on streamflow changes based on different elastic coefficient methods

表4 基于不同氣候彈性系數(shù)法的氣候要素相對(duì)貢獻(xiàn)率 Table 4 Relative contribution rate of climate elements based on different climate elasticity coefficient methods

圖4 阿克蘇河1956—2011年徑流變化率與 氣候要素變化率的回歸關(guān)系 Fig.4 The regression relationships between the proportional change of streamflow and climate factors for Aksu River from 1956 to 2011

book=0,ebook=5

從目前的研究來看，阿克蘇河流域溫度的變化是徑流變化中最主要的影響要素（46.7%），而非氣候因素（如人類活動(dòng)等）對(duì)徑流變化的影響不大，1956—2011年來徑流的變化只有約7.9%的變化是由非氣候要素變化所引起的。這與該區(qū)域以前的研究基本一致[17,20]，但這一結(jié)論存在著一定的矛盾，非氣候要素（主要指人類活動(dòng)）與氣候變化之間并不是完全割裂的2類過程，而是存在一定的相互作用關(guān)系[1,7,12]。以人類活動(dòng)為例，人類活動(dòng)的不斷發(fā)展顯著影響了地球上的水文與能量循環(huán)以及水熱平衡，一定程度上促使了氣候變化的發(fā)生與發(fā)展[24,29]，反之，氣候的變化也會(huì)影響人類活動(dòng)的舉措與劇烈程book=120,ebook=6度[10-11]。因此，本文中溫度、潛在蒸散發(fā)等氣候要素對(duì)徑流變化的影響中理應(yīng)包含一部分人類活動(dòng)所產(chǎn)生的影響，但本研究主要旨在探究徑流變化對(duì)氣候要素變化的定量響應(yīng)情況，氣候變化與人類活動(dòng)之間的耦合作用的深入探討暫不是本文的研究范圍，尚有待在后續(xù)研究中做進(jìn)一步的分析與討論。

此外，盡管阿克蘇河上游來水量不斷增加，但塔里木河干流徑流量在1956—2011年來卻呈遞減的傾向，并且人類活動(dòng)是干流徑流量減少的主導(dǎo)因素[1,2,16]。這與本研究的結(jié)果存在一定的沖突，究其原因，造成這種現(xiàn)象的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1）阿克蘇河冰川融雪水補(bǔ)給徑流比例較大（約42%），阿克蘇河又處于我國氣溫變化的敏感地帶，溫度的上升加速了上游山區(qū)的冰雪融化，繼而增加了河道的冰雪融水補(bǔ)給。此外，研究區(qū)氣溫呈明顯的上升趨勢，上升速度為0.26 ℃/10 a，高于同期全球平均水平（0.13 ℃/10 a），蔣艷等[22]分析指出，隨著阿克蘇河流域內(nèi)氣溫的逐漸增加，以冰川融雪為主要補(bǔ)給來源的阿克蘇河流域山區(qū)徑流量顯著的上升。

2）本研究選取的水文站位于山區(qū)和出山口，對(duì)山區(qū)徑流變化上具有較好的代表性，而山區(qū)的人類活動(dòng)強(qiáng)度較弱，因此以人類活動(dòng)為主的非氣候要素對(duì)徑流變化的影響不大。此外，山區(qū)受冰雪融水補(bǔ)給量大，水文環(huán)境較原始，因此對(duì)氣候變化的響應(yīng)情況更為敏感。

3）人類活動(dòng)對(duì)徑流的影響主要包括直接的水資源開發(fā)利用和對(duì)下墊面條件的間接影響兩方面[30]。阿克蘇河作為新疆重要的棉花和糧食生產(chǎn)基地，人類活動(dòng)對(duì)徑流的影響主要體現(xiàn)在灌溉面積的激增所帶來的水資源量的劇烈消耗[6,16]。但阿克蘇河灌區(qū)主要分布在下游平原地區(qū)，對(duì)山區(qū)的開采利用還比較少，隨著人類活動(dòng)不斷地加劇，尤其是阿克蘇河流域灌溉農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，灌溉面積將不斷向上游擴(kuò)張，流域上下游的耗水量都呈現(xiàn)出顯著的遞增趨勢，人類活動(dòng)將會(huì)對(duì)徑流變化產(chǎn)生越來越重要的影響。此外，由于阿克蘇河下游綠洲農(nóng)業(yè)的擴(kuò)張，以及高耗水作物棉花的廣泛種植，大量消耗了上游增加的來水量[6]，從而導(dǎo)致補(bǔ)給干流的水量減少，結(jié)合干流愈發(fā)劇烈的人類活動(dòng)的影響，使得塔里木河干流的水量逐年減少。

4）由于非參數(shù)方法評(píng)估氣候彈性是假設(shè)每一種氣候要素之間都是相互獨(dú)立互不干擾的，然而，事實(shí)上每種氣候要素或是其他的相關(guān)因素之間都是相互聯(lián)系的，存在著一定的相互作用，因此該類方法仍具有一定的不確定性。同時(shí)，觀測值可能受不確定因素的影響進(jìn)而影響計(jì)算結(jié)果，也會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定的不確定性影響。如何降低評(píng)估過程的不確定性仍需要在今后的研究中進(jìn)一步探索。

4 結(jié) 論

1）徑流和溫度分別以11.73 m3/(s·10 a)和0.26 ℃/10 a的速率顯著遞增（P<0.01）。降雨量以14.31 mm/10 a的速率遞增（P<0.05），而潛在蒸散發(fā)以21.89 mm/10 a的速率呈顯著的遞減趨勢（P<0.01）。突變檢驗(yàn)結(jié)果表明阿克蘇河水文、氣象要素突變點(diǎn)都發(fā)生在20世紀(jì)90年代初。

2）阿克蘇河徑流變化對(duì)溫度變化的響應(yīng)最為敏感，潛在蒸散發(fā)次之，對(duì)降雨量的變化的敏感性最弱。氣候變化是阿克蘇河徑流變化的主導(dǎo)原因，但隨著流域人類活動(dòng)的加劇，人類活動(dòng)將對(duì)徑流變化產(chǎn)生越來越重要的影響。

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Assessing the Impact of Meteorological Factors on Streamflow in Aksu River

LI Hongbin1, LIU Yating1, WANG Weiguang1,2*, PANG Maitian1

(1. College of Hydrology and Water Resources, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2.State Key Laboratory of Hydrology-water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China)

【Background】The effects of potential climate change on water flow in rivers have been well documented but with the focus putting on precipitation and potential evapotranspiration (PET). There is a lack of study on the impact of individual meteorological factors.【Objective】Taking Aksu river in Xinjiang as an example, this paper investigated the relationship between water flow rate in the river and some meteorological factors.【Method】The trends and abrupt changes in hydrological and meteorological data measured from the basin were analyzed using the Mann-Kendall-Sneyers test and Mann-Kendall nonparametric trend test; three improved elastic coefficient methods were used to evaluate the influence of the meteorological factors, particularly temperature, on water flow rate in the river.【Result】Both water flow rate in river and temperature in the basin had increased at rates of 11.73 (m3/s)/10a and 0.26 ℃/10a, respectively, at significant level (P<0.01). The precipitation trended up at a rate of 14.31 mm/10a at significant level (P<0.05), while the potential evapotranspiration had been in decline at a rate of 21.89 mm/10a at significant level (P<0.01). The test results showed that the temperature changed abruptly in 1993, the precipitation in 1991 and the potential evapotranspiration in the early 1990s. Water flow rate in the river underwent an abrupt change in 1993, indicating that water in the river has changed significantly since 1994 due to climatic impact. A multi-year average water flow rate and climate factors from 1960 to 1993 were thus used as the baseline to measure the change in water flow after 1993. From 1994 to 2010, streamflow, precipitation and temperature increased by 23.1%, 22.5% and 32.4% respectively, while the potential evapotranspiration reduced by 7.6%, compared to the averages over 1960 to 1993. The linear relationship between temperature, precipitation, potential evapotranspiration and streamflow passed the statistical test at significant level of 1%, indicating that the linear regression coefficients reflect the relationship between surface runoff and climate factors and that it can be used to deduce the climate elasticity. Sensitivity analysis showed that the elasticity of the streamflow to the temperature (εT) and the precipitation (εP) was 1.138 and 0.270 8 respectively, meaning that every 1% increase in the temperature and precipitation will lead to 1.138% and 0.270 8% increase in streamflow respectively. The elasticity coefficient of the streamflow to the potential evapotranspiration was -1.003(εPET), indicating that a 1% decrease in potential evapotranspiration would lead to a 1.003% rise in streamflow. Water flow in the river is most sensitive to temperature and least to precipitation, with the potential evapotranspiration between. It was also found that the relative contribution of temperature to streamflow was 46.7%, while the contribution of precipitation and potential evapotranspiration was 20.5% and 24.9% respectively. Non-climatic factors, such as anthropogenic activities, contributed only 7.9% to the streamflow change.【Conclusion】Our analysis showed that climate change is currently the main factor behind the streamflow change in Aksu river, despite the increasing influence of the continuous intensified anthropogenic activities at upper and lower reaches of the basin.

streamflow variation; Mann-Kendall-Sneyers test; elastic coefficient; climate change

P333.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020287

1672 - 3317（2021）01 - 0115 - 08

2020-05-30

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51979071）；國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（202010294009）

李虹彬（1998-），男。學(xué)士，主要從事水文物理規(guī)律模擬研究。 E-mail: lihongbin_hhu@163.com

王衛(wèi)光（1979-），男。教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水文物理規(guī)律模擬研究。E-mail: wangweiguang2016@126.com

李虹彬, 劉亞婷, 王衛(wèi)光, 等. 氣候因素對(duì)阿克蘇河徑流變化影響的定量評(píng)估[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(1): 115-122.

LI Hongbin, LIU Yating, WANG Weiguang, et al. Assessing the Impact of Meteorological Factors on Streamflow in Aksu River[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(1): 115-122.

責(zé)任編輯：趙宇龍