張家口市察汗淖爾流域水文要素演變特征

□陳沫宇

科技創(chuàng)新

張家口市察汗淖爾流域水文要素演變特征

□陳沫宇

水資源是察汗淖爾流域生態(tài)保護的重要因素，根據(jù)歷史資料探討其時空變化特征，可為察汗淖爾流域修復工作開展和水資源可持續(xù)利用提供科學依據(jù)。采用線性回歸法、Mann-Kendall檢驗、有序聚類法和非線性pettitt檢驗，分析研究區(qū)近39年降水、蒸發(fā)、徑流變化趨勢及突變情況。結(jié)果表明，降水、蒸發(fā)呈不顯著增加趨勢，徑流全年呈顯著下降趨勢，降水在1990年發(fā)生突變，蒸發(fā)在2003年發(fā)生突變，徑流則在1988年發(fā)生突變。

察汗淖爾流域；水文要素；徑流量

察汗淖爾是冀蒙交界的一泓湖泊，蒙語意為“銀色的湖”，集草原、濕地、咸水湖3種生態(tài)系統(tǒng)于一體，生態(tài)價值突出。然而，近年來不合理的開采水資源，昔日碧波蕩漾的察汗淖爾風光不再，水面大幅度減小，只在汛期呈現(xiàn)部分不連續(xù)的淺水淖，湖床變成鹽漬荒灘，湖底已經(jīng)出現(xiàn)龜裂，察汗淖爾流域的水生態(tài)環(huán)境不容樂觀。為全面貫徹習近平總書記和韓正副總理、胡春華副總理關于察汗淖爾生態(tài)保護和修復工作批示指示精神，全面落實《國家發(fā)展改革委辦公廳關于印發(fā)〈察汗淖爾生態(tài)保護和修復工作方案〉的通知》、《河北省發(fā)展和改革委員會關于印發(fā)〈河北省推進察汗淖爾生態(tài)保護和修復實施方案〉的通知》，以及其他相關文件的要求，開展察汗淖爾流域水文氣象要素演變特征研究，剖析降水、徑流、蒸發(fā)的變化特征，為察汗淖爾恢復昔日風采提供決策依據(jù)和技術支撐。

1.材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

察汗淖爾湖位于河北省張家口市尚義縣大營盤鄉(xiāng)與內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市商都縣交界處，1/3位于尚義縣境內(nèi)，屬內(nèi)蒙古高原南緣。察汗淖爾流域面積5924km2，涉及河北省張家口市尚義縣、康?？h、張北縣和內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市商都縣、化德縣、興和縣，其中張家口市境內(nèi)流域面積2433.9km2。尚義縣有大青溝河和五臺河兩條河流注入察汗淖爾。張家口市察汗淖爾流域位于內(nèi)蒙古高原的南緣西側(cè)（河北省壩上西側(cè)），北部康保縣盧家營鄉(xiāng)最高海拔1550m，南部尚義縣八道溝鎮(zhèn)最高（山脈）海拔1560m，東部康保縣忠義鄉(xiāng)最高海拔1390m，西部尚義縣大營盤鄉(xiāng)（察汗淖爾）最高海拔1275m。察汗淖爾流域的地形走勢是北、東、南三面高西面地勢低。流域共含3縣14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中尚義縣七甲鄉(xiāng)、三工地鎮(zhèn)、大蘇計鄉(xiāng)為平原區(qū)，其余11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為平原山區(qū)交錯。北、東兩個方向山峰、山梁呈渾圓狀，地形切割不強烈，其間稀疏的散布著溝谷平原、洼地等。西南部為熔巖臺地，其上散布著火山口、古火山錐及蝶形洼地多處，溝谷稀少、切割最深達100余m，局部見階地及河流襲奪現(xiàn)象。其西北部、北部邊緣，因長期遭受侵蝕切割，呈殘丘狀。最西段察汗淖爾，海拔標高不足1280m，是全流域最低點。

1.2 數(shù)據(jù)來源

流域境內(nèi)及周邊區(qū)域17個雨量站1981年—2019年降水數(shù)據(jù)和大青溝水庫站1981年—2019年徑流數(shù)據(jù)由河北省張家口水文勘測研究中心提供。張家口市察汗淖爾流域各站點位置分布圖見圖1。

2.結(jié)果與分析

2.1 降水

由表1張家口市察汗淖爾流域降水系列變化趨勢檢驗結(jié)果可見：近39年來流域降水呈現(xiàn)不顯著增加趨勢，增加速率為0.55mm/a。在季節(jié)降水序列上，夏、秋兩季降水呈減少趨勢，春、冬兩季降水呈增加趨勢。主要原因是氣候變暖，春、冬氣溫更容易受到影響，造成春、冬季高溫天數(shù)增多，降水呈增加趨勢。夏季降水下降速率最快，因此夏季降水的減少對于張家口市察汗淖爾流域全年降水不顯著增加起主要作用，貢獻率最大，減緩了流域降水的增加速率，削減了其他季節(jié)降水變化對年際降水變化影響。采用M-K突變檢驗，舍棄未通過非線性pettitt檢驗的突變點，最終確定春、夏、秋、冬季降水的突變年份分別為2006年、1999年、2002年和2014年；年降水M-K法跳躍點較多，結(jié)合有序聚類法確定的主要跳躍點有2個，分別是1990年和2011年。但是2010年和2012年的降水量較大，分別為438.4mm和448.3mm，因此2011年可能是降水極大值引起的瞬時跳躍。

圖1 張家口市察汗淖爾流域示意圖

2.2 蒸發(fā)

研究區(qū)水面蒸發(fā)量呈逐年增加的趨勢，增加速率為2.00mm/10a，且M-K非參數(shù)檢驗和線性回歸檢驗的統(tǒng)計量低于0.05顯著性水平的相應臨界值，未通過顯著性檢驗。從季節(jié)上看，春季蒸發(fā)呈顯著的增加趨勢，秋季蒸發(fā)呈不顯著的增加趨勢，夏冬兩季均呈現(xiàn)不顯著的減少趨勢。由此可見春秋兩季蒸發(fā)量的增加對張家口市察汗淖爾流域全年蒸發(fā)的增加起主要作用。由于蒸發(fā)與氣溫、日照時數(shù)、平均風速和相對濕度等氣象特征存在一定的相關性，因此可能存在“蒸發(fā)悖論”現(xiàn)象。張家口春季風大、降水量少且飽和差大，尤其是5月—6月氣溫偏高，降水偏少，所以蒸發(fā)量大，冬季12月、1月溫度較低，蒸發(fā)量占全年比重也較低。春、夏、秋、冬季和全年蒸發(fā)的突變年份分別為2010年、2000年、2008年、2005年和2003年。

表1 張家口市察汗淖爾流域降水系列變化趨勢檢驗結(jié)果

表2 張家口市察汗淖爾流域蒸發(fā)變化趨勢檢驗結(jié)果

表3 張家口市察汗淖爾流域徑流變化趨勢檢驗結(jié)果

2.3 徑流量

1981年—2019年大青溝水庫站年徑流呈顯著性減少趨勢，變化速率為87.5萬m3/10a；從季節(jié)變化趨勢可知，春、夏、秋、冬季徑流量均呈顯著性減少趨勢，夏季徑流下降速率最快，夏季徑流的減少對全年徑流減少起主要作用。夏、秋兩季徑流減少一方面受降水減少及氣候因素的影響，另一方面與土地利用、覆被變化、取用水及水利工程修建等人類活動的影響有關。春、冬兩季與夏、秋兩季對徑流的響應不同，春、冬季降水呈不顯著增加趨勢，但徑流呈顯著減少趨勢，這是由于人類活動對徑流的影響大于降水對徑流的影響，使得人類活動成為春、冬兩季徑流變化的主導因素。春季徑流在2015年存在一個跳躍點，且該跳躍點通過了顯著性水平檢驗，因此春季徑流突變年份在2015年；夏、秋和冬季徑流存在多個跳躍點，夏、秋和冬季分別在2005年、2000年和1995年統(tǒng)計量丨U丨值最大，且通過了顯著性水平檢驗，因此2005年、2000年和1995年分別為夏、秋和冬季徑流的突變年份；年徑流在1988年發(fā)生跳躍，且通過顯著性水平檢驗，故1988年為年徑流的突變年份。

3.結(jié)論

降水、蒸發(fā)、徑流這3個水文要素，其中降水全年、春季、冬季呈不顯著的上升趨勢，而夏季、秋季呈不顯著的減少趨勢。全年和春、夏、秋、冬季降水的突變年份分別為1990年、2006年、1999年、2002年和2014年；蒸發(fā)全年、秋季呈不顯著的上升趨勢，夏季、冬季呈不顯著的減少趨勢，春季呈顯著的上升趨勢，對全年的蒸發(fā)量升高起主要作用，蒸發(fā)的突變年份主要集中在21世紀00年代；年和季節(jié)性徑流量均呈顯著性減少趨勢，全年和春、夏、秋、冬季徑流的突變年份分別為1988年、2015年、2005年、2000年和1995年?！?/p>

2022-05-27

陳沫宇，女，漢族，張家口水文勘測研究中心，工程師。

國家自然科學基金委員會-區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金（U21A20164）；河北省自然科學基金資助項目(E2020402079)；河北省高等學?？茖W技術研究計劃重點項目（ZD2019114）；河北省水利科研與推廣計劃項目（2021-21）；河北省研究生創(chuàng)新資助項目（CXZZBS2022023）。