河為例劉明春;李玲萍;史志娟;秦三杰【摘要】BasedontherunoffobservationandmeteorologicaldataatXiyingRiverintheShiyangRiverbasinduring1961—2009,thechangetrendandannualdistributionofrunoffaswellastheirrelationshipwithmeteorologicalfactorswereanalyzed.Theresultsshowedthattheoverallchangetrendofrunoffwasgoingdownintherecent49a,andthedecreaserangewasgreaterinwinterandsummerthaninspringandautumn.Theseasonalrunoffdecreasedobviouslyin1990s,especiallytheevidentabruptchangeswerefoundinyearly,springandsummerrunoff.Theannualrunoffcamemainlyfromrainwaterduringfloodseasons,andtheproportionofrainwaterintotalrunoffwasgraduallyincreased,whilethatofsnowmeltwaterintotalrunoffwasdecreased.Therewasasmallincreasingtrendofprecipitationintheriverbasin,butitwasnotobviousinsummer.Thetemperatureincreasedsignificantly,andthetrendcoefficientoftemperaturewasthelargestinwinter,whichcausedtheincreasetrendofevaporation.CorrelativeanalysisshowedthattherunoffwaspositivelycorrelatedwiththemonthlyprecipitationduringJunetoSeptember,butitwasnegativelycorrelatedwithmonthlytemperatureandevaporationduringJulytoAugust.Theprobableinfluencesoffuturetemperatureandprecipitationchangesonrunoffunderdifferentconditionswasalsoanalyzed,whichshowedthatthetemperaturewouldplayamainnegativeroleonrunoff,andtheriseoftemperaturealongwiththeincreaseofevaporationduringfloodperiodswouldbringoutthedecreaseoftotalannualrunoff.Climatewarmingwouldbeunfavorabletotheincreaseofrunoffingeneral.%利用1961-2009年石羊河流域西營河徑流量和氣象資料,分析了近49年來徑流量變化趨勢、年內分配特征及與氣象因素的內在關系.結果表明:近49年來西營河徑流量總體呈減少趨勢,冬、夏季減幅大于秋、春季；90年代四季徑流量衰減明顯,特別是年、春、夏季徑流出現明顯突變；年徑流量補給主要以汛期雨水補給為主,雨水補給比例在逐漸增加,冬季積雪融水對徑流量的補給比例在減少；流域內降水量呈較小的增加趨勢,但是夏季降水增幅不明顯.氣溫呈明顯升高趨勢,特別是冬季氣溫趨勢系數最大,受其影響蒸發量均呈增大趨勢；徑流量與6-9月降水量呈顯著正相關,但與7、8月氣溫、蒸發呈顯著負相關.分析了未來氣溫、降水變化在不同情形下對徑流量的可能影響,表明氣溫對徑流量的負效應占據著主導作用,汛期氣溫的升高且伴隨著蒸發的增大使年總徑流量減少,氣候變暖總體不利于流域徑流量的增加.期刊名稱】《干旱地區農業研究》年(卷),期】2013(031)001【總頁數】6頁(P193-198)【關鍵詞】氣候變化;徑流量;氣候因子;石羊河流域【作者】劉明春;李玲萍;史志娟;秦三杰【作者單位】中國氣象局蘭州干旱氣象研究所甘肅省干旱氣候變化與減災重點實驗室中國氣象局干旱氣候變化與減災開放實驗室,甘肅蘭州730020;甘肅省武威市氣象局,甘肅武威733000;甘肅省武威市氣象局,甘肅武威733000;甘肅省氣象局,甘肅蘭州730020;甘肅省氣象局,甘肅蘭州730020【正文語種】中文【中圖分類】P333.1石羊河流域位于甘肅省河西走廊東部，祁連山北麓，烏鞘嶺以西，東經101。41'~104。16：北緯36。29'~39。27‘之間，自東向西由大靖河、古浪河、黃羊河、雜木河、金塔河、西營河、東大河、西大河八條河流及多條小溝小河組成（圖1）,河流補給來源為山區大氣降水和高山冰雪融水，產流面積1.11萬km2,多年平均徑流量15.60億m3。近半個多世紀以來,隨著流域工農業生產的發展，中下游地區水土資源被大規模開發利用,對水的需求日益增大,工業、農業與生態用水之間,上、中、下游用水之間的矛盾已變得十分尖銳,流域下流民勤尾閭區由于嚴重超采地下水,出現了地下水位下降、水庫干涸、農田次生鹽漬化、植被大面積退化等嚴重的生態環境問題,“羅布泊”景象初步顯現［1-2］。近年來許多學者從不同角度對石羊河流域氣候、農業生態、水資源、徑流變化等方面做了大量研究［3-13］。本文通過分析石羊河流域一條支流——西營河徑流量歷年變化,進一步揭示和印證氣候變化所帶來的深刻影響及其內在聯系。圖1石羊河流域水系分布Fig.1WatersystemdistributionofShiyangRiverbasin西營河是流域8條河流中徑流量最大的一條河,歷年平均流量占石羊河流域總流量的38%,其年內來水豐枯變化對整個流域來水總量影響很大。據計算,流域總徑流量與西營河徑流量存在一致的正相關（相關系數0.45,n=49）,通過95%置信度水平。因此,本文以西營河為代表,分析逐月徑流量時間演化特征和氣候要素之間的相互關系,來探明氣候變化對流域未來水資源變化趨勢的可能影響,為石羊河流域重點治理和科學調配水資源提供參考依據。1資料來源與分析方法資料來源西營河逐月平均徑流量資料（1954—2002年）來自武威市九條嶺水文站歷年實測徑流。氣象資料采用流域祁連山北坡上游的烏鞘嶺、古浪、永昌氣象站觀測資料。分析方法主要采用趨勢系數、徑流量峰型度（4—6月徑流總量與7—9月徑流總量比值）、年豐枯率（4—9月徑流總量與10月至翌年3月徑流總量比值）［16］進行分析。用Mann-Kendall法［17］進行突變檢驗。2徑流量變化特征年際變化西營河年總徑流量總體上呈逐年代減少趨勢，趨勢系數為-0.335,通過極顯著水平（Pv0.01）,線性傾向率為-0.128億m3?10a-1（圖2）。50年代中后期平均徑流量為3.8億m3,80年代為3.32億m3,90年代減幅明顯，平均只有2.86億m3,較50年代減少了25%。按徑流量距平百分率>15%為豐水年,<-15%為枯水年，其余為平水年標準統計,49年中豐水年出現頻次為12a,占總年數的24%;枯水年頻次13a,占27%,平水年頻次24a,占49%。在13a枯水年中,1990年代以來出現7a,占枯水年總數的54%。豐水年多出現在20世紀50、70年代，為8a,占豐水年數的67%。圖2西營河出山口來水量變化Fig.2ChangeofwaterflowatthemountainpassofXiyingRiver年內變化西營河徑流量一年中呈單峰型曲線分布。夏季（6—8月）最大,歷年平均為1.81億m3,占年徑流量的58%,秋季（9—11月）、春季（3—5月）分別為0.67、0.56億m3,分別占21%和18%,冬季（12—2月）最小為0.13億m3,僅占4%。各月中7月份最大,2月份最小。汛期4—9月徑流量占全年的86%,為非汛期的6倍多。四季徑流量年代際變化呈減少趨勢。其中冬、夏季徑流量分別由20世紀50年代的0.15、2.157億m3減少到90年代的0.112、1.466億m3,減少了27%和32%,秋、春季由0.739、0.586億m3分別減少到0.606、0.479億m3,均減少了18%（表1）。計算四季徑流量趨勢系數均為負值，范圍在-0.181~-0.525,其中冬、夏季減少趨勢明顯趨勢系數分別為-0,525.-0.435,均通過極顯著水平（P<0.001）。線性傾向率冬季〉夏季〉秋季〉春季,傾向值分別為0.14、0.12、0.03、0.01億m3?10a-1。表1西營河四季徑流量年代際變化/108m3Table1DecadalvariationofseasonalrunoffinXiyingRiver年代Decade冬季Winter春季Spring夏季Summer秋季Autumn資料年代Informationyears500.1500.5862.1570.7391954—1960600.1320.5291.7720.6951961—1970700.1240.6051.9040.7011971—1980800.1280.6261.9350.6371981—1990900.1120.4791.4660.6061991—2000為了反映徑流量在年內分布特征，圖3給出了徑流量峰型度a豐枯率p歷年變化曲線。從中看出,峰型度在50年代中后期至60年代為減少時期,70年代至80年代中期呈波動性增加,80年代中期（1987年）以后呈快速減少,這與氣候冷暖期分布時間相吻合。如60年代氣候相對偏暖,80年代中期以后氣候明顯偏暖,70年代和80年代前期氣候相對偏冷,與此相對應,峰型度在60年代和80年代中期以后處于低值區,a值平均分別為0.55和0.59,70年代至80年代前期處于高值區,a值平均為0.75,即氣候處于冷期時峰型度為高值期,暖期時則為低值期。1987年氣候明顯變暖以來峰型度呈持續減小,2001年a值達到歷年來最低值（0.31）。豐枯率p值隨時間呈波動性增加趨勢,一年中冷季徑流量占全年徑流量比例呈減少趨勢,暖季呈增加趨勢。從峰型度和豐枯率這一變化特征看出,隨著氣候變暖,導致西營河四季出山口徑流量均呈減少態勢,但冬季徑流量減少的幅度大于夏季,故冬季積雪融水對徑流量的補給比例在減少,而汛期雨水形成的徑流比例相對在增加。這也從一個側面印證了地處石羊河流域上游的祁連山區冬季積雪減少、雪線上升和許多小冰川消失的事實。圖3西營河徑流量峰型度、豐枯率變化曲線Fig.3Variationcurveofpeakshapedegreeandwet-dryrateofrunoffinXiyingRiver2.3徑流量突變分析計算西營河年徑流量(a)Mann-Kendall統計量(圖4),1993年出現徑流量減少突變點。之前的1954—1964年徑流量呈減少趨勢,其中1960—1964年減少最為明顯,通過顯著性水平(Pv0.05)。1966—1993年增多趨勢和減少趨勢基本交替出現，河流來水豐枯變換基本平衡。1993年以來徑流量呈減少趨勢,特別從1996年以來減少達到顯著水平(Pv0.05);冬季(b)徑流量于1974、1977年出現突變點。1974年以前徑流量呈減少趨勢,1976年開始及其后的1976、1977年徑流量轉而增大,1977年以后又進入減少時期,其中1980—1982、1987—1988年和1991年以來減少趨勢明顯，通過顯著性水平(Pv0.05)；春季(c)徑流量突變點出現在1957、1961、1999年。1957年以前徑流量呈明顯減少趨勢。其后的1958—1960年呈增加趨勢,1961年又明顯減少，通過顯著水平(Pv0.05)。1961年以后進入一個較長時間的增多時期。直到1991年以后徑流量從增多時期又進入減少時期,且通過顯著性水平(Pv0.05)。1999年以后又開始增加，但增加不明顯;夏季(d)徑流量突變點出現在1991、1993年。1991年以前分為兩個時期。第一個時期即1963年以前徑流量呈明顯的減少趨勢,1963年通過顯著水平(Pv0.05)。1963年以后進入一個增加和減少交替出現并維持相對平衡的一個時期。直到1993年以后這種平衡狀態被打破，徑流量轉入減少時期,特別從1999年以后減少明顯，通過顯著性水平(Pv0.05);秋季(e)徑流量出現多個突變點壇加和減少趨勢均不十分明顯,兩種狀態交替出現,說明徑流量總體基本穩定。圖4西營河不同季節徑流量突變分析Fig.4MutationanalysisofrunoffindifferentseasonsinXiyingRiver3影響流域徑流量氣象因素分析降水量祁連山東部地區各測點歷年降水量均呈不同程度的增加趨勢,年趨勢系數在0.02~0.62之間。只有永昌站通過極顯著性水平(Pv0.01)。降水的季節變化,烏鞘嶺(冬季)、永昌(夏季)趨勢系數分別為0.61、0.38,通過極顯著水平(Pv0.01),但傾向率值較小，分別只有1.96、10.2mm?10a-1,其它季節趨勢系數更小。特別是古浪、永昌的秋季降水呈減少趨勢,趨勢系數和傾向率均為負值。由此可見,降水總體上增幅均較小,特別是對徑流形成貢獻最大的夏季降水增幅不明顯。計算年徑流量與各站降水量相關系數(表2),徑流量與主要來水季節6—9月降水量均呈正相關,通過顯著水平(Pv0.05)或極顯著水平(Pv0.01),這一時期降水多、徑流量大。統計石羊河流域徑流量和各測點降水年內分布特征發現,6—8月徑流量占年徑流量的比例多年平均為56.6%,而6—8月降水量占全年降水量的比例古浪、永昌、烏鞘嶺分別占49%、58%、59%,平均55%。徑流量和降水兩者存在較好的一致性,說明汛期降水量的多少在很大程度上決定著流量的豐枯。氣溫各代表點歷年氣溫均呈不同程度上升趨勢，年趨勢系數均為正值，在0.64-0.71之間。趨勢系數均通過0.01極顯著水平,線性傾向率在0.29~0.40910a-1,均高于全國平均增溫速度(0.044910a-1),說明石羊河流域上游產流區氣溫增幅十分明顯。氣溫的季節變化以冬季的趨勢系數最大,春季最小。傾向率最大值在0.45-0.73°C?10a-1（冬季），最小值在0.11~0.27°C?10a-1（春季）。計算流域徑流量與各站氣溫相關系數（表3）,夏季7、8月氣溫與徑流量呈顯著的負相關，相關系數在-0.20~-0.36,均通過0.05顯著性水平檢驗。氣溫高多對應晴好天氣,無降水產生,河流補給量少。而在非汛期的3、4、9、10月,相關系數多呈正值,特別是3、10月相關系數接近顯著性水平臨界值,說明此期氣溫高,冰雪融水快,有利于徑流量的增加。蒸發量年蒸發量古浪、永昌、烏鞘嶺均呈增加趨勢,趨勢系數均為正值,古浪、烏鞘嶺達到顯著水平（Pv0.05）。傾向值分別為39.87、16.17.24.3mm?10a-1。季節趨勢系數中古浪、烏鞘嶺四季均為正值,其中古浪冬季、烏鞘嶺夏季最大,通過極顯著水平（PV0.01）。永昌夏、秋季趨勢系數為正值，冬、春季為負值。計算北坡烏鞘嶺、永昌、古浪三站逐月蒸發量與流域年徑流量相關系數,二者均呈負相關關系（表4）,蒸發大,水分散失快,不利于匯流形成和徑流的增加。一年中蒸發對徑流的影響效應在汛期或非汛期均呈現出相同的作用。特別是夏季7、8月蒸發量對河流徑流量的負效應最大，相關系數達到一年中的最大值,t檢驗統計值呈顯著（Pv0.05）或極顯著（Pv0.01冰平。表2降水量與徑流量的相關系數Table2Correlationcoefficientsbetweenprecipitationandrunoff注:*0.05顯著性水平;**0.01極顯著水平。下同。Note:*meanssignificanceat0.05level;**meanssignificanceat0.01level.Hereinafterthesame.月份Month站點Station123456789101112古浪Gulang-0.12-0.030.06-0.02-0.080.33*0.40**0.140.33*-0.02-0.02-0.10永昌Yongchang-0.14-0.180.060.01-0.160.39**0.090.160.220.090.17-0.17烏鞘嶺Wushaoling-0.190.02-0.020.27-0.150.38**0.35*0.39**0.32*0.050.02-0.29*表3氣溫與徑流量的相關系數Table3Correlationcoefficientsbetweenairtemperatureandrunoff站點Station月份Month123456789101112古浪Gulang-0.02-0.080.210.01-0.06-0.22-0.33*-0.36*-0.080.16-0.07-0.10永昌Yongchang0.09-0.030.22-0.010.03-0.15-0.31*-0.35*-0.050.20-0.03-0.02烏鞘嶺Wushaoling-0.04-0.030.190.010.02-0.15-0.29*-0.36*-0.050.14-0.08-0.16表4蒸發量與徑流量的相關系數Table4Correlationcoefficientsbetweenevaporationandrunoff站點Station月份Month123456789101112古浪Gulang-0.54**-0.29-0.34*-0.22-0.33*-0.35*-0.48**-0.62**-0.15-0.27-0.28-0.24永昌Yongchang-0.36*-0.24-0.24-0.17-0.14-0.06-0.23-0.62**-0.21-0.36*-0.30*0.05烏鞘嶺Wushaoling-0.16-0.16-0.22-0.28-0.19-0.13-0.34*-0.52**-0.20-0.26-0.21-0.20利用多元回歸統計方法建立西營河汛期（6—8月）徑流量（Y）與同期降水量（X1,古浪）、氣溫（X2,永昌）預測模型:Y=4.106+0.005X1-0.225X2（回歸值F=4.3,置信度95%）。據此計算,在氣溫不變的情形下,降水分別增加10%和20%時,汛期徑流量將分別增加0.088億m3、0.176億m3,對年徑流量的貢獻率將由本世紀初的51.2%分別提高到54.3%和57.5%；在降水不變的情形下,氣溫分別增加1工、2工時，汛期徑流量將分別減少0.225億m3、0.45億m3,對年徑流量的貢獻率將分別下降到43.2%和35.2%;在降水增加10%和20%、氣溫升高1工的情形下，汛期徑流量將減少0.137億m3和0.049億m3;只有在降水增加25%、氣溫升高1工的情形下，汛期徑流量才呈增加趨勢。從以上分析看出,在氣候變暖背景下,對于以降水補給型為主的石羊河流域來說,流域內降水總量雖有一定增加,但由于增幅較小,對徑流量補給作用不明顯,由于氣溫的顯著升高,在強烈的蒸發作用下,水分散失量大,不利于徑流量的增加,較降水的正效應而言,氣溫對徑流量的負效應占據著主導作用。在非汛期,氣溫雖有利于冰雪消融,但由于冬季降水減少導致冰雪貯量減少,使補給比例也呈下降趨勢。4結論與討論1） 近49年來西營河年徑流量呈減少趨勢,線性傾向率達-0.128億m3?10a-1。年徑流量以雨水補給為主,主要集中在汛期。且雨水補給比例在逐漸增加,而冰雪融水補給比例在減少。2） 四季徑流量年際變化20世紀50年代中期至60年代中期均出現了較明顯的衰減90年代初期和末期轉入明顯的衰減時期,其中以冬季和夏季徑流量衰減較明顯。年春、夏季徑流量減少突變點分別出現在1993、1999、1993年。3） 流域內降水量年際變化雖呈增加趨勢,但增量較少。特別是對徑流形成貢獻最大的夏季降水增幅不明顯;徑流量與6—9月降水量呈顯著或極顯著正相關,汛期降水量的多少決定著年際流量的豐枯。4） 流域內氣溫年際變化均呈明顯上升趨勢。四季中以冬季的增溫趨勢系數最大,秋夏季次之,春季最小;蒸發量年際變化呈增加趨勢,四季蒸發量趨勢系數大多呈正值。5） 主汛期7、8月氣溫、蒸發與徑流量呈顯著的負相關。氣溫高,蒸發大,不利于徑流量的增加。在氣溫不變的情形下,降水增加,徑流量增加。降水不變時,氣溫升高,徑流量減少。就目前降水和氣溫對石羊河流域徑流量影響程度而言,氣溫對徑流量的負效應占據著主導作用。氣候變化對流域來水量的影響除與局地中小尺度天氣環流特征、環境氣象要素變化等因素影響程度有關外,還與祁連山源地冰川數量、大小、走向、植被狀況等因素有密切關系。如同在河西走廊且毗鄰的黑河流域來水量隨氣候變暖則呈增加趨勢[18]。總之,在氣候變暖背景下,通過實施生態綜合治理措施,如保護祁連山林草植被、加強水源涵養林建設、開發山區空中云水資源等,都將有效改善局地水熱環境,保護祁連山冰川,減緩氣候變化帶來的不利影響,保持山區來水量的穩定和永續利用,促進河西綠洲的可持續發展。參考文獻:馬全林，孫坤，王繼和?石羊河流域的生態環境問題、引發原因與治理對策J].安全與環境學報,2004,4(5):64-68.沈大軍，崔麗娟,姜素梅?石羊河流域水資源問題的制度原因及對策J].自然資源學報,2005,20(2):293-299.藍永超，康爾