試析氣候變化在車爾臣河流域的水文效應

琪美格 才文華

（1.新疆巴州水文水資源勘測局 新疆 庫爾勒 841000；2.新疆巴州水利水電勘測設計院 新疆 庫爾勒 841000）

1 概況

車爾臣河是新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州境內昆侖山、阿爾金山系中最大的河流，發源于昆侖山-阿爾金山北坡，集水面積24692km2，河源分布有6973m的木孜塔格峰，該河流經且末縣處設有且末水文站，是新疆巴州南部包括昆侖山～阿爾金山在內的339170km2行政區域唯一水文站。

車爾臣河年徑流量達8億m3，是塔里木盆地東南部徑流量最大的河流，歷史上每年有2億m3的水通過若羌縣縣境內的臺特瑪湖注入羅布泊，近30年內，車爾臣河僅在冬季和洪水季節才有水流入臺特瑪湖，現在，且末縣和若羌兩縣每年從車爾臣河的引水量只有3億m3。由于流沙的堵塞，車爾臣河在歷史上曾三次被迫改道，使聞名西域的且末古城兩度被風沙吞噬。現在，河東的沙漠仍以每年5m～10m的速度自東向西推進，直接威脅縣城的安全。文章選用且末縣的水文資料，就氣溫對河流徑流量的變化進行分析。

2 影響年徑流量的降水氣溫因素

2.1 基本資料

選用車爾臣河且末水文站1957年～2006年年徑流量、1月～12月月降水量及年降水量、1月～12月月平均氣溫及年平均氣溫資料。

2.2 用逐步回歸分析法挑選影響年徑流量的降水氣溫因素

逐步回歸分析是應用“雙重檢驗”（即引進和剔除因子檢驗）方法，來研究具有線性關系的一個因變量與一個以上自變量之間的相關關系。

在信度α=0.10時，選用且末水文站1957年～2006年年徑流量為自變量、1月～12月月年平均氣溫及月年降水量等26個序列為因變量進行逐步回歸分析，得回歸方程：

式中，Y是年徑流量，X1是年降水量，X2是4月月平均氣溫，X3是3月降水量，X4是2月降水量，X5是5月月平均氣溫。復相關系數R=0.6384。

t檢驗與F檢驗：t=5.5＞t(0.001/2)=3.53，F=6.06＞ F(0.001)=5.02，說明回歸分析均通過信度α為0.001的t檢驗與F檢驗，上述5個因變量可作為影響年徑流量的主要降水、氣溫因素來進行趨勢和周期分析。

由于且末水文站1957年～2006年2月、3月別有41個月無降水，且2月、3月多年平均降水量僅占年降水量的1.7%和2.6%，故不宜識別和提取連續性確定函數，本次僅對年降水量及4月、5月月平均氣溫進行趨勢和周期分析。

3 降水氣溫因素趨勢分析

在識別和提取時間序列的趨勢函數時，可采用下列關系式作為趨勢函數的近似擬合值：

式中，t=1、2、…、n，n 是樣本容量。

將上述關系式中 t、t2、t3、t4、t-1、t-2、t-1/2、t1/2、et、lnt等10項按時間t的次序計算排列，可得到樣本容量為n的10個時間序列。將這10個時間序列與所分析的時間序列QS(t)建立逐步回歸方程，用逐步回歸分析法來估計關系式中的參數bi（i=0、1、2、…、10），給出QS(t)的具體形式。若通過一定信度α的t檢驗與F檢驗，則QS(t)的具體形式就是時間序列所隱含的趨勢函數。

3.1 年降水量趨勢分析

在信度α=0.10時，對且末水文站1957年～2006年年降水量進行逐步回歸趨勢分析，得趨勢函數：

t檢驗與F檢驗：t=3.03>t(0.01/2)=2.68，F=9.16>F(0.01)=7.16，說明回歸分析均通過信度α為0.01的t檢驗與F檢驗。

且末水文站1957年～2006年年降水量趨勢變化見圖1，可見呈遞增趨勢。

3.2 4月月平均氣溫趨勢分析

在信度α=0.10時，對且末水文站1957年～2006年4月月平均氣溫進行逐步回歸趨勢分析，得趨勢函數：

t檢驗與F檢驗：t=2.19＞t(0.05/2)=2.01，F=4.81＞F(0.05)=4.03，說明回歸分析均通過信度α為0.05的t檢驗與F檢驗。

且末水文站1957年～2006年4月月平均氣溫趨勢變化見圖2，可見，1976年之前無明顯的單向增減趨勢，1976年（尤其1986年）之后呈遞增趨勢。

3.3 5月月平均氣溫趨勢分析

在信度α=0.10時，對且末水文站1957年～2006年4月月平均氣溫進行逐步回歸趨勢分析，得趨勢函數：

t檢驗與F檢驗：t=2.24＞t(0.05/2)=2.01，F=5.03＞F(0.05)=4.03，說明回歸分析均通過信度α為0.05的t檢驗與F檢驗。

且末水文站1957年～2006年5月月平均氣溫趨勢變化見圖3，可見呈遞增趨勢。

4 降水氣溫因素周期分析

4.1 年降水量周期分析

從樣本序列中識別周期時，可用方差分析法進行判斷。對且末水文站1957年～2006年年降水量進行方差分析，得5個周期波：

信度α=0.05時，方差比F=1.97＞F(α)=1.92，存在長度為18的第1周期。α=0.05 時，F=2.13＞ F(α)=1.91，存在長度為23的第2周期。α=0.05時，F=2.63＞F(α)=2.56，存在長度為5的第3周期。α=0.1時，F=1.81＞ F(α)=1.71，存在長度為13的第4周期。α=0.1時，F=2.85＞F(α)=2.41，存在長度為3的第5周期。

4.2 4月月平均氣溫周期分析

對且末水文站1957年～2006年4月月平均氣溫進行方差分析，得2個周期波：

信度α=0.05時，方差比F=2.02＞F(α)=1.91，存在長度為20的第1周期。α=0.1時，F=2.23 ＞ F(α)=1.73，存在長度為12的第2周期。

4.3 5月月平均氣溫周期分析

對且末水文站1957年～2006年5月月平均氣溫進行方差分析，得4個周期波：

信度α=0.025時，方差比F=2.21＞F(α)=2.2，存在長度為17的第1周期。α=0.05 時，F=4.03＞ F(α)=4.03，存在長度為2的第2周期。α=0.1時，F=1.92＞F(α)=1.81，存在長度為9的第3周期。α=0.1時，F=2.39 ＞ F(α)=1.65，存在長度為24的第4周期。

5 年徑流量趨勢與周期分析

5.1 年徑流量趨勢分析

在信度α=0.025時，對且末水文站1957年～2006年年降水量進行逐步回歸趨勢分析，得趨勢函數：

t檢驗與F檢驗：t=4.07＞t(0.001/2)=3.51，F=8.28＞ F(0.001)=8.03，說明回歸分析均通過信度α為0.001的t檢驗與F檢驗。

且末水文站1957年～2006年年徑流量趨勢變化見圖4，可見20世紀90年代之前呈遞減趨勢，之后呈遞增趨勢。

5.2 年徑流量周期分析

對且末水文站1957年～2006年年徑流量進行方差分析，當信度α=0.10時，方差比F=1.80＞F(α)=1.75，此時存在唯一的第1周期，周期長度T=12，周期振幅依序為：6.03、5.69、4.90、4.78、4.31、4.70、4.50、6.87、5.87、5.48、5.80 和 4.83。

6 降水氣溫變化對年徑流量的影響

6.1 逐步回歸方程的物理成因解釋

由2.2建立的降水氣溫與年徑流量之間的逐步回歸方程可見，影響車爾臣河年徑流量的主要降水氣溫因素是年降水量、4月月平均氣溫、3月降水量、2月降水量和5月月平均氣溫，其中3月降水量、5月月平均氣溫為負相關，其余為正相關。其統計關系可從物理成因上解釋如下：

年降水量與年徑流量正相關，說明車爾臣河屬于雨水補給型河流。

年降水量與4月月平均氣溫正相關，4月月平均氣溫的高低直接影響冬季冰雪融水量，說明車爾臣河又屬于冰雪融水補給型河流。

由于且末水文站1957年～2006年2月、3月別有41個月無降水，故不好解釋物理成因。

年降水量與5月月平均氣溫負相關，是因為4月月平均氣溫直接影響著冬季冰雪融水量，后期氣溫再高也無足夠的冬季冰雪可供融化。

6.2 降水、氣溫、年徑流量趨勢變化比較

見圖1，車爾臣河且末水文站1957年～2006年年降水量見呈遞增趨勢。

見圖2，4月月平均氣溫在1976年之前無明顯的單向增減趨勢，1976年（尤其1986年）之后呈遞增趨勢。

見圖3，5月月平均氣溫呈遞增趨勢。

見圖4，年徑流量在20世紀90年代之前呈遞減趨勢，之后呈遞增趨勢，即20世紀90年代初是年徑流量趨勢變化低值段。

6.3 年徑流量趨勢變化低值段的物理成因分析

為什么20世紀90年代初是且末水文站年徑流量趨勢變化低值段？這是由于該時段河流雨水和冰雪融水補給量相對偏小所致。見圖1，年降水量在1990年～1994年相對偏小，說明該時期河流雨水補給量也相對偏小；見圖2，4月月平均氣溫在1990年～1992年相對偏低，說明該時期河流冰雪融水補給量也相對偏小。

6.4 降水、氣溫、年徑流量周期變化比較

且末水文站1957年～2006年年降水量、4月及5月月平均氣溫、年徑流量存在不同長度的周期，但經對比分析，降水、氣溫、年徑流量周期振幅之間無明顯的同、異步關系。

6.5 1986年以來氣候變化呈暖濕和暖冬態勢

見圖1、圖2和圖3，且末水文站1957年～2006年年降水量和5月月平均氣溫呈遞增趨勢，4月月平均氣溫在1976年（尤其1986年）之后呈遞增趨勢，說明1986年以來車爾臣河流域氣候變化呈暖濕態勢，其中冬季呈暖冬態勢（不僅開春的4月月平均氣溫呈遞增趨勢，11月的入冬氣溫也呈遞增趨勢）。

6.6 暖濕和暖冬趨勢對車爾臣河未來徑流的可能影響

（1）車爾臣河河源分布有永久冰雪，隨著氣候變暖，冰雪消融量將會逐步增加，但是永久冰雪儲量反而會逐步減少，所以冰雪消融量增加到一定程度后，會達到相對穩定狀態并繼而逐步減少。反映在河川徑流量上，可能會使水源中的冰雪消融補給量呈現增加、穩定、減少的多年變化態勢。

（2）車爾臣河流域汛期一場大的降水過程中，中底山帶往往以降雨為主，而高山帶以降雪為主，所以在暴雨洪水產生不久，由于天氣過程的結束和氣溫的回升，緊接著會產生融雪洪水，使河流洪水過程呈現雙峰或多峰的特點。隨著氣候繼續變暖，高山帶雪區有可能縮小，流域中底山帶雨區有可能向高山帶擴移，所以暴雨洪水之后緊接著產生融雪洪水的量級和概率有可能會減少，而暴雨洪水由于降雨產流區的擴移，洪峰以及洪量有可能增大。

（3）暖冬的持續發展將使入冬晚開春早的幾率增大，一年四季中可能會呈現冬季時間短的特點，結果會使春汛因開春早而提早發生，春汛水量因冬季降雪期縮短而量級減少，即春旱有可能加劇并提早。

（4）車爾臣河流域由于分布有一定儲量和面積的永久冰雪，在干旱少雨年份，會融冰消雪來給河流補給水源，而在多雨年份以雨水方式給河流補給水源，所以徑流量往往呈現年際變化小的特點。隨著氣候變暖，永久冰雪儲量會減少，永久冰雪的這種“固態水庫”的多年調節作用將會受到削弱，結果有可能不同程度地增大河流徑流量的年際變化幅度，尤其在一些干旱少雨的年份，旱情有可能有所加劇。

7 結語

氣候變化是影響河流變化的最重要因素，經過對影響車爾臣河年徑流量的降水氣溫因素進行了趨勢、周期變化分析，顯示自1986年以來呈暖濕態勢（冬季呈暖冬），這也是車爾臣河流域近年水量減少的主要原因。因此，應采取植樹造林、節約用水、調水等綜合措施來實現車爾臣河可持續發展。陜西水利