洮兒河流域水文氣象要素變化趨勢分析

尹雄銳，王曉妮，侯 琳，王 勇

(水利部松遼水利委員會，吉林 長春 130021)

洮兒河為松花江流域嫩江水系下游右側的一大支流，位于松嫩平原西部，地處干旱半干旱的過渡地帶，近幾十年來受氣候變化和人類活動的雙重影響，流域水資源發生了深刻的變化，中下游地區水資源供需矛盾日益突出，由于水資源短缺，下游地區已大面積出現濕地退化、土地鹽堿化、土壤沙化等現象，嚴重制約了社會經濟的可持續發展。

1 研究區域

洮兒河發源于大興安嶺東麓的高岳山，河流自西北向東南流經內蒙古興安盟的科右前旗，烏蘭浩特市和吉林省白城地區洮南、鎮賚、大安等縣，在月亮泡附近注入嫩江，干流總長536 km。該流域東為嫩江，西接大興安嶺，南臨霍林河，北靠綽爾河，流域面積43 443 km2，其中內蒙古境內流域面積31 812 km2，包括二龍濤河、大小額木特河及洮兒河與霍林河之間的閉流區。流域地形東高西低，從西北向東南高程逐漸減小。洮兒河流域屬于中溫帶大陸性季風氣候，冬季嚴寒而漫長，夏季炎熱而短暫，年平均氣溫-2.5～5℃。流域多年平均降水量435 mm，從空間上看，降水量由上游的470 mm減小到下游380 mm。氣候系統受季風和地形的影響，降水年內分配不均勻，降水量80%以上集中于6—9月，尤其集中于7，8兩月，多局部性暴雨；降水年際變化大，旱澇年份交替出現，且有連續豐水年和連續枯水年出現，豐水年的降水量達到枯水年的3～4倍。年蒸發量1 800～2 000 mm（20 cm蒸發皿），最大值出現在春季4—5月份。

2 數據處理

研究選取洮兒河流域內及鄰近4個氣象站（阿爾山、索倫、烏蘭浩特、白城）氣溫和降水數據以及流域內2個水文站（索倫、洮南）數據，氣象站和水文站沿著干流方向分布在流域上中下游，為了各站點時間序列具有可對比性，氣象資料和徑流資料都取1958—2006年。

3 研究方法

Mann-Kendall非參數統計檢驗法是由世界氣象組織推薦的應用于環境數據時間序列趨勢分析的方法，已經廣泛用于檢驗水文氣象資料的趨勢成分。對于長度為 n 的時間序列 X1，X2，X3，…，Xn，

Mann-Kendall方法有兩個重要的趨勢檢驗參數，一是顯著性水平α，表示趨勢的強弱；二是傾斜度β，表示趨勢的方向和大小，當β＞0時表示上升趨勢，當β＜0時表示下降趨勢，計算公式為：

4 結果分析與討論

4.1 氣溫趨勢變化

洮兒河流域氣溫的年際變化與多年平均值（表1）表明：洮兒河流域氣溫隨著地形的變化，從上游到下游逐漸升高，上游阿爾山站最低為-2.8℃，下游白城站最高為5.0℃。從1958年以來全流域氣溫都呈增加趨勢，2000年以來流域上游地區氣溫比20世紀60年代上升了1℃，中下游地區升溫更為顯著，升高1.6～1.8℃。

MK趨勢檢驗結果（表2，圖1）表明：阿爾山站氣溫春、夏、冬季都通過了95%的置信度檢驗，具有顯著趨勢；其β值都大于0，因此具有顯著上升趨勢，其年平均氣溫以0.02℃/a的速度上升；春季和冬季氣溫上升最為顯著，秋季氣溫也有上升趨勢，但是沒有通過95%的置信度檢驗。索倫站年平均氣溫春季和夏季平均氣溫通過了95%的置信度檢驗，而秋季和冬季平均氣溫有上升趨勢，沒有通過95%的置信度檢驗，趨勢不顯著；年平均氣溫以0.025℃/a的速度上升，春季平均氣溫上升最為顯著。中游烏蘭浩特站年平均氣溫及各季節平均氣溫均通過95%置信度檢驗，呈顯著上升的趨勢，年平均氣溫上升速度為0.047℃/a，冬季平均氣溫上升最為顯著。下游白城站除了夏季外，其他各季節平均氣溫都通過95%置信度檢驗，呈顯著上升的趨勢，年平均氣溫以0.035℃/a的速度上升，冬季平均氣溫上升最為顯著。

從整個流域來看，平均氣溫總體變化趨勢基本一致，但各季節的平均氣溫趨勢變化略有不同，流域上游地區以春季增溫最為顯著，而中下游地區以冬季增溫最為顯著，烏蘭浩特站在4個站中平均氣溫增加最為顯著。

4.2 降水趨勢變化

洮兒河流域多年平均降水量（表1）隨著地形高程的減小，從上游到下游逐漸減少；上游索倫站降水量最多，為459.3 mm，下游白城站最少為386.6 mm。從年際變化來看全流域降水量經歷了從20世紀60年代到70年代減小，從70年代到80年代增加，90年代以后降水量又減小的過程。

降水序列的變化趨勢沒有氣溫序列的變化趨勢顯著。所有站點的降水在各個時間尺度上都沒有通過95%的置信度檢驗，說明變化趨勢不顯著（表2，圖1）。從年尺度來看，各站的β值都小于0，說明流域降水呈減小的趨勢，從上游到下游降水量減小的幅度增大，白城站降水量減小幅度最大，達到1.943 mm/a。從季節尺度來看，流域上游地區阿爾山站和索倫站春、夏、秋季降水量β值小于0，呈微弱減小的趨勢，夏季減小幅度最大，冬季降水呈微弱增加趨勢。烏蘭浩特站降水量春季和冬季都有微弱增加的趨勢，夏季和秋季呈微弱減小的趨勢。白城站各季節降水量趨勢變化與上游一致，春、夏、秋季降水量β值小于0，呈微弱減小的趨勢，冬季降水量呈微弱增加趨勢，且夏季降水量減小幅度較大，達到1.97 mm/a。

表1 洮兒河流域多年平均氣溫和降水量

表2 洮兒河流域氣溫和降水變化趨勢與β值

4.3 徑流

1）徑流趨勢變化。采用Mann-Kendall方法對洮兒河流域上游索倫站和下游洮南站年和各季節實測平均流量分析變化趨勢，2個站年平均流量都通過了95%的置信度檢驗，β值都小于0，說明洮兒河流域徑流呈顯著減小的趨勢，索倫站β＝-0.219 m3/（s·a），洮南站 β＝-0.507 m3/（s·a）；除索倫站夏季平均流量沒有通過95%的置信度檢驗，其他季節平均流量都通過檢驗，徑流減小非常顯著，以夏季和秋季減少量最大。

2）徑流變化成因分析。洮兒河流域徑流變化主要受氣候變化和人類活動的影響。從洮兒河流域氣溫和降水1958—2006年的序列檢測可以看出，洮兒河流域近幾十年來氣溫顯著升高，降水減少，特別是中下游地區更加突出，降水減少加劇了氣溫升高引起的干旱化，導致流域徑流減小。流域自2000年以來一直處于降水明顯偏少時期，降水量相對多年平均減少16%，而河道徑流相對于多年平均狀況大幅減少，索倫站徑流比多年平均值減少68%（圖2）。水利工程建設和農業用水增加，對徑流產生了顯著的影響。自20世紀70年代以來,在洮兒河干支流相繼修建了許多水庫，其中大型水庫有察爾森水庫,中型水庫有雙城水庫、明星水庫、大青山水庫、永豐水庫、群昌水庫、創業水庫、團結水庫等。水庫的運行改變了流域河道徑流的時空分布，而中下游灌區的開發大量取用河道徑流，導致了流域中下游河道徑流大幅減小，下游洮南站在近幾年連續出現了長時間斷流（圖2），加劇了下游地區生態環境的惡化。洮兒河流域處于半干旱氣候地區，徑流對氣候的變化非常敏感，流域產流主要在上游大興安嶺地區，下游平原區幾乎不產流，因而人類活動是影響下游河道徑流變化的主要控制因素。

圖1 洮兒河流域各季節平均氣溫和降水的β值

圖2 多年平均流量變化

5 結語

該文采用Mann-Kendall方法對洮兒河流域1958—2006年氣溫和降水及徑流序列分析了長期趨勢變化，結果表明：洮兒河流域氣溫升高明顯，2000年以來流域上游地區氣溫比20世紀60年代上升了1℃，中下游地區升溫更為顯著，升高1.6～1.8℃。平均氣溫總體變化趨勢基本一致，但各季節的平均氣溫趨勢變化略有不同，流域上游地區以春季增溫最為顯著，而中下游地區以冬季增溫最為顯著。全流域降水量經歷了從20世紀60年代到70年代減小，從70年代到80年代增加，90年代以后降水量又減小的過程，整體表現為減小趨勢，但是趨勢并不顯著，從上游到下游降水量減小的幅度增大；從季節上看，流域冬季降水量有微弱增加的趨勢，其他季節表現出微弱減小的趨勢。流域徑流表現出顯著減小的趨勢，以夏季和秋季減少量最大。徑流對氣候的變化非常敏感，流域上游徑流除了人類活動影響外，還受氣溫升高和降水減小等氣候變化的影響，中下游地區水資源開發利用程度不斷增加，人類活動是影響下游河道徑流變化的主要控制因素。未來的研究可以進一步分析氣候變化和人類活動影響下的流域產匯流機制，量化氣候變化和人類活動對流域徑流變化的影響。

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