黃河三角洲氣候變化及其濕地水文響應研究

摘要以東營氣象站1967～2011年氣溫與降水量實測資料為基礎，采用滑動平均、趨勢分析等方法，對黃河三角洲濕地近45年的氣候變化特征進行分析。結果表明，20世紀60年代以來，該區域氣溫有顯著升高趨勢，傾向率為0.491 ℃/10a，年降水量有微弱的減少趨勢，傾向率為-2.362 mm/10a；氣候要素的綜合變化使黃河三角洲濕地區域的濕潤系數有比較顯著的降低趨勢；黃河三角洲濕地水循環諸要素中，人工補給量和滲漏量變化不大可忽略不計，降水量和上游來水量均處于減少狀態，水分支出中蒸散發量呈增加趨勢，且年均降水量少于蒸散發量，上游來水量少于入海量，濕地水循環整體處于“入不敷出”的狀態。

關鍵詞黃河三角洲；濕地；水文特征；氣候變化；響應

中圖分類號S16；P339文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）26-234-03

Abstract Based on the weather data from 1973 to 2011 in Dongying meteorological station， this article analyzed the climate change characteristics in the wetland of Yellow River Delta in the last 45 years， by using methods such as moving average and trend analysis. The result showed that the temperature has a visible ascending trend with the rate of 0.491 ℃/10a and the precipitation has the tiny descending trend with the rate of -2.362 mm/10a. The coefficient of humidity has downtrend in the wetland of Yellow River Delta area since 1973. On this basis， this paper carries out a further discussion on the response of the wetland water cycle to the climate change in the Yellow River Delta， the amount change of artificial recharge and leakage was negligible， both the precipitation and upstream inflow were in the reducing state， besides evapotranspiration showed an increasing trend， and the average annual rainfall was less than evapotranspiration， upstream inflow was less than the one into the sea， which made the wetland water cycle a \"make ends meet\" state.

Key words Yellow River Delta； Wetland； Hydrological characteristics； Climate change； Response

水是維系濕地生態系統穩定和健康的決定性因子[1]。濕地水文因對氣候變化具有高度敏感性和脆弱性而備受關注，成為當前水文氣候研究的重點。近幾年，國際上廣泛開展了水文變量對氣候變化的響應研究，在水文特征及其變化規律、響應機制、模型模擬等方面取得了一些重要成果[2-9]。目前的研究主要集中在西北干旱區，東北寒旱區和高原凍土區等典型地貌或生態脆弱區，對長江流域、海河流域和松遼流域等大中尺度流域的研究相對較多，對小尺度流域的相關研究涉及較少[10]。大部分研究關注的是氣候變化對徑流或降水的影響，而對蒸散發、基流等其他水文要素的變化規律研究較少。基于此，筆者通過東營氣象站1967～2011年氣溫與降水量的變化趨勢分析，進一步揭示黃河三角洲濕地水文對氣候變化的響應機制，對于制定合理的水資源管理辦法、正確修復與保護濕地、實現濕地可持續發展具有重要戰略意義，以期為濕地的恢復重建及區域生態安全提供科學依據。

1資料與方法

1.1研究區概況黃河三角洲依據成陸時間分古代、近代和現代三角洲。該研究所指為1855年黃河在蘭考銅瓦廂決口奪大清河于山東利津入渤海后形成的近代三角洲，位于118°07′～119°10′E、36°55′～38°10′N，以寧海為頂點，東南至支脈河口，西北到徒駭河（套兒河）口，整個扇形地區面積達5 450 km2，其中93%的面積屬于東營市，7%的面積屬于濱州市。

1.2數據來源氣象數據包括東營氣象站提供的1967～2011年氣溫和降水量資料；其他數據來源于相關統計資料，其中1967～2000年數據取自《東營市水利志》，2001～2012年數據源于歷年《黃河泥沙公報》。

1.3研究方法

1.3.1線性回歸。采用回歸統計方法計算黃河三角洲濕地氣候要素時間序列的氣候傾向率，即以年份t為時間因子、氣候要素y為模擬對象，建立y與t之間的線性回歸方程[11]：y（t）=a0+a1t，式中，a0、a1為待定系數，其中a1為氣象要素趨勢，反映上升或下降的速率，a1×10稱為氣候傾向率。趨勢系數r表示氣象要素y與時間t之間線性相關的密切程度，|r|越接近1，說明y與t之間的線性相關越大，文中已對趨勢系數進行了顯著性檢驗。

1.3.2W Lang方法。濕潤系數較客觀地反映某一地區的水熱平衡狀況，是判斷某一地區氣候干燥與濕潤狀況的良好指標，能客觀反映氣候變化對濕地的影響[12]。鑒于資料的可獲取性，在此選用W Lang方法計算濕潤系數，即：HI=PT0，式中，HI為該區域的濕潤系數；P為年平均降水量；T0為年平均溫度。

2結果與分析

2.1氣溫變化分析從圖1可以看出，20世紀60年代以來黃河三角洲濕地氣溫總體呈現波動上升趨勢，氣候傾向率為0.491 ℃/10a。從r值來考慮，黃河三角洲濕地年平均氣溫通過0.01的顯著性檢驗，說明近45年黃河三角洲濕地平均氣溫升高顯著，氣候變暖明顯。

圖11967～2011年黃河三角洲濕地平均氣溫變化2.2降水變化分析從圖2可以看出，20世紀60年代以來黃河三角洲濕地降水量的長期變化趨勢不明顯，年降水量基本保持不變，伴有微弱的減少趨勢，傾向率為-2.362 mm/10a；降水的年際變化較大，存在明顯的降水豐枯周期，極端降水事件發生的頻率和強度增加，其中1990年降水量達到峰值，1971和1995年出現近似最高點；而1968、1988和1999年為年降水量的最低點或近似最低點，除1978年以外，1977～1984年年降雨量均不足500 mm，造成濕地干旱局面。

圖21967～2011年黃河三角洲濕地降水量變化2.3濕潤系數變化分析從東營區濕潤系數歷年變化趨勢（圖3）可以看出，1967～2011年黃河三角洲濕地濕潤系數逐年降低，地表有向干旱化方向發展的趨勢，從r值來看，通過了顯著性檢驗，說明黃河三角洲濕地區域濕潤系數的下降趨勢是比較顯著的。

圖31967～2011年黃河三角洲濕地濕潤系數變化2.4黃河三角洲濕地水文對氣候變化的響應以上分析表明，近45年黃河三角洲濕地年平均氣溫顯著升高，降水趨勢不明顯，區域氣候呈現一定的暖干化趨勢。濕地水文狀況與降水、氣溫等氣象要素之間是一種非線性的關系，相對較小的降水和氣溫變化也會導致水文狀況的較大變化。濕地水循環過程對氣候變化的響應表現為濕地水系統收支的不平衡。黃河三角洲濕地屬于開敞型濱海濕地，水循環中水分收入主要為降水量、上游來水量和人工補給量，支出主要為蒸散發量、滲漏量及入海量。在此選取水循環諸要素為主要研究對象，研究氣候變暖背景下諸水文要素的變化，分析其對氣候變化的響應。

2.4.1降水量。分析結果顯示，近45年黃河三角洲濕地區域年降水量變化趨勢不明顯，年均降水量為549 mm，年降水量基本保持不變，伴有微弱的減少趨勢，但年際變化較大，存在明顯的豐枯周期，極端降水事件發生的頻率和強度增加。王笛等[13]對黃河三角洲濕地降雨量進行了深入研究，并根據小波變換的主周期推測，研究區降水在較短時間內仍將增加，但長期而言將逐漸減少。

2.4.2上游來水量。以利津站徑流量作為黃河三角洲濕地上游來水徑流量，由1973～2011年利津站多年徑流量（圖4）可知，自1973年以來黃河利津水文站年平均徑流量呈逐漸下降的趨勢，年均徑流量為212億m3；20世紀90年代中期以后年徑流量呈下降趨勢，且多次出現斷流，持續數年氣候普遍升溫、干燥，平均降水量減少是導致連續斷流的重要因素。

圖41973～2011年黃河三角洲濕地徑流量變化2.4.3人工補水量。黃河三角洲自2002年進行濕地工程恢復建設，修建4處補水涵閘，在汛期前后補水。2008年首次向濕地補水[14]，6月24日～7月4日補水0.136×108m3，2009年6月24日～7月3日補水0.151×108m3。2次補水雖然從景觀觀賞方面產生了一定的影響，但效果有限，僅改變了局部的水面面積，對全局的影響并不大，可忽略不計。

2.4.4蒸散發量。濕地蒸散發是濕地水量平衡中的一個重要分量，包括植被蒸騰量、非植被表面的蒸發量以及水面蒸發量，因此在水資源轉化過程中難以定量確定。在黃河三角洲濕地降水復雜難辨的情況下，氣溫的逐年升高，必然使得區域的蒸發量增加，水分散失變大，濕地面積萎縮，但具體數據的獲取仍需利用相關測定方法進行長時間序列的觀測。奚歌等[15]研究表明黃河三角洲濕地蒸散發量年內變化較大，呈單峰分布，主要集中在5～9月份，約占全年蒸散發量的60%，12和1月是全年蒸散發量的最低時期；年蒸散發量平均為890 mm，并有逐年增加的趨勢。

2.4.5滲漏量。滲漏是聯系地表水與地下水的紐帶，是水資源的形成、轉化與消耗過程中不可缺少的重要環節，也是濕地水循環過程中重要的組成部分。一般濕地土壤的水分處于飽和狀態，滲漏量的變化很大程度上取決于黃河三角洲濕地的水位和泥沙量，其變化范圍是極有限的，因此滲漏量的變化可忽略不計。

2.4.6入海量。從圖5可以看出，利津站多年平均徑流量為306.114億m3，年徑流量最豐年為1964年的973.100億m3，年際變化大，階段性特征明顯；1950～2012年利津站年徑流量呈現明顯下降趨勢，減少速率為7.193億m3/a；1964年前后平均實測年徑流量分別為465.830和245.640億m3，減少近47%。根據黃河利津水文站1950～2001年的觀測資料，黃河年徑流入海量為332.5×108m3，1972～2001年年均徑流入海量為226.8×108m3，1990～2001年年均徑流入海量為125.4×108m3，僅為1950～2001年年均入海量的1/3。自2008年始黃河水利委員會結合黃河調水調沙有計劃地開展生態調水工作，對黃河三角洲濕地進行人工生態補水，在此基礎上黃河年徑流入海量和濕地面積均呈現增加的趨勢。總之，近63年來黃河下游入海徑流量年際變化較大，徑流量總體的下降趨勢顯著。

圖51950～2012年利津站年徑流量及其5年滑動平均變化除人工補給量和滲漏量忽略不計，黃河三角洲濕地水循環中水分收入處于減少狀態，其中年均降水量為549 mm，上游來水量多年平均值為212億m3；水分支出中蒸散發量呈增加趨勢，年蒸散發量平均為890 mm，入海量呈現明顯下降趨勢，多年平均值為306.114億m3，綜上可知，黃河三角洲濕地水循環處于“入不敷出”的狀態。

3結論

水文特征是建立和維持濕地及其過程特有類型的最重要決定因子，對氣候變化的響應具有高度敏感性。該研究通過研究區20世紀60年代以來氣溫與降水等氣象要素的分析特征，研究該區域濕地水文對氣候變化的響應，得出以下結論：

（1）20世紀60年代以來黃河三角洲濕地氣溫有顯著升高趨勢，傾向率為0.491 ℃/10a；年降水量的變化趨勢不顯著，傾向率為-2.362 mm/10a。氣候要素的綜合變化使黃河三角洲濕地的濕潤系數具有比較顯著的降低趨勢。

（2）黃河三角洲濕地水循環諸要素中人工補給量和滲漏量變化不大忽略不計，降水量和上游來水量均處于減少狀態，水分支出中蒸散發量呈增加趨勢，且年均降水量少于蒸散發量，上游來水量少于入海量，濕地水循環整體處于“入不敷出”的狀態。

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