基于時間序列的哈密市水資源面積分布和氣候變化特征

高國文

(新疆哈密東天山水務集團有限公司，新疆哈密839000)

水資源是指在特定行政區域內目前或者近期可以被人類直接或間接利用的水，是自然資源的重要組成部分，對區域發展具有重要的意義[1]。水資源主要包括河川徑流、地下水、積雪和冰川、湖泊水、沼澤水、海水。隨著全球氣候條件變化和人類活動影響，各類水資源的時空分布不均，天然水資源量也不等于可利用量[2]。因此，往往采用修筑水庫和地下水庫來調蓄水源。與其他自然資源不同，水資源是可再生的資源，可以重復多次使用，具有一定的周期和規律；儲存形式和運動過程受自然地理因素和人類活動所影響[3-4]。

哈密市位于新疆東部，是新疆通向內地的主要通道。自古以來，就是絲綢之路的咽喉，有“西域襟喉，中華拱衛”和“新疆門戶”之稱[5]。北與蒙古國接壤，設有國家一類季節性開放口岸——老爺廟口岸，是新疆與蒙古國發展邊貿的重要開放口岸之一，是新疆重要的經濟樞紐，具有戰略意義[5-6]。哈密地勢為北高南低、東西傾斜的盆地，屬于溫帶大陸性干旱氣候，天山南北氣候分明，春季多大風，氣候干燥，年降雨量稀少。生活用水、灌溉水等主要依靠天山雪水，因此，水資源是哈密市經濟發展的戰略性資源和限制性資源[6-8]。

本文利用2000年、2005年、2010年和2015年四期土地利用數據，分析哈密水資源類型和分布面積，同時探討2000年～2015年期間氣候因子(年平均溫度、≥0℃年積溫和年降雨量)的變化特征，以期在全球氣候變化的大背景下為哈密市水資源的利用和長期規劃提供參考和理論依據。

1 研究方法

1.1 研究區域

哈密市位于新疆維吾爾自治區東部，東天山南麓。地理坐標見圖1，面積為8.5萬km2，東西長約404 km，南北寬約322 km，約占全疆總面積的5.2%。哈密地勢為北高南低、東西傾斜的盆地。北部為天山余脈，南部為低山剝蝕丘陵，中西部為南湖戈壁，中上部為沖積平原，中下部為庫木塔格大沙漠。境內最高峰喀爾里克山，海拔4888 m。哈密屬于溫帶大陸性干旱氣候，春季多大風，氣候干燥，年平均氣溫9.8℃，極端最高氣溫43℃，極端最低氣溫-32℃。年平均無霜期182 d。

圖1 研究區示意圖

1.2 數據來源

2000年～2015年哈密市年平均溫度、積溫和降水量數據來源于中國氣象科學數據共享服務網(https://data. cma.cn/site/index.html)，選取伊州區、巴里坤和伊吾三個國家級氣象站。高程數據來源于地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)，分辨率為90 m，處理為空間分辨率為1 km柵格數據。哈密市行政區劃數據數據來源于中國科學院資源與環境數據中心(http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=282)，2000年、2005年、2010年和2015年四期土地利用數據來源于中國科學院資源與環境數據中心(http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=282)，空間分辨率為1 km柵格數據。將以上數據統一投影坐標為UTM-WGS-N48，空間分辨率為1 km。

1.3 研究方法

應用GIS軟件，先將哈密市土地利用數據裁剪，然后分析2000年～2015年期間哈密市水資源類型和分布面積，統計分析2000年～2015年期間哈密市年均溫、積溫和降雨變化趨勢。確定氣候變化過程中，哈密市水資源的變化趨勢。

2 結果與分析

2.1 哈密市水資源面積分布特征

哈密市2000年～2015年水資源面積空間分布特征見圖2，哈密市水資源分布類型主要為湖泊、水庫、永久性冰川和灘地，除水庫外，湖泊、永久性冰川和灘地主要分布在天山山脈兩側。從2000年～2015年哈密市湖泊面積呈現先下降后升高趨勢，總體呈下降趨勢2000年湖泊面積為136 km2，2015年湖泊面積為131 km2，湖泊面積最低值發生在2005年，面積為103 km2。水庫面積從2000年到2015年呈上升趨勢，2000年水庫面積為8 km2，2015年水庫面積為11 km2，2000年～2010年這10 a間上升趨勢緩慢，2010年～2015年期間水庫面積上升顯著。2000年～2015年期間，永久性冰川面積基本無變化面積維持在143 km2。哈密市灘地面積呈現總體下降趨勢，主要下降時間分布在2000年～2005年。哈密市2000年～2015年水資源總面積變化趨勢與湖泊變化趨勢類似，呈現先降低后升高，水資源面積的變化主要是湖泊面積引起的。

表1 2000年～2015年哈密不同類型水資源面積統計 單位：km2

圖2 2000年～2015年哈密不同類型水資源面積分布特征

2.2 哈密市2000年～2015年年均溫和≥0℃積溫變化特征

在2000年～2015年期間，哈密市三個縣區年平均溫度由高到低依次為伊州區、巴里坤和伊吾(圖3)。在2000年～2015年期間，伊州區年平均溫度處于9.50℃～11.46℃之間，最大值和最小值分別出現在2015年和2003年，總體呈現上升趨勢；在2000年～2015年期間，巴里坤年平均溫度處于3.53℃～5.53℃之間，最大值和最小值分別出現在2013年和2003年，總體呈現上升趨勢；在2000年～2015年期間，伊吾年平均溫度處于2.05℃～4.52℃之間，最大值和最小值分別出現在2013年和2003年，總體呈現上升趨勢。就三個縣區的平均溫度而言，總體呈現上升趨勢，年平均溫度處于5.03℃～6.95℃之間，最大值和最小值分別出現在2013年和2003年，線性方程為y=0.0512x-96.476(R2=0.227)，即哈密市溫度每10 a上升0.46℃。

圖3 2000年～2015年哈密市各縣區年平均溫度、積溫和降雨量變化特征

在2000年～2015年期間，哈密市各個縣區≥0℃年積溫變化趨勢與年平均溫度基本類似，總體呈現上升趨勢，≥0℃年積溫處于3207℃～3763℃之間，線性方程為y=2.0868x-702.95(R2=0.0064)，即≥0℃年積溫每10 a上升18.78℃。

2.3 哈密市2000年～2015年降雨量特征

在2000年～2015年期間，哈密市三個縣區年降雨量由低到高依次為伊州區、巴里坤和伊吾(圖3)。在2000年～2015年期間，伊州區年降雨量處于19.3 mm～78.8 mm之間，最大值和最小值分別出現在2013年和2015年，總體呈現上升趨勢；在2000年～2015年期間，巴里坤年降雨量處于52.6 mm～175.8 mm之間，最大值和最小值分別出現在2006年和2003年，總體呈現上升趨勢；在2000年～2015年期間，伊吾年降雨量處于168.2 mm～364 mm之間，最大值和最小值分別出現在2002年和2015年，總體呈現上升趨勢；就三個縣區的年平均降雨而言，總體呈現上升趨勢，年平均降雨處于98.77 mm～196.2 mm之間，最大值和最小值分別出現在2006年和2015年，線性方程為y=2.1796x-4242(R2=0.11)，即哈密市降雨量每10 a上升19.62 mm。

圖4 2000年～2015年哈密市各縣區降雨量變化特征

3 討論

水資源是制約干旱區經濟發展的“瓶頸”，是人類賴以生存和繁衍的不可或缺的物質基礎[9]。50多年來的水文氣象觀測記錄顯示[10]，受全球氣候變暖的影響，哈密地區氣溫顯著上升，降水波動增加，直接引起各類水資源的變化[11-13]。水資源的波動性變化對哈密及周邊地區人民的生產生活產生重大影響，對區域經濟可持續發展規劃和城市發展模式的確定起到舉足輕重的作用。本研究發現，哈密市水資源分布類型主要為湖泊、水庫、永久性冰川和灘地，從2000年～2015年哈密市湖泊面積呈先下降后上升，總體下降趨勢，水庫面積呈上升趨勢，永久性冰川面積基本無變化，灘地面積呈現總體下降趨勢，水資源面積的變化主要是湖泊面積引起的。而王璞玉[9]研究發現，1972年～2011年，榆樹溝6號冰川厚度平均減薄20 m，減薄速率約為0.51 m/a，冰川末端退縮254 m，年均退縮約6.5 m，與研究結果冰川面積無變化不一致，主要是由于本研究采用的土地利用數據分辨率為1 km，精度低。

氣候變化是影響水資源分布的主要因素，對區域分布具有主導性作用[14-15]。相關研究表明，在過去的15 a中，新疆降水量和氣溫整體呈增加趨勢，呈現暖濕現象[16-17]。本研究發現，在2000年～2015年期間，哈密市三個縣區年平均溫度和年積溫由高到低依次為伊州區、巴里坤和伊吾，降雨量與年平均溫度變化相反；哈密市平均溫度每10 a上升0.46℃，≥0℃年積溫每10 a上升18.78℃，降雨量每10 a上升19.62 mm。與上述研究結果類似，哈密市氣溫呈上升趨勢，降雨呈增多趨勢，這在一定程度上有利于植被的生長和恢復，對促進區域生態良性發展具有導向性。

綜上所述，在2000年～2005年期間的水資源生態處于退化狀態，2005年～2015年期間的水資源生態處于恢復狀態，整體氣候呈暖濕現象，有利于水資源生態的良性發展。

4 結論

哈密市水資源分布類型主要為湖泊、水庫、永久性冰川和灘地，從2000年～2015年哈密市湖泊面積呈先下降后上升，總體下降趨勢，水庫面積呈上升趨勢，永久性冰川面積基本無變化，灘地面積呈現總體下降趨勢，水資源面積的變化主要是湖泊面積引起的。在2000年～2015年期間，哈密市三個縣區年平均溫度和年積溫由高到低依次為伊州區、巴里坤和伊吾，降雨量與年平均溫度變化相反；哈密市平均溫度每10 a上升0.46℃，≥0℃年積溫每10 a上升18.78℃，降雨量每10 a上升19.62 mm。綜上所述，在2000年～2005年期間的水資源生態處于退化狀態，2005年～2015年期間的水資源生態處于恢復狀態，整體氣候呈暖濕現象，有利于水資源生態的良性發展。