某流域水文氣象要素變化對水體的影響分析

張 燕

(昌吉水文勘測局，新疆 昌吉 831100)

水是地球上生物生存的重要資源和最基本的物質[1-2]。無論是作為一種獨立的環(huán)境因素，還是作為一種資源，水資源都在人們的生產和生活中發(fā)揮著巨大的作用。氣候變化對地表水資源影響巨大[3-6]。探索氣候變化條件下的水資源演變規(guī)律是水科學領域面臨的新挑戰(zhàn)，也是理解區(qū)域水文循環(huán)過程的重要組成部分[7]。

1 研究區(qū)概況

塔里木河是中國最大的內陸河，全長1321 km。發(fā)源于天山和昆侖山的阿克蘇河，和田河，葉爾塔河和開都河為塔里木河的主要干流提供了水源。歷史上，干流由流域內九個較大的支流補給，但現(xiàn)在只有三個上游源頭的河流，即阿克蘇河、葉爾羌河以及和田河補給。其中，阿克蘇河是最大的支流，占塔里木河在阿拉爾的流量的70%～80%。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

采用塔里木河上游阿圖什水文站1990年～2015年實測徑流資料，該資料由塔里木河干流管理局提供，各站時間序列為1990年～2015年，氣象數據來源于中國氣象數據網(HTTP//CDC)中國地面氣候數據年值數據集。CMA公司。政府網站)。選取了研究區(qū)6個監(jiān)測站1990年～2015年25個時段的蒸發(fā)降水資料。本文主要利用資料分析地表水氣候變化的影響因素。

2.2 研究方法

流域水文序列在一定程度上反映了一定時期內流域的氣象條件、自然地理條件和人力資源狀況流域下墊面條件的變化將影響或引起流域水文系列資料的變化。序列趨勢識別方法通常采用Mann-Kendall檢驗和線性趨勢回歸分析。

MK檢驗法是Mann和Kendall首先提出的一種非參數檢驗方法。樣品不需要遵循一定的分布。由于水文資料的隨機性和不確定性，該方法用于降水、徑流等水文要素時間序列的趨勢分析。

有序聚類法根據同類區(qū)間差平方和最小和不同區(qū)間差平方和最大的原則來判斷最優(yōu)分割點。這種方法常用于水文序列中，用來檢驗降水、蒸發(fā)和徑流序列的可能變化點。

傳統(tǒng)的t檢驗是對序列變異點的顯著性進行檢驗，但找不到序列變異點。因此，謝平在傳統(tǒng)t檢驗方法的基礎上，提出了滑動t檢驗方法，在變異點顯著性的基礎上增加了變異點的搜索。

3 研究結果

3.1 水文氣象要素檢驗

根據塔里木流域實測資料，分析流域內各雨量站年降水量、年蒸發(fā)量和年徑流量的變化趨勢，結果見表1。

表1 流域內各站點氣象要素趨勢檢驗匯總

經M-K非參數秩次相關檢驗分析，由表1可知，塔里木流域內的三個雨量站降水呈顯著上升趨勢，僅有阿克蘇雨量站降水呈顯著上升趨勢，阿圖什水文站徑流呈現(xiàn)顯著下降趨勢，喀什站蒸發(fā)量呈現(xiàn)顯著下降趨勢。

1990年～2015年，流域年平均徑流量9520萬m3，呈相對穩(wěn)定的下降趨勢。但2001年以后，流域年徑流量急劇減少。2001年～2015年，年平均徑流量為3530萬m3，僅為前者的37.1%。

采用有序聚類分析方法，確定了塔里木盆地年徑流量的突變點。塔里木盆地年徑流時間序列有3個跳躍點，分別是1995年、2001年和2007年。1995年流域年徑流量4200萬m3，2001年流域年徑流量5100萬m3。在1995年和2001年，小范圍的最小值導致了跳躍點。因此，2001年塔里木盆地年徑流量發(fā)生了突變。

采用滑動t檢驗法對塔里木盆地年徑流躍點進行分析判斷。根據t分布表，雙側檢驗95%置信區(qū)間對應的t值為2.01。塔里木盆地的大多數t檢驗曲線都超出了置信區(qū)間，所以認為該跳躍點是顯著的。2001年塔里木盆地年徑流量t統(tǒng)計值最大，達5%以上經性別水平檢驗，2001年是塔里木盆地年徑流序列的可能變化點。

3.2 水體變化趨勢

為探索研究區(qū)地表水面積增減的來源、這些轉移的空間位置以及與之相關的土地利用，對研究區(qū)地表水和其他土地利用的轉出和轉入情況進行統(tǒng)計、計算，得到研究區(qū)地表水和其他土地利用的數量與空間轉出分布的關系。

在塔里木河流域研究區(qū)土地利用/覆被綜合變化的影響下，近25年來，研究區(qū)地表水總面積呈增加趨勢。25年來，調水總面積7166 km2，原調水總面積4580 km2，總面積增加2586 km2，增幅56.4%，年均增幅2.25%。研究區(qū)內，各局部變化期地表水調出面積占各局部變化期地表水總覆蓋面積的22.63%，其中2005年～2010年最大，1995年～2000年最小，為9.57%。此外，各局部變化期地表水調出面積2547 km2，其中2005年～2010年最大為10022 km2，5個變化期平均為6560 km2，各變化期地表水調出面積值變化先增大后減小。在各地變化的各個時期，地表水的轉移主要還是向未利用土地和草地轉移。

表2 地表水體轉移面積分布表 單位：km2

3.3 氣候因素對水體的影響

選取1990年之間的15個年份進行相關分析，選取與地表水體關系最為密切的蒸發(fā)氣候因子，分析塔里木河流域地表水體氣候變化的影響因素。

蒸發(fā)是引起水域面積變化的直接因素之一。從圖1可以看出，2000年～2008年日蒸發(fā)量和水域面積的變化趨勢大致相同，但日蒸發(fā)量的變化比水域面積的變化慢；2008年以后，日蒸發(fā)量和水域面積的變化速度相同，但變化趨勢完全相反。塔里木盆地水域面積與日蒸發(fā)量呈負相關。隨著蒸發(fā)量的增加，水體面積趨于減小。研究區(qū)非冰川地表水面積占研究區(qū)總面積的比例很小，因此水面蒸發(fā)造成的水資源減少也較少。可見，研究區(qū)因氣溫升高引起的水資源蒸發(fā)消耗較多。

圖1 蒸發(fā)量與水體面積相關圖

4 結論

塔里木流域地處于中國西北內陸地區(qū)，水資源十分缺乏。本文以水文學研究方法為切入點，利用監(jiān)測數據及遙感技術。探究塔里木流域氣候變化下水體的變化規(guī)律。最終得出：塔里木流域內的三個雨量站降水呈顯著上升趨勢，僅有阿克蘇雨量站降水呈顯著上升趨勢，阿圖什水文站徑流呈現(xiàn)顯著下降趨勢，喀什站蒸發(fā)量呈現(xiàn)顯著下降趨勢。