某流域水文气象要素变化对水体的影响分析

2021-08-18张燕

陕西水利 2021年7期

张燕

(昌吉水文勘测局，新疆昌吉 831100)

水是地球上生物生存的重要资源和最基本的物质[1-2]。无论是作为一种独立的环境因素，还是作为一种资源，水资源都在人们的生产和生活中发挥着巨大的作用。气候变化对地表水资源影响巨大[3-6]。探索气候变化条件下的水资源演变规律是水科学领域面临的新挑战，也是理解区域水文循环过程的重要组成部分[7]。

1 研究区概况

塔里木河是中国最大的内陆河，全长1321 km。发源于天山和昆仑山的阿克苏河，和田河，叶尔塔河和开都河为塔里木河的主要干流提供了水源。历史上，干流由流域内九个较大的支流补给，但现在只有三个上游源头的河流，即阿克苏河、叶尔羌河以及和田河补给。其中，阿克苏河是最大的支流，占塔里木河在阿拉尔的流量的70%～80%。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

采用塔里木河上游阿图什水文站1990年～2015年实测径流资料，该资料由塔里木河干流管理局提供，各站时间序列为1990年～2015年，气象数据来源于中国气象数据网(HTTP//CDC)中国地面气候数据年值数据集。CMA公司。政府网站)。选取了研究区6个监测站1990年～2015年25个时段的蒸发降水资料。本文主要利用资料分析地表水气候变化的影响因素。

2.2 研究方法

流域水文序列在一定程度上反映了一定时期内流域的气象条件、自然地理条件和人力资源状况流域下垫面条件的变化将影响或引起流域水文系列资料的变化。序列趋势识别方法通常采用Mann-Kendall检验和线性趋势回归分析。

MK检验法是Mann和Kendall首先提出的一种非参数检验方法。样品不需要遵循一定的分布。由于水文资料的随机性和不确定性，该方法用于降水、径流等水文要素时间序列的趋势分析。

有序聚类法根据同类区间差平方和最小和不同区间差平方和最大的原则来判断最优分割点。这种方法常用于水文序列中，用来检验降水、蒸发和径流序列的可能变化点。

传统的t检验是对序列变异点的显著性进行检验，但找不到序列变异点。因此，谢平在传统t检验方法的基础上，提出了滑动t检验方法，在变异点显著性的基础上增加了变异点的搜索。

3 研究结果

3.1 水文气象要素检验

根据塔里木流域实测资料，分析流域内各雨量站年降水量、年蒸发量和年径流量的变化趋势，结果见表1。

表1 流域内各站点气象要素趋势检验汇总

经M-K非参数秩次相关检验分析，由表1可知，塔里木流域内的三个雨量站降水呈显著上升趋势，仅有阿克苏雨量站降水呈显著上升趋势，阿图什水文站径流呈现显著下降趋势，喀什站蒸发量呈现显著下降趋势。

1990年～2015年，流域年平均径流量9520万m3，呈相对稳定的下降趋势。但2001年以后，流域年径流量急剧减少。2001年～2015年，年平均径流量为3530万m3，仅为前者的37.1%。

采用有序聚类分析方法，确定了塔里木盆地年径流量的突变点。塔里木盆地年径流时间序列有3个跳跃点，分别是1995年、2001年和2007年。1995年流域年径流量4200万m3，2001年流域年径流量5100万m3。在1995年和2001年，小范围的最小值导致了跳跃点。因此，2001年塔里木盆地年径流量发生了突变。

采用滑动t检验法对塔里木盆地年径流跃点进行分析判断。根据t分布表，双侧检验95%置信区间对应的t值为2.01。塔里木盆地的大多数t检验曲线都超出了置信区间，所以认为该跳跃点是显著的。2001年塔里木盆地年径流量t统计值最大，达5%以上经性别水平检验，2001年是塔里木盆地年径流序列的可能变化点。

3.2 水体变化趋势

为探索研究区地表水面积增减的来源、这些转移的空间位置以及与之相关的土地利用，对研究区地表水和其他土地利用的转出和转入情况进行统计、计算，得到研究区地表水和其他土地利用的数量与空间转出分布的关系。

在塔里木河流域研究区土地利用/覆被综合变化的影响下，近25年来，研究区地表水总面积呈增加趋势。25年来，调水总面积7166 km2，原调水总面积4580 km2，总面积增加2586 km2，增幅56.4%，年均增幅2.25%。研究区内，各局部变化期地表水调出面积占各局部变化期地表水总覆盖面积的22.63%，其中2005年～2010年最大，1995年～2000年最小，为9.57%。此外，各局部变化期地表水调出面积2547 km2，其中2005年～2010年最大为10022 km2，5个变化期平均为6560 km2，各变化期地表水调出面积值变化先增大后减小。在各地变化的各个时期，地表水的转移主要还是向未利用土地和草地转移。

表2 地表水体转移面积分布表单位：km2

3.3 气候因素对水体的影响

选取1990年之间的15个年份进行相关分析，选取与地表水体关系最为密切的蒸发气候因子，分析塔里木河流域地表水体气候变化的影响因素。

蒸发是引起水域面积变化的直接因素之一。从图1可以看出，2000年～2008年日蒸发量和水域面积的变化趋势大致相同，但日蒸发量的变化比水域面积的变化慢；2008年以后，日蒸发量和水域面积的变化速度相同，但变化趋势完全相反。塔里木盆地水域面积与日蒸发量呈负相关。随着蒸发量的增加，水体面积趋于减小。研究区非冰川地表水面积占研究区总面积的比例很小，因此水面蒸发造成的水资源减少也较少。可见，研究区因气温升高引起的水资源蒸发消耗较多。