(甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

1 氣候變化

1.1 氣溫變化及特征

清源河是渭河流域的源頭河，受地形的影響小流域平均海拔高氣溫低降水量大。清源河小流域地處渭源縣城以上，氣溫變化采用渭源縣氣象站的觀測資料代表小流域的平均氣溫進行分析研究。選取渭源氣象站的1981-2017年37年氣溫長期觀測資料，應用算術(shù)平均法求得流域平均氣溫序列并繪制各站氣溫變化年過程圖。從氣溫變化年過程圖中可以看出，渭源站具有0.299℃/10a的正傾向率，即37 a間氣溫升高了1.136 2℃，清源河小流域氣溫呈現(xiàn)出波動性上升，周期性變化的規(guī)律，見圖1。

圖1 清源河小流域氣溫變化及年降水波幅變化過程圖

按照全流域的統(tǒng)一氣溫系列1981-2017年分析，37 a間氣溫平均升高了1.136 2℃，以0.029 9℃/a的速度增加。與小流域?qū)崪y徑流系列相對應的1991-2017年的27年間氣溫平均升高了1.366 4℃，以0.048 8℃/a的速度增加，比前10 a的增速快，表明上世紀80年代的平均氣溫不但沒有升高且有降低的過程。同時，年平均升溫幅度占到多年平均氣溫的0.808%。

圖2 清源河小流域降水及月流量FDC曲線圖

1.2 降水變化及特征

對清源河小流域1981-2017年的年降水系列分析，總體上是存在逐年減小但無周期性變化的負傾向趨勢性。37 a間降水平均減少了88.34 mm，以2.155 mm/a的速度減少。這種年平均減少的量只占到多年平均降水量的0.48%，與氣溫的變化相比要小的多。采用降水的相臨年之間的差值建立降水波幅變化系列，分析降水變化的周期性，即：

⊿pi=Pi+1-Pi

式中：Pi代表i年的流域平均降水量，⊿pi代表i年與次年降水波幅。從⊿pi系列變化分析(見圖1)，沒有明顯的多年變化周期，其傾向率為0，由此可以判定降水的變化過程不存在周期性規(guī)律，趨勢性變化成為主導過程。

采用延時分布頻率分析不同時期逐月降水的分布，從圖2中可以看出，1981-2000年與2001-2017年相比，前20 a月降水量的總體分布頻率要大于后17 a的月降水量分布頻率，但是小于3%頻率的月降水量后17 a大于前20 a且差值較大，也就表明了后17 a的月降水波動性變大。從三個不同年代看，1981-1992年比均值大5.45%，1993-2005年比均值小3.41%，是降水低值時期，2006-2017年比均值小2.55%，降水量有所回升，見表1。

1.3 氣溫與降水變化趨勢性特征

根據(jù)上述對氣候要素的主要指標降水與氣溫變化分析，可以認為全球氣候變化也引起渭河流域清源河小流域局部氣候的趨勢性變化。變化的結(jié)果是小流域的局部氣溫也隨著全球氣溫的升高而升高，并且氣溫的升幅大于全球平均升幅。降水變化趨勢與我國北方整體變化趨勢相反，形成了趨勢的負傾向變化，但降水的變化幅度要小于氣溫的變化幅度，傾向率約近氣溫傾向率的一半。

2 水資源變化

采用渭源水文站1981-2017年實測年平均流量分析，清源河多年平均流量為0.68 m3/s，1981-1992年的12 a間多年平均流量為0.85 m3/s，比平均值增多0.18 m3/s，相對多出25.1%；1993-2005年的13 a間多年平均流量為0.58 m3/s，比平均值減少0.10 m3/s，相對減少了15.2%；2006-2017年的12年間多年平均流量為0.60 m3/s，比平均值減少0.08 m3/s，相對減少了12.3%有所回升，見表1。

表1 清源河流域水資源不同年代變化程度統(tǒng)計表

三個階段的徑流變化與降水變化有相似性。多年徑流的變化趨勢呈現(xiàn)出顯著的負傾向變化，傾向率為-0.014 2 m3/s·a,年均差占均值的2.08%。徑流的趨勢傾向率和年均差占均值的比例約達到了降水的5.92倍，沒有形成線型變化關(guān)系而是幾何變化關(guān)系。見圖2。

從1981-2000年和2001-2017年兩個不同階段的月流量延時分布頻率看(見圖2)，前20 a的月流量分布要明顯地大于后17 a的月流量分布，月流量后17 a要比前20 a平均值小的多。繪制多年的逐月年流量分配過程曲線(見圖3)。從圖3中可以看出，清源河小流域的徑流年內(nèi)變化比較復雜，最大流量分別在6-10月都會出現(xiàn)，其中8月份出現(xiàn)最大流量的次數(shù)較少，與我國北方河流的一般特征不相符。

圖3 清源河流量年內(nèi)逐月變化過程圖

3 徑流系數(shù)變化

分析清源河小流域年降水徑流系數(shù)變化采用了時段內(nèi)流域降水量與同時段內(nèi)地表徑流量比的方法，不考慮地下水匯流與降水延時徑流量。即：

式中：r代表徑流系數(shù)； R代表計算時段內(nèi)徑深,mm；P代表計算時段內(nèi)的降水量,mm。

對年降水徑流系數(shù)進行趨勢分析可以看出，徑流系數(shù)變化與徑流的變化比較接近，總體上仍是負傾向變化，變幅小于徑流的變幅，遠大于降水的變幅，見表1。

年徑流系數(shù)的趨勢傾向率為-0.004 7，約是降水傾向率的2倍。從汛期的6-9月的多年變化過程看，月徑流系數(shù)變化較大，傾向率最大的是汛末的9月份為-0.014 1,其次是汛初的6月份為-0.005 2，第三是7月份為-0.004 1，最小的是8月份為-0.002 4與降水的傾向率相同，分別計算出逐年降水與徑流的積分，再求出對應年份的積分差，繪制積分差過程線(見圖5)。從圖5中可以看出前20年積分差是近似線型變化，表明前20 a的降水與徑流的相關(guān)性較強；后17 a積分差產(chǎn)生了非線型變化，表明后17 a的降水與徑流的相關(guān)性變?nèi)酰昂蟛煌瑫r期的變化不同步，各自的趨勢性產(chǎn)生分化。

圖4 清源河年降水、流量變化過程線

圖5 清源河降水徑流積分差曲線

4 降水徑流相關(guān)性分析

4.1 年降水徑流關(guān)系分析

清源河小流域的年降水與徑流的相關(guān)性較好且成指數(shù)函數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達到0.85。汛期5-9月的降水與徑流的相關(guān)性也較好，相關(guān)系數(shù)達到0.82，見圖6。

圖6 清源河小流域汛期及年降水與徑流關(guān)系圖

非汛期的降水與徑流的相關(guān)性相對較差，除5月份的降水徑流相關(guān)關(guān)系為0.68, 10月份的降水徑流相關(guān)關(guān)系為0.62外，其余各月的相關(guān)性均較差，見圖7。

圖7 清源河小流域非汛期降水與徑流關(guān)系圖

從上世紀80年代降水與徑流關(guān)系看，徑流隨著降水的變化比較平緩，接近于線性變化關(guān)系。之后的變化關(guān)系成為不同的規(guī)律，徑流隨著降水的減少形成快速減小的態(tài)勢，變化關(guān)系也呈現(xiàn)出指數(shù)函數(shù)關(guān)系，見圖8。

可以看出降水徑流關(guān)系隨著時期的不同存在逐步系統(tǒng)性變化，表明了相同降水條件下不同時期所產(chǎn)生的徑流量在減少。

4.2 次降水徑流關(guān)系分析

渭源水文站是渭河上游設(shè)立的小河站，其主要目的就是研究降水徑流的關(guān)系，渭源水文站于1981年設(shè)站觀測，每年整編2～3場次較大的暴雨徑流成果，根據(jù)1981-2017年整編成果資料，選取渭源水文站50場次資料，點繪次降水徑流關(guān)系曲線，見圖9?？梢钥闯觯荚凑敬谓邓畯搅麝P(guān)系較好，相關(guān)系數(shù)達0.859。

渭源站次降水徑流關(guān)系表達式為：

R=0.294 8×P-5.142 5

圖8 清源河小流域前20 a與37 a降水與徑流關(guān)系對比

圖9 清源河渭源水文站次降水徑流關(guān)系曲線圖

5 結(jié)語

清源河小流域37 a系列資料研究表明，氣溫呈現(xiàn)出波動性上升，周期性變化的規(guī)律。降水變化趨勢與我國北方整體變化趨勢相反，形成了趨勢的負傾向變化，但降水的變化幅度要小于氣溫的變化幅度，傾向率約近氣溫傾向率的一半。從降水與徑流關(guān)系看，徑流隨著降水的變化比較平緩，接近于線性變化關(guān)系，之后的變化關(guān)系成為不同的規(guī)律，徑流隨著降水的減少形成快速減小的態(tài)勢。從逐年降水徑流系數(shù)的變化過程來看也是持續(xù)性的趨勢性變化，年降水系列變化的趨勢性與徑流系列變化的趨勢相比，徑流系列變化要大的多，存在著不同時期降水徑流關(guān)系的顯著的規(guī)律性變化，而徑流年內(nèi)變化比較復雜，最大流量分別在6-10月出現(xiàn)。