黃河源區(qū)降水徑流一致性及影響因素分析

孫永壽 劉弢 李燕

摘 要：受全球暖濕化影響，青海省水資源呈現(xiàn)出明顯由枯轉(zhuǎn)豐的變化，降水量持續(xù)偏豐使全省水資源量呈顯著增加趨勢，流域產(chǎn)流機理也相應(yīng)發(fā)生了明顯變化，但在黃河源區(qū)呈現(xiàn)出降水增加、徑流減小的態(tài)勢。依據(jù)黃河源區(qū)1956—2016年水文氣象資料，通過趨勢、突變、距平等分析方法，初步分析進入21世紀以來黃河源區(qū)各水文氣象要素的變化特征及規(guī)律，源區(qū)降水與徑流變化趨勢不一致的原因。結(jié)果表明：近年來黃河源區(qū)氣溫升高，蒸發(fā)量總體呈增加趨勢;門堂以上、瑪曲以下降水量呈增加趨勢，門堂至瑪曲區(qū)間降水量呈減小趨勢;受氣溫和蒸發(fā)量增加的影響，源區(qū)產(chǎn)流系數(shù)明顯減小，使徑流變幅較降水變幅更大，由于降水增加區(qū)產(chǎn)生的徑流增加量小于降水減小區(qū)產(chǎn)生的徑流減小量，因此整個黃河源區(qū)總體上呈現(xiàn)出降水增加而徑流減小的趨勢;氣溫升高蒸散發(fā)能力增強、流域耗損量增加、產(chǎn)流系數(shù)降低是降水和徑流變化產(chǎn)生差異的主要原因。

關(guān)鍵詞：降水徑流;差異分析;影響因素;黃河源區(qū)

中圖分類號：TV121;TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.10.010

引用格式：孫永壽，劉弢，李燕.黃河源區(qū)降水徑流一致性及影響因素分析[J].人民黃河，2021，43（10）：51-55，101.

Abstract： Affected by global warming and humidification， water resources in Qinghai Province have changed significantly from dry to rich since 2005. The continuous high rainfall has caused a significant increase in the provinces water resources and the mechanism of river basin runoff generation has also been changed significantly. However， in the source area of the Yellow River， the precipitation is increased and runoff decreased. Based on the hydrological and meteorological data of the source area of the Yellow River from 1956 to 2016， through the analysis methods of trends， mutations and distances， this paper preliminarily analyzed the changing characteristics and laws of various hydro-meteorological elements in the source region of the Yellow River since the 21th century and the reasons for the inconsistent trend of precipitation and runoff in the source region. The results show that in recent years， the evaporation of the source area of the Yellow River is increased with the increase of temperature. The precipitation above Mentang and below Maqu shows an increasing trend， while the precipitation between Mentang and Maqu shows a decreasing trend. Affected by the increase of temperature and evaporation， the runoff yield coefficient in the source area is significantly reduced， making the runoff variation larger than the precipitation variation. As the runoff increment generated by precipitation increasing area is less than the runoff decrease generated by precipitation decreasing area， the whole source area of the Yellow River presents a trend of precipitation increasing and runoff decreasing. The increase of temperature， the enhancement of evapotranspiration， the increase of watershed consumption and the decrease of runoff yield coefficient are the main reason for the difference between precipitation and runoff.

Key words： precipitation runoff; difference analysis; influencing factors; source area of the Yellow River

進入21世紀以來，青海省黃河流域乃至整個黃河流域呈現(xiàn)降水增加、徑流減小的態(tài)勢，2001—2016年青海省黃河流域降水量僅有26%形成了河川徑流，較1956—2000年減少13%，剩余74%消耗于地表水體、植被的蒸散發(fā)及潛水蒸發(fā)，整個黃河流域只有近15%的降水形成了河川徑流，消耗比例更高。黃河源區(qū)唐乃亥以上人類活動強度較弱，河川徑流接近天然狀態(tài)，研究該區(qū)域各水文要素之間的關(guān)系、變化特征及演變規(guī)律，對黃河源區(qū)生態(tài)環(huán)境保護和水資源管理具有十分重要的意義。

目前針對氣候變化對黃河源區(qū)徑流變化的影響，已取得了較多研究成果[1-6]，主要從氣候變化對水文的影響，徑流變化的影響因素，降水、徑流年內(nèi)、年際演變規(guī)律等方面進行分析。年際間不同的降水、徑流尺度下，各水文要素之間的關(guān)系存在明顯的差異，甚至呈現(xiàn)出相反的趨勢。筆者引進同等降水、徑流尺度，分析各水文要素變化規(guī)律及相互之間的關(guān)系，進一步分析黃河源區(qū)降水和徑流變化規(guī)律不一致的原因。

1 資料及方法

本文所采用的氣溫、降水、蒸發(fā)、徑流、泥沙資料均來自水文、氣象部門整編成果，資料代表性好，可靠程度高。氣溫資料系列為1960—2016年，其他資料系列為1956—2016年，對部分缺測的月、年資料采用上下游及鄰近站點相關(guān)方法進行插補，資料基本可靠。主要采用Kendall秩次檢驗法、Spearman秩次檢驗法、線性趨勢回歸檢驗法、Mann-Kendall（M-K）突變檢驗法及距平分析法等方法[7]，分析各要素變化規(guī)律及趨勢。黃河源區(qū)水系及水文、氣象站點分布見圖1。

2 氣溫變化

在全球氣候變暖的影響下，黃河源區(qū)氣溫與全球變暖有著明顯的對應(yīng)關(guān)系，以黃河源區(qū)瑪多、達日、久治、瑪沁、澤庫、興海氣象站年均氣溫平均值分析氣溫的變化趨勢（見圖2（a）），1960—2016年黃河源區(qū)年平均氣溫上升了2.1 ℃，上升傾向率為0.37 ℃/10 a，平均氣溫上升趨勢非常顯著。采用M-K突變檢驗法進行分析（見圖2（b）），在20世紀80年代后期UF值超過U0.05（1.96）水平，氣溫進入持續(xù)上升的通道，且上升趨勢顯著。2001—2016年平均氣溫為0.3 ℃，較1960—2000年平均氣溫（-1.0 ℃）上升了1.3 ℃，四季平均氣溫也表現(xiàn)出顯著的升高趨勢，春夏秋冬平均氣溫上升傾向率分別為0.26、0.31、0.39、0.56 ℃/10 a，其中冬季升溫最為明顯。

3 蒸發(fā)量變化

流域蒸發(fā)是水循環(huán)的基本要素之一，水面蒸發(fā)量是反映地區(qū)蒸發(fā)能力的重要指標。對黃河源區(qū)資料系列較完整的瑪多、達日、久治、瑪曲、瑪沁、同德、澤庫、興海氣象站1956—2016年水面蒸發(fā)量過程線及線性趨勢進行分析（見圖3）。

黃河瑪曲以上各站水面蒸發(fā)量總體呈增加趨勢，2001年以后增加趨勢明顯，瑪曲站以下澤庫站、瑪沁站、興海站水面蒸發(fā)量呈下降趨勢，同德站呈增加趨勢。通過Kendall秩次檢驗法、Spearman秩次檢驗法、線性趨勢回歸檢驗法，對1956—2016年各站水面蒸發(fā)量進行趨勢檢驗（見表1），在顯著性水平α=0.05下（3種檢驗指標的顯著性域值分別為1.96、2.004、2.004），達日站、久治站、同德站水面蒸發(fā)量呈顯著上升趨勢，澤庫站呈顯著下降趨勢。2001—2016年年均水面蒸發(fā)量與1956—2000年相比，除澤庫站減小5.9%外，其余站點均有所增加，增加比例為1.7%～16.7%，說明2001年以來黃河源區(qū)蒸發(fā)量總體呈增加趨勢，其增加原因主要與源區(qū)氣溫升高有關(guān)。

4 降水量變化

采用泰森多邊形法計算各水文站控制區(qū)間1956—2016年

逐年面降水量，各水文站控制區(qū)間降水站點見表2。通過Kendall秩次檢驗法、Spearman秩次檢驗法、線性趨勢回歸檢驗法進行趨勢檢驗（見圖4、表3），在顯著性水平α=0.05下，黃河沿以上、黃河沿至吉邁區(qū)間降水呈顯著上升趨勢，吉邁至門堂、瑪曲至軍功、軍功至唐乃亥略有上升，但趨勢不顯著，門堂至瑪曲區(qū)間降水呈下降趨勢，下降趨勢不顯著。

2001—2016年年均降水量與1956—2000年相比，門堂以上、瑪曲以下降水量偏多，平均偏多7.0%，門堂至瑪曲降水量偏小3.4%。

5 徑流深及產(chǎn)流系數(shù)變化

以黃河源區(qū)黃河沿、吉邁、門堂、瑪曲、軍功、唐乃亥水文站1956—2016年徑流資料分區(qū)間分析其變化趨勢，通過Kendall秩次檢驗、Spearman秩次檢驗、線性趨勢回歸法進行趨勢檢驗，在顯著性水平α=0.05下，1956—2016年門堂至瑪曲區(qū)間徑流深呈顯著下降趨勢，其他區(qū)間徑流上升或下降趨勢不顯著（見圖5、表4）。2001—2016年年均徑流深與1956—2000年相比，吉邁以上、軍功至唐乃亥區(qū)間有所增大，平均增大5.2%。吉邁至門堂、門堂至瑪曲、瑪曲至軍功區(qū)間徑流深均有所減小，平均減小14.3%，其中門堂至軍功區(qū)間徑流深減幅最大，為20.1%。

以黃河源區(qū)各區(qū)間1956—2016年年均面降水量（P）、徑流深（R）分析2000年前后各站（區(qū)間）同等降水尺度下產(chǎn)流系數(shù)（R/P）的變化特征（見表5）。

對比分析2001—2016年和1956—2000年系列降水、徑流的變化情況，在特枯、偏枯、平水、偏豐、特豐水年，及同等降水尺度下，除瑪曲至軍功平水年、軍功至唐乃亥偏枯年份徑流系數(shù)有所提高外，其他區(qū)間不同水平年2001—2016年徑流系數(shù)較1956—2000年均有所減小，平均減小了0.07（減幅為19.6%），說明2001年以來黃河源區(qū)產(chǎn)流能力呈顯著降低趨勢。黃河沿站受上游扎陵湖、鄂陵湖湖泊蒸發(fā)影響，產(chǎn)流系數(shù)不足0.1。

6 降水徑流變化不一致的原因分析

黃河源區(qū)2001—2016年與1956—2000年相比，降水量、徑流量、水面蒸發(fā)量變化情況見表6，各區(qū)間降水距平變化范圍在-3.4%～10.0%之間，徑流距平變化范圍在-20.1%～6.2%之間，年均蒸發(fā)耗損量在5.1億～8.6億m3之間，平均耗損量7.2億m3。采用算術(shù)平均法或面積權(quán)重法計算各區(qū)間多年平均水面蒸發(fā)量，分析各區(qū)間水面蒸發(fā)量及降水產(chǎn)生徑流的耗損量之間的關(guān)系，經(jīng)分析，各區(qū)間2001—2016年與1956—2000年相比，水面蒸發(fā)量均有所增加，距平在2.8%～12.3%之間，各區(qū)間水面蒸發(fā)量變化趨勢與降水產(chǎn)流耗損量變化趨勢基本一致，且大于其耗損量。根據(jù)黃河水文水資源科學研究院2018年《黃河河源區(qū)徑流情勢變化研究》報告[8]，黃河源區(qū)徑流減小的主要原因是氣溫升高導(dǎo)致水面蒸發(fā)能力提升，其次新增的植被消耗量也起到了一定的作用。

當降水量距平較大，降水增加量大于耗損量時，降水、徑流距平關(guān)系一致，均為正值，如黃河沿、黃河沿至吉邁、軍功至唐乃亥區(qū)間降水距平分別為9.8%、6.8%、10%，徑流距平為4.7%、6.2%、4.6%，均為正值;當降水量距平較小，降水增加量小于耗損量時，降水距平為正、徑流距平為負，如吉邁至門堂、瑪曲至軍功區(qū)間降水距平分別為2.8%、5.5%，徑流距平為-9.4%、-13.5%。門堂至瑪曲降水距平-3.4%，受耗損量影響，徑流距平達到-20.1%。受氣溫升高、蒸散發(fā)能力增強影響，植被消耗量增加，產(chǎn)流系數(shù)明顯降低，源區(qū)降水增加區(qū)產(chǎn)生的徑流增加量小于降水減小區(qū)產(chǎn)生的徑流減小量，使整個黃河源區(qū)呈現(xiàn)降水增加（5.3%）、徑流減?。?4.6%）的總趨勢。

7 結(jié) 論

（1）1960—2016年，黃河源區(qū)年平均氣溫上升了2.1 ℃，上升傾向率為0.37 ℃/10 a，上升趨勢非常顯著，在20世紀80年代后期，氣溫持續(xù)上升，且上升趨勢顯著，2001—2016年平均氣溫較1960—2000年平均氣溫上升了1.3 ℃，四季平均以冬季升溫最為明顯。受氣溫升高影響，整個源區(qū)蒸發(fā)能力明顯增強。

（2）經(jīng)趨勢檢驗分析，1956—2016年黃河源區(qū)降水量整體呈增加趨勢，徑流量呈減小趨勢;2001—2016年年均降水量與1956—2000年相比，門堂以上、瑪曲以下降水量偏多，門堂至瑪曲區(qū)間降水量偏小3.4%;吉邁以上、軍功以下徑流量偏多，吉邁至門堂區(qū)間徑流量偏少。

（3）受氣溫升高蒸發(fā)能力增強、植被消耗量增加等影響，2001年以來，同等降水尺度下，整個源區(qū)產(chǎn)流系數(shù)明顯減小，由于降水量增加區(qū)產(chǎn)生的徑流增加量小于降水量減小區(qū)產(chǎn)生的徑流減小量，因此整個黃河源區(qū)呈現(xiàn)出降水量增加、徑流量減小的總趨勢。氣溫升高蒸散發(fā)能力增強、流域耗損量增加、產(chǎn)流系數(shù)降低是降水和徑流變化產(chǎn)生差異的主要原因。

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【責任編輯 張 帥】