党河流域近40年径流量特征与气候变化关系探究

程远顺，程宗杰

（甘肃省酒泉水文水资源勘测局,735100，嘉峪关）

全球变化下的干旱区气候变化逐渐成为社会普遍关注的热点，气候变化必然带来水文循环的变化，进而影响干旱区水资源的利用。我国西北干旱区因深居内陆、水汽难以到达，表现为降水稀少、蒸发量大、多内陆河的特点，水资源相对匮乏。近年，随着经济社会的发展与西北地区城市化进程的推进，水资源的供需矛盾日益凸显，因此探究流域水资源变化和气候因子之间关系成为研究重点。崔华瑞等探究人类活动对安阳河流域年径流量影响，贾翠霞对半干旱区的庄浪河流域径流变化进行探究，赵直与傅丽昕分别对位于极端干旱区的开都河流域和塔里木河源流区近50年径流量与气候变化关系开展研究，且着重探究气温、降水量的影响。

党河流域地处干旱区与极端干旱区的交互地带，位于流域中心的敦煌绿洲，随着旅游业的发展，生活用水持续增加，开展对党河流域水资源变化与原因探究不得不提上日程。因此，弄清党河流域近40年来径流量年际年内变化对气候变化的响应规律，将有助于指导党河下游敦煌盆地内水资源的合理开发利用和配置，促进当地经济社会可持续发展。

一、流域概况

党河发源于祁连山西部疏勒南山冰川群，分布于库木塔格沙漠东部。河流全长390km，流域面积16 970 km2。党河水源主要靠冰川融水、大气降水补给以及山区河谷地下水调节，是敦煌绿洲灌溉和生活用水的主要来源。流域内主要有贯穿肃北蒙古族自治县和敦煌市的干流党河，经阿克塞哈萨克族自治县与敦煌阳关镇的西土沟，贯穿敦煌市北部的疏勒河（自双塔水库建成后已断流）三条河流组成，维系着敦煌绿洲的生态平衡。流域内行政单位共包含阿克塞哈萨克族自治县、肃北蒙古族自治县和敦煌市，因此本研究数据构成来自于流域内5处水文站：上游地区的阿克塞雨量站（1977—2013年）与肃北党城湾水文站（1972—2013年），中游地区的党河水库水文站（1977—2013年）和南湖雨量站（1985—2013年），下游地区的西湖雨量站（1984—2013年）。

二、研究结果

1.径流量变化特点及趋势分析

党河水库作为党河流域中游与下游的分界线，是敦煌盆地农业灌溉和生活用水的重要来源，关乎绿洲稳定和可持续发展。图1展示了1976—2013年水库径流量的变化特点和基于线性与多项式趋势拟合。可以看出径流量变化呈现波动上升趋势，2010年出现最高值。径流量由1976年的2.46亿m3到2013年3.6亿m3， 增长幅度为0.3亿m3/10a。通过利用线性回归模型来检验径流量变化趋势，研究共选取了线性与多项式拟合研究区径流量年际变化趋势。可以看出，线性趋势斜率为0.203，拟合R值为0.623（通过置信0.05检验），同时进行的多项式拟合得出y=0.001x3-0.065x2+0.091x+2.632，R 值为 0.756，可以更好地拟合径流量变化起伏趋势，随时间增长而增加的径流量变化态势。

2.流域内气候因子响应特点

降水、气温和蒸散量作为影响干旱区内陆河流域出山径流量主要因子，从不同层面影响径流量变化。

（1）气温变化趋势

本研究选取位于党河水库坝上气温数据为基础，图2展示了1972—2013年气温变化趋势。可以看出，研究区内年平均气温为10.2℃，表现出增长趋势，增长率为0.6℃/10a。增长幅度相对弱于径流量。气温作为热量指标对径流量的主要影响表现在冰川、积雪的消融和总蒸散量，尤其是水库水面蒸散发。

图1 党河水库水文站径流量变化趋势与趋势拟合

图2 党河水库坝上气温1972—2013年气温变化趋势

（2）降水变化

图3为党河流域各站点降水量的年际变化曲线，并根据站点区位划分上游、中游和下游。从图中可以看出，降水区域差异大，年际变化趋势也各不相同。位于上游的阿克塞雨量站与党城湾水文站多年平均年降水量分别为158.11 mm和157.78 mm，降水相对丰富，且阿克塞降水呈现下降趋势，而党城湾降水量有略微增长；中游地区南湖年降水量呈增多趋势，年均约42.05 mm，其气候倾向率达0.116 mm/10a。水库降水量趋势相对平稳，年均51.54 mm；下游湿地的西湖站，年均降水37.60 mm，有轻微下降趋势。可以看出海拔差异造就了降水量的梯级递减，除位于山前绿洲南湖站外，各站点降水量在年际尺度上变化都不显著。

表1展示了各站点年内降水量变化特点。可以看出，党河流域降水为夏雨型，夏季降水量大于全年降水量50%以上，其变化大小直接影响年际降水，且四季降水量大小表现为：夏季＞春季＞秋季＞冬季。各站点降水峰值基本都集中在7月份，有少数6月份降水最多（党城湾），各月降水规律体现出从上游到中游再到下游的递减趋势。表明降水区域差异明显，上游阿克塞与党城湾位于安西踏实盆地-祁连山过渡区域，多地形雨，南湖地区位于库木塔格沙漠所包围的小片绿洲区，受局地小气候影响较大，总体气候干燥，降水稀少；西湖位于盆地中心区域，无重要水汽来源支撑，降水最少。

（3）蒸散发变化

图3 党河流域上中下游党城湾、阿克塞、党河水库、南湖和西湖站降水趋势变化图

研究区内径流水面较小，蒸发较低，其最大蒸发集中在水库集水区。为探究蒸发量与水库蒸发的影响，研究选取水库点蒸发皿观测数据，得出水库月尺度的蒸发特点与1972—2013年尺度蒸发特点（图4），可以看出，月尺度上蒸发集中在5—8月，11月到次年2月蒸发极少，夏季为当地汛期，水库集水面积大，加剧研究区夏季蒸发。年际尺度蒸散发经历了1982—1991年的相对稳定时期，1991—2004年的缓慢增长期和2004—2013年的迅速下降期，蒸发能力总体出现下降趋势，异于温度变化趋势。

（4）径流量变化特征及气候因子的响应

为探究党河流域径流量变化与各气象因子的关系，研究共选取了温度、降水量（以站点为单位）和蒸发量（水库为主）三个因子，运用SPSS平台得出Person双侧相关系数如表2所示，党河水库径流量变化与党城湾降水量呈正相关，相关系数为0.551（P＜0.01），是径流量变化的最直接驱动因子，因南湖降水变化局限在南湖小区域，属于党河流域内已断流的支流部分，故其相关不作分析。表中温度与径流关系为正弱相关（R=0.241)，结合他人研究成果，祁连山北侧冰川量仅几十年来呈现削减趋势，可见温度的主要影响表现为造成上游冰雪融水加剧，加大径流水量；水库蒸发皿蒸发量变化与径流量呈现显著负相关，相关系数为-0.341，因为党河水库以上地区降水相对较丰富，海拔较高，蒸发能力较弱，而位于极端干旱区的敦煌党河水库，水面宽广，水面蒸发是党河流域内最大的消耗方式，其大小直接关乎径流量损耗。可见研究区径流量的增加是温度上升带来的冰雪融水增加、上游降水量起伏变化加大径流补给和蒸发能力降低共同作用的结果。

三、结论

基于党河水库径流量、党河流域内5处水文站及雨量站降水数据，利用趋势分析、Person双侧相关分析法，分析了近40年来党河流域径流量变化特征和其对气候变化的响应。得出以下结论：

近40年，党河水库径流量呈现增加趋势，增幅为0.3亿m3/10 a，且近13年呈现稳定上升趋势。研究区内气温呈上升趋势，结合全球升温背景，冰川物质平衡不断向负的状况发展，加剧上游区域消融，促进径流量增大。各站点降水量总体表现为受海拔影响的上游＞中游＞下游，区内降水为夏雨型，夏季降水量＞50%以上，且四季降水量大小表现为：夏季＞春季＞秋季＞冬季；通过Person相关分析显示，党河干流区径流量的变化主要是温度升高带来的冰川融水增多、上游降水量增多的正面驱动和水库蒸发能力降低综合作用的结果。但随着下游绿洲对地下水的开发力度逐年加大，地下水水位下降趋势日益显著，径流补给地下水的断层日益明显，为促进下游绿洲的稳定和可持续发展，必须合理管理和高效利用水资源。

表1 党河流域水文站点月尺度与四季降水量均值表 （单位：mm）

图 4 党河流域月尺度蒸发皿蒸发特点与年尺度蒸发趋势

表2 径流量变化与气象因子Person相关分析

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