近60年塔里木河干流径流变化影响因素定量分析

黄国强

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆库尔勒 841000)

径流是水文循环的重要环节，反映了区域气候变化和人类活动对水文过程的作用［1］，河川径流的演变也是地表水资源研究的重要部分。近年来，受气候变化和人类活动的影响，河川径流出现一系列生态环境问题，如河道径流大幅减少、下游河道断流、尾闾湖泊干涸，流域生态环境恶化等［2］。因此，开展人类活动对河川径流影响程度的定量分析具有重要意义。

本文以新疆塔里木河干流为研究区，基于1960—2015年的径流实测数据，采用累积量斜距变化比较法、线性回归方法分析流域内人类活动对径流的影响程度，旨在研究环境变化对河川径流变化的影响及其驱动力，为塔里木河流域水资源的合理利用和生态预警提供决策依据。

1 研究区概况

塔里木河流域地处新疆南疆，位于天山山脉与昆仑山、喀喇昆仑山山脉之间，流域总面积约102万km2，是中国最大的内陆河流域，见图1。流域内降水稀少、蒸发强烈，自然生态环境极为脆弱。历史上，塔里木河流域九大水系汇入塔里木河干流，但受人类活动与气候变化影响，目前仅有阿克苏河、叶尔羌河、和田河常年有地表水汇入塔里木河干流。

图1 塔里木河流域示意图

2 研究方法

流域径流变化是环境变化的结果，环境变化主要指气候变化(波动)和人类活动对流域下垫面等自然状况的改变两个方面。以人类活动影响显著之前(即突变点)的径流状况作为背景值，则后期径流较背景值的变化量包括两部分，其中一部分是由于气候变化引起的，另外一部分则是由于人活动影响所造成的。根据背景值、各年代实测值及计算的天然径流量来分析环境变化对流域径流的影响，具体计算方法为：各年代实测径流量与相应时期天然径流量的差值基本上可以视为由人类活动影响所造成的变化量，而模拟的天然径流与背景值的差值则可以看作为由气候变化所产生的影响量［3］。

人类活动和气候变化对流域径流的影响定量计算如下：

式中：ΔWT为径流变化总量；ΔWH为人类活动对径流量的影响量；ΔWC为气候变化对径流的影响量；WB为天然时期的径流量；WHR为人类活动影响时期的实测径流量；WHN为人类活动影响时期的天然径流量；ηH、ηC分别为人类活动和气候变化对径流量的影响。

2.1 线性回归法

利用干流年径流量突变点前的数据建立源流出山口与干流水文站点年径流量的回归方程，依据线性回归方程计算干流水文站在突变前后的年径流量。计算所得突变点后径流量与实测径流量的差值即为人类活动与气候变化所产生的影响量。

2.2 累积量斜率变化比较法

设累积径流-年份线性关系式的斜率在拐点前后两个时期的径流量分别为SRa和SRb(亿m3)，累积降水量-年份线性关系式的斜率在拐点前后两个时期的降水量分别为SPa和SPb(mm)，则累积径流量斜率变化率为(SRb-SRa)/SRa，同样，累积降水量斜率变化率为(SPb-SPa)/SPa，那么降水量对径流量变化的贡献率CP(%)为［4］

同样，可计算潜在蒸发对径流量变化的贡献率。设累积潜在蒸发-年份线性关系式的斜率在拐点前后两个时期的潜在蒸发量分别为SEa和SEb(mm)，则累积潜在蒸发量斜率变化率为(SRb-SRa)/SRa，那么潜在蒸发量对径流量变化的贡献率CE(%)为

依据水量平衡原理，人类活动对径流变化的贡献率(%)为

3 结果与分析

3.1 基于线性回归的影响评估

采用Mann-Kendall趋势检验法对塔里木河干流1960—2015年径流进行突变检验，得知其在1972年、1993年与2009年发生突变。由于在1972年以前流域受人类活动影响较小，因此以1960—1972年为塔里木河干流径流基准期，以该时期干流年径流量累计值为因变量y，源流(阿克苏河、叶尔羌河与和田河)出山口年径流总量累计值为自变量x，建立塔里木河干流年径流量累计值与源流出山口年径流总量累计值之间的回归方程：

利用基准期实测降水、径流数据均值，建立反映近似天然状况下的降水-径流模式，然后计算出不同时段的降水、实测径流、计算径流的平均值。各个时段的计算值与基准期计算值的差值即为该时段降水变化对径流的影响量，各时段与基准期的实测差值再减去降水变化的影响量，即得到人类活动的影响量。针对气候变化和人类活动对径流变化的影响分析，可以发现，在20世纪70～90年代，人类活动对径流的影响占主导地位，贡献率为53.08% ～86.24%。自20世纪80年代以来，西北干旱区气候从暖干向暖湿转化，气候变化对径流变化的贡献率也因此而增加。

2010年以后，由于气候变化的影响，源流区天然径流大幅增加，并且上游人类用水活动得到有效控制，导致上游来水大幅增加，气候变化对径流的贡献率超过了人类活动对径流量的影响。不同时期塔里木河干流径流受气候变化和人类活动的影响程度见表1。

表1 不同时期塔里木河干流年径流受气候变化和人类活动的影响程度

3.2 基于累积量斜率变化的影响评估

采用累积量斜率变化比较法评估了人类活动和气候变化对径流变化的影响及贡献率，见表2。塔里木河干流在不同时间段，气候变化和人类活动对径流的影响分量相差较大，气候变化对径流变化的影响约为12.33%～46.23%，人类活动对径流变化的影响约为53.77% ～87.67%。1973—1993年，人类活动影响较大，这是由于期间绿洲灌溉面积大幅扩张，灌溉耗水量增加消耗了大量水资源，另一方面，流域内水利工程、水土保持等建设工程的兴建，在减少侵蚀、提高水资源利用效率的同时也减少了地表径流。1993年以来，气候变化的贡献率显著增加，到21世纪初达到46.23%，这说明虽然人类活动仍然是导致径流减少的主要影响因素，但降雨量的增加减弱了人类活动的影响，气候变化对径流量的影响逐渐加强。

表2 气候变化和人类活动对塔里木河水文要素影响变化的贡献率

由表3可知，塔里木河上游流域在1990—2000年期间耕地增加了1665km2，林地增加了854km2，荒地裸地增加了 698km2，水域减少了 115km2，草地减少3064km2，城乡用地减少了139km2，塔里木河上游在20世纪90年代大量草地转化为林地、荒地和耕地。而2000年以后，耕地大幅增加，大量的林地、草地以及荒地均转为耕地，如2000—2010年，耕地增长2599km2，城乡用地增加50km2，而其余土地利用类型全部减少，其中林地减少170km2，草地减少1367km2，水域减少414km2，荒地裸地减少698km2。2010—2015年间的耕地增加量达到2785km2，这表明塔里木河上游主要的人类活动为灌溉，耗水增加主要是由于耕地面积增加造成的。1993年后，尽管耕地扩张速度大幅提高，但塔里木河干流来水量仍处于增加趋势。这表明：一方面气候变化显著，降水量逐渐增加，源流来水增加，气候变化的影响逐渐增强；另一方面，随着流域管理水平的提高以及高效节水灌溉方式的推广应用，用水效率提高，人类活动对径流的影响相对减弱。

表3 塔里木河干流源流区土地利用变化 单位：km2

4 结论

本文分别采用线性回归法和累积量斜率变化比较法定量分析了塔里木河干流年径流受气候变化和人类活动的影响程度，结果表明：上述两种方法计算结果较为相近，1973—1993年，气候变化对径流的影响约占15%，人类活动对径流的影响约占85%；1994—2009年，气候变化和人类活动对径流的影响分别占33%和67%，气候变化对径流的影响有所增加。在外界作用中，人类活动是径流减少的主导因素。

对于气候变化因素，本文仅考虑了降水和蒸发，实际上径流变化也会受温度与地面覆被变化(LUCC)等因子影响，所以导致本文在因素分析上可能存在一定误差，另外对于影响径流变化的具体因素也有待于进一步研究。