气候变化对湘江流域径流量的影响研究

刘东灿　李静

摘 要：通过滑动平均、弹性系数等方法，以降雨量、潜在蒸发量作为影响径流量改变的影响因素，分析气候变化对湘江流域径流量的影响。得出流域弹性系数ɑ、β在水文变异的各阶段呈现先增大后减小的变化，水利工程运行和森林覆盖率的提高促进了洞庭湖流域径流的调节能力；降雨量的变化对流域径流量影响起主导地位。

关键词：气候变化；径流量；洞庭湖流域

近百年来，湘江流域气温呈现明显升高的趋势，气温的升高势必影响流域内的降雨量与蒸发量，进而影响流域内的径流量。由水量平衡方程（P=E+R+∆S）可知，降雨是一个流域水量输入的主要部分，而蒸发则是一个流域水量输出的主要部分，它们对流域的径流量都会产生直接的影响。

1 材料及方法

1.1数据来源

本次研究的基础数据时间长度均为1960-2015年，其中降雨量、潜在蒸发量数据来自国家气象中心及湖南省气象局，径流量数据来自湘潭站。

1.2分析方法

1）趋势分析法

采用 Mann-Kendall 趋势检验法（下文简称 MK 检验）和线性回归方法进趋势分析。MK 检验及线性回归法介绍较多，这里不再赘述。

2）水热耦合平衡关系及弹性系数法

在现代水文学上，常用水热耦合平衡关系以及弹性系数来量化气候变化对径流量的影响。流域地表能量平衡表达式为：

上式中Rn 为净辐射量，H 为显热通量，G 为地表热通量，在年尺度或者多年尺度上，地表热通量 G 基本是平衡的，可忽略不计。

Milly 和 Dunne[1]对 Budyko曲线[2]进行深入分析，对其求偏导，并将流域降雨量与潜在蒸散发对实际蒸散发的影响考虑在内，得出如下关系式：

联合闭合流域水量平衡方程、Budyko 曲线及其偏导关系式，并将流域降雨量、潜在蒸散发对流域径流的影响考虑在内，建立新的关系式：

气候变化对流域径流的影响可通过流域降雨量和潜在蒸散发的变化对流域径流的影响来反映，估算气候变化对流域径流的影响可在长序列上分阶段建立如下关系式：

Choudhury 公式改写为：

降雨 P、潜在蒸散发EO的弹性系数分别为ɑ、β，对 Choudhury 公式求偏导数得：

2 结果

2.1趋势分析

趋势分析结果可得（图2-1）湘江流域多年平均降雨量、潜在蒸发量、径流量分别为1562 mm、1024mm、653×108m3。流域历年降雨量最大值为2001年2198mm，潜在蒸发量的最大值为1978年1076mm，径流量的最大值为1994年1007×108m3。由回归方程可知，流域降雨量、潜在蒸发量随时间变化呈逐渐降低趋势，流域径流量呈缓慢增加趋势。由滑动趋势线及MK突变分析（图2-2）可得流域潜在蒸发量呈现先下降，后上升的变化趋势，降雨量和将流量的变化波动性较大，但两者的变化趋势相一致。

2.2气候变化对流域径流量的影响

湘江流域月平均降雨量、潜在蒸发量、径流深（表2-1）在研究期间并没有突破显著性水平，每年的5、6月份为流域汛期，结合MK突变检验、洞庭湖流域经济不同时期的发展状况以及肖鹏对流域水资源有序聚类的分析[3]，特将1978年作为此次水文阶段划分的起点，1988年为水文变异的第一个年份（1988年湖南省森林覆盖率显著提高），2003年为水文变异的第二个年份（三峡大坝2003年6月份开始运行）。故此次研究中水文序列的变异阶段共有三段：1978-1988年、1989-2002年、2003-2015年。

根据湘江流域在这三个阶段中的降雨量、潜在蒸发量及径流量，利用水热耦合平衡关系及弹性系数计算得到流域各阶段下垫面参数K、弹性系数ɑ、β。分析可得，湘江流域在研究期间的三个阶段内的下垫面参数K分别为：2.295、2.731、1.702，第二个阶段的参数明显高于其他两个阶段，则流域在该阶段的Budyko曲线上升趋势最大，实际蒸发量较其他阶段更高。流域弹性系数ɑ、β值先增大后减小，说明流域内水利工程的运行和森林覆盖率的提高促进了湘江流域的径流调节能力，降低了径流对气候变暖的敏感性。由分析可知，降雨量的变化对流域径流量的变化起主导地位。

3 结论

（1）在研究期间流域气象水文要素未发生明显突变，流域径流量整体呈现下降趋势。降雨量年内分布不均匀，汛期为每年的5-9月份；月平均潜在蒸发量年内波动明显，潜在蒸发量的最大值为7月份、最小值为1月份，变化趋势并不明显。流域径流变化有明显的周期性。

（2）流域各阶段的弹性系数ɑ、β值与降雨量P和潜在蒸发量E0变化趋势相同，流域弹性系数ɑ、β计算值均呈现先增大后减小的变化，说明流域内的水利工程运行和森林覆盖率的提高促进了洞庭湖流域径流的调节能力，降低了径流对气候变暖的敏感性。通过计算分析得到，降雨量和潜在蒸发量对流域径流量均起到一定作用，但降雨量的变化对洞庭湖流域径流量的变化起主导地位。

参考文献

[1]Milly PCD，Dunne K A.Macroscale water fluxes 2.Water and energy supply control of theirinterannual variability[J].Water Resources Research，2002，38（10）：21-24.

[2]許珊珊等.Budyko理论在水文气候分区中的应用研究[J].中国农村水利水电，2017（03）：17-20.

[3]肖鹏.洞庭湖流域水资源演变归因分析[D].清华大学，2014.

作者简介

刘东灿，男，1995--，籍贯：河南省禹州市，学历：本科，单位：九江学院旅游与国土资源学院，研究方向：水文与水资源

李静，女，1984--，籍贯：山东省茌平县，学历职称：博士研究生，副教授，单位：九江学院旅游与国土资源学院，研究方向：森林生态水文