流域径流变化驱动力分析与研究:以祖厉河为例

王 进

（甘肃省定西水文水资源勘测局,743000,定西）

政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2001年气候变化评估报告中指出：过去100年间全球气温平均上升0.6±0.2℃。全球气候变暖已成不争的事实。气候变暖将导致水循环的加剧，并会对区域性降水等水资源问题产生重大影响。《中国21世纪议程》指出，全球气候变化对我国水资源在北方河流可能出现长达20年左右枯水期，南方河流则可能出现大洪水，全国旱涝灾害将更趋频繁。对于我国西北干旱地区而言，气候变暖表现为波动性增温变干的趋势,在有观测资料的1950—2000年间，西北地区降水呈明显减少的趋势，多条河流的径流量呈现波动性下降趋势。水资源短缺已严重制约了区域经济发展。为此，加强对半干旱区流域径流特征的认识和研究，实现面向可持续发展的水资源合理配置，已成为缺水地区经济增长的焦点。本文根据祖厉河流域内水文站和雨量站40年来（1970—2009年）实测水文资料序列，对祖厉河流域径流变化趋势及其对影响因素的响应问题进行了分析研究，为流域水资源开发利用和综合治理提供基本数据和参考依据。

一、祖厉河流域概况

祖厉河系黄河一级支流，发源于甘肃省华家岭北侧，于靖远县红嘴子处汇入黄河。 地处东经 104°13′～105°35′、北纬 35°16′～36°34′之间， 东西宽124 km，南北长 144 km，干流长度为220.3 km。河源至河口平均坡度1.94%，流域面积10 647 km2。祖厉河流域属黄土丘陵沟壑区，由于长期水蚀的作用，流域呈现出丘陵间梁峁交错起伏、沟壑纵横的黄土丘陵地貌。地形特征受贺兰山褶皱带和祁连山加里东褶皱带影响，地势由西南向东北倾斜，呈阶梯式特征。

该水系分布呈羽状。流域内设有会宁、郭城驿、靖远、巉口、定西5处水文站和27处雨量站，站网分布均匀，基本上能控制流域水资源的分布情况。流域水系分布见图1。

图1 祖厉河流域水系分布图

二、祖厉河流域径流变化趋势分析

1.资料系列的确定

为保证资料系列的一致性，便于更好地分析说明径流趋势变化，对祖厉河流域内5处水文站、27处雨量站降水、气温、蒸发和径流资料采用同步时段分析，时段确定为1970—2009年。

2.径流年际变化

径流的年际变化大。各站的变差系数在0.53～0.71之间，并随着集水面积增大而减小。流域多年平均年径流量为0.959亿m3。以年代计算径流量多年变化趋势，时段均值呈减少趋势。20世纪70年代为1.156亿m3，偏丰20.5%；80年代为0.983亿m3，基本持平；90年代为 1.040亿 m3， 偏丰8.4%；21世纪初为 0.658亿 m3， 偏枯31.4%，同70年代相比较，同比减少了42.2%。其中，20世纪八九十年代径流变化趋势不明显，这可能与该区间人类活动影响变化不显著有关（见图2）。

3.径流年内季节变化

径流的年内分配不均匀。汛期（6—9月）径流量占全年的79%，非汛期（10—5月）仅占21%。最大月径流量一般出现在7—8月，最小月径流量出现在1月。上游枯水期经常发生河干，冬季发生连底冻现象；中下游相对稳定。

三、祖厉河流域径流变化驱动力分析

气候变化和人类活动是影响河川径流的主要因素。全球气候的变暖、受热条件的不同及大气环流的改变,必然引起水资源循环的区域分布发生变化。具体表现在径流量上，即质到量的变化。而人类活动对水资源利用的不合理和过度开发会给流域生态环境带来危害，同样体现为径流特征的改变。

1.气候变暖对径流影响分析

流域气候变化特征最直接的反映表现为气温的持续升高。气温的变化直接影响流域降蒸特性的变化，从而导致径流量的改变。通过对流域降蒸资料的分析，流域年降水量多年平均（1970—2009年）为 291.5 mm,随着流域气温升高呈减少趋势，20世纪70年代流域年降水平均值为310.5 mm，到21世纪初为268.8 mm,降幅为13.4%，而流域年水面蒸发量在900～1 060 mm之间，呈缓慢下降趋势，这同Peterson1995年根据美国和前苏联的蒸发皿观测数据在《Nature》杂志上发表文章指出过去50年间蒸发皿蒸发量持续下降的结论一致，符合“蒸发悖论”观点。点绘祖厉河流域年平均气温趋势及各年代平均气温（见图 3），分析表明：

①在图3中，趋势线性方程为：

式（1）中，y为年平均气温，x为年份。式中趋势线的斜率为0.0572，大于0，说明年平均气温的长期变化过程从20世纪70年代到21世纪初总体上呈明显上升的趋势。

②各年代平均气温呈跳跃式增高，20世纪70年代到21世纪初年代增幅分别为 0.2℃、0.6℃、0.8℃， 气候变暖特征显著。

对比分析图 2、图 3，并对 40年流域径流和气温资料作相关分析，发现两者之间呈负相关关系，相关系数为-0.3051，在a=0.05时达显著水平。表明随流域气温升高，流域年径流呈减少趋势。

2.人类活动对径流影响分析

（1）跨流域引水提灌工程对流域径流影响

靖会引黄提灌工程是甘肃省中部干旱地区大型骨干水利工程，于1971年动工修建，1973年通水运行。设计流量12m3/s，设计灌溉面积30万亩（2万hm2）。受益人口达12万多人。自工程投入运行以来，年提水量由1973年的970万m3提高到2005年的8 697万m3，实灌面积由 3万亩（0.2 万 hm2）发展到25.2万亩（1.68万hm2），累计提水量达 21.6亿 m3。 靖会工程年提水量、灌溉面积见图4。

从图4可以看出，靖会工程年提水量、灌溉面积呈显著上升趋势，20世纪80年代后引黄提灌量增大明显，为6 457万m3，是70年代2 973万m3的2.17倍，90年代为8052万m3，21世纪初为8365万m3。以上数据说明，80年代、90年代流域年径流量同气温趋势不一致，是受流域灌溉回归水影响所致。据初步估算，自靖会工程投入运行以来到21世纪初，灌溉回归水对流域年径流量影响累积增加值6.344亿m3。通过对引黄灌溉回归水量还原计算，并对其减水效果同流域降水量作量化评估发现，引黄提灌工程措施对年径流影响占到70%以上，说明人类活动对径流影响远大于降水量影响。

（2）水利水保工程对流域径流影响

祖厉河流域为甘肃省水土流失最严重的地区，输沙量为全国各河之首，多年平均输沙量为5 015万t，年侵蚀模数4 710 t/km2，最大含沙量可达1120kg/m3。为改变这一状况，地方政府加大流域治理力度。据不完全统计，自20世纪70年代以来，流域内兴修水平梯田130多万亩 （8.67万hm2），关川河流域综合治理种草留床面积达 61.2万亩（4.08万 hm2），造林累计 64万亩（4.27万 hm2）。 同时，为满足工农业和城市生活用水需要，上游修建小型水库21座，修建截流引水工程多处。这一系列措施的实施，使流域植被覆盖率大幅度提高，改善了流域下垫面条件。同时也增加了水量消耗，减轻了水土流失，从而使流域径流量减少。20世纪90年代以后为解决干旱山区群众生活生产用水实施的“121雨水集流工程”，也对流域径流产生了一定影响。

四、结 语

经过以上分析，可以得出下面结论：

①祖厉河流域的年径流呈逐年递减趋势，21世纪初年代径流量平均值与20世纪70年代相比较减少了42.2%。

②祖厉河流域径流对气候变化响应敏感，两者之间呈负相关关系，相关系数为-0.3051，在a=0.05时达显著水平。说明随流域气温升高流域年径流呈递减趋势。

③祖厉河流域水利水保工程改善了流域下垫面条件，减轻了水土流失，同时也是导致流域径流减少的主要因素。跨流域引水提灌工程所产生的灌溉回归水对流域年径流量影响累积增加值为6.344亿m3，对年径流影响占到70%以上，说明人类活动对径流的影响远大于降水量的影响。

[1]IPCC.2001.Climate Change 2001:Impacts,Adaptation,and Vuinerability[R].The Third Report of Working GroupⅡof the Intergovernmental Panel on Climat Change.Cambridge University press.

[2]Peterson T C,Golubev V S,Groisman P Y. Evaporation losing its strength[J].Nature,1995,377:687-688.

[3]丛振涛,杨大文.“蒸发悖论”在中国的规律分析[J].水科学进展，2008（3）.

[4]黄维东.人类活动对祖厉河流域径流变化的影响分析 [J].水资源研究，2002（2）.