近50年中国不同气候区典型流域降雨径流变化趋势

2011-06-12张利茹张建云刘九夫王国庆

水力发电 2011年10期

张利茹，张建云，刘九夫，王国庆

（1.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京 210029；2.水利部气候变化中心，江苏南京 210029）

自20世纪60年代以来，随着全国各流域水资源开发利用程度的提高及全球气候变化的加剧，全国各地的径流情势均发生了一定的变化[1-8]。近些年来，中国水资源问题日益突出，黄河断流，华北、西南地区多年持续干旱，南方多省的洪涝灾害、泥石流、台风频发等等，这些问题已经引起了全社会的广泛关注。因此，选取南方湿润区、淮河过渡区、北方半湿润半干旱地区以及西南季风区等4个不同气候区典型流域作为研究对象，研究中国不同气候区内年际径流的变化趋势，对分析气候变化对中国水文水资源的影响、提高气候变化影响的认识、探讨流域综合开发利用、开展建设节约型节水社会、促进环境和经济和谐发展等具有重大的意义。

1 研究区概况

北江，隶属珠江水系，是广东省境内一条重要的河流，长468 km，流域面积38 363 km2。地处亚热带，气候温和，雨量充沛，年内径流分配不均，年平均径流量490亿m3。地势北高南低，石角站是北江流域重要的控制水文站。石角以上北江流域水系见图1a。

淮河流域位于我国东部，介于长江、黄河之间，处于我国南北气候过渡带，冷暖气团活动频繁，天气系统复杂多变，降雨时空分布很不均匀，易形成暴雨洪水。年降水量800～1 400 mm，空间分布不均，年际变化较大。选取息县站以上淮河流域为研究对象。息县以上淮河上游区流域水系见图1b。

雅砻江位于四川省西部，青藏高原东南部。干流总长约1 500 km，流域面积约13万km2，是长江最长的支流。雅砻江流域处于川西高原气候区，受西风带控制，干湿季分明，11月至次年4月为干季，5月～10月为雨季。流域径流由降水、地下水和融雪（冰）组成。流域水系呈西北-东南走向，雅江以上雅砻江流域水系见图1c。

辽河位于我国东北地区南部，浑河、太子河是辽河的主要支流，为相邻流域。浑河发源于清源县湾甸子镇滚马岭，总流域面积11 480 km2，河长415 km。太子河流域发源于新宾县平顶山乡红石粒子，总面积13 883 km2，河长413 km。两河在三岔河汇合后称为大辽河。浑太河流域属暖温带湿润-半干旱季风气候区，多年平均年降雨量达800 mm左右。邢家窝棚站以上的太子河流域水系见图1d。

4个典型流域水文站基本情况见表1。

图1 研究流域水系及水文站点分布

2 降雨趋势分析

为了揭示中国不同气候分区流域降雨这一气象要素的年际变化及趋势，采用线性回归法对4个不同气候区的4个典型流域进行分析。限于篇幅，图2仅给出了2个典型流域近50年来年均降雨量、变化趋势线及5年滑动平均过程。

图2 不同气候区典型流域年降雨量及其5年滑动多年平均过程

由图2可以看出：①处于南方湿润气候区和淮河过渡区的石角站以上流域的降雨量呈现增加的趋势，且降雨量增加显著，其平均年线性增长率为1.95 mm；淮河过渡区的息县站以上流域降雨量也呈现出了增加的趋势，只是增加不太明显。②处于北方半湿润半干旱气候区的邢家窝棚以上流域的降雨量呈现递减趋势，且递减趋势明显，其平均年线性递减率为2.60 mm。处于西南季风气候区的雅江站以上流域也呈现出递减趋势，只不过递减趋势不是很明显。这说明在全球气候变化和流域内大规模的人类活动等因素影响下，各气候区降雨量均有不同程度的变化。

3 径流趋势分析

为了揭示实测径流量的年际变化及趋势，同样采用线性回归法对选自4个不同气候区的4个典型流域进行水文变化趋势分析。表2给出了4个典型流域各年代实测径流量统计结果。限于篇幅，图3仅给出了2个典型流域近50年来年均实测径流量、变化趋势线及5年滑动平均过程。

由表2、图3可以看出：各不同气候区典型流域的径流量变化表现出同其降雨量变化一致的趋势。处于南方湿润气候区和淮河过渡区的石角站、息县站以上流域的径流量呈现增加的趋势，其中石角站以上流域的径流量增加显著，其平均年线性增长率为1.61 mm；淮河过渡区的息县站以上流域径流量只有少量增加。处于西南季风气候区的雅江站以上流域和处于北方半湿润半干旱气候区的邢家窝棚以上流域的径流量均呈递减趋势。

表1 各典型流域水文站基本情况

表2 各气候区典型流域各年代实测径流量统计

图3 不同气候区典型流域年均径流量及其5年滑动多年平均过程

为进一步分析中国不同气候区典型流域径流量的变化规律，采用曼-肯尼尔 (Mann-Kendall，M-K)秩次相关检验法诊断了各典型流域实测径流量的变化趋势及其显著性。图4给出不同气候区典型流域的检验结果。

由图4所示，对于石角、息县和雅江这3个控制站，系列M-K值均落在显著性水平0.05的临界值±1.96的范围内，说明无显著变化趋势。但对于邢家窝棚控制站，M-K值并没有落在显著性水平0.05的临界值±1.96的范围内，说明该系列在某一时段变化显著。该系列在20世纪80年代后表现出了显著的变化。

4 降雨径流变化原因分析

地形、地貌、地理位置、不同季节水汽输送的方式、路径、运动规律，大气环流[9]、太阳辐射、人类活动等都会使降水量在时间和地域分布上产生一定的差异。

图4 各典型流域年均径流系列M-K值变化趋势

天然径流量主要取决于降雨大小、强度、分布状况、流域蒸发能力、流域形状、大小、坡度、植被、流域下垫面条件、水文地质条件等水文气象因素，同时还受用水量、水利工程等人类活动的影响[8]。由表2可以看出，各典型流域各年代实测径流量的变化趋势各不相同，都表现出增加和减少交替出现的现象。总体来看，4个典型流域的径流变化在1970年出现转折，石角站径流变化由减少变为增加，而其他3个流域的径流变化由增加变为减少，只是减少的程度不一样。例如对于1970年～1979年这一时期，相对于各个典型流域的平均径流量，石角站以上流域表现出了增加的趋势，增幅达8.8%，而其他3个流域表现出了递减的趋势，减幅分别为15.3%，8.0%和9.2%。

由于所研究的4个流域处在不同的气候分区中，其地形地貌、大气环流等流域下垫面条件不尽相同，受人类活动影响的程度也不一样，故4个气候区典型流域的降雨量和径流量表现出了不一致的变化趋势，但每个典型流域的降雨量和径流量变化趋势一致。