长江源区近32年径流变化及影响因素分析

朱延龙，陈 进，陈广才

长江源区近32年径流变化及影响因素分析

朱延龙1，陈 进2a，陈广才2b

（1.青海省水文局，西宁 810001；2.长江科学院，a.院长办公室；b.水资源利用研究所，武汉 430010）

以长江源区控制站直门达1978－2009年实测径流量序列为基础，运用Mann-Kendall趋势分析法和滑动T检验方法，对径流量的趋势变化和突变进行了详细分析，并对其影响因素降水、气温和下垫面条件等进行了分析。结果表明：长江源区近32年来年径流量总体呈现增加态势，但趋势不显著，年径流序列2004年前后发生突变；长江源区降水序列在2002年前后发生突变，气温序列呈显著增加趋势，长江源区降水增加和冰雪消融是长江源区径流增加的主要原因。

长江源区；径流变化；气候变化；Mann-Kendall趋势分析法；滑动T检验法

1 概 述

径流是一定时期内气候因素、下垫面自然因素、人类活动（下垫面人为因素）等综合作用的产物。近年来，在气候变化和人类活动的共同作用下，径流序列形成的物理背景发生了较大变化，直接影响了流域水资源的合理配置、开发与利用，以及河流系统的物理、化学和生物过程［1］。长江源区是青藏高原上高原湿地主要分布地区之一，也是江河源区冰川分布最集中的地区，其冰川面积占整个三江源区的89%以上，冰川融水占长江源区径流的25%以上［2］。长江源区是中国海拔最高的天然湿地和生物多样性分布区以及生物物种形成、演化的区域之一，具有水源涵养与调节、生物多样性保护、长江流域生态安全保障等生态功能［3］。然而，近几十年来，在过度放牧等人为因素和全球气候变化的共同影响下，长江源区气候暖干化趋势明显，造成了一系列生态环境问题，如冰川退缩，冻土退化，土地荒漠化，湿地与草场退化，以及水文系统发生了变化［3］。气候变化和人类活动对长江源区水资源和生态环境的影响已成为社会日益关注的焦点和研究的热点问题。

本文将应用Mann-Kendall趋势分析法、滑动T检验法等方法，分析长江源区径流的变化趋势，揭示近期长江源区的水资源变化规律及其制约因素，为长江源区水资源管理与生态环境保护提供支撑。

2 资料和方法

2.1 资料条件

长江源区范围选择以直门达水文站为界，大致范围介于90°43′－96°45′E，32°30′－35°35′N之间，流域控制面积约13.78万km2（见图1）。地貌上以高原丘陵为主，河网水系发达，分布大小河流100余条，分属沱沱河、当曲和楚玛尔河为主的3个源区水系［4］。本文选取直门达1978－2009年共达32年的逐月径流数据和长江源区沱沱河、五道梁、曲麻莱、玉树、清水河共5个气象站1978－2007年共30年的逐月降水、气温序列进行长江源区径流变化规律及其影响因素的分析。

图1 长江源区示意图Fig.1 Study area of the headwaters of the Yangtze River

2.2 研究方法

2.2.1 Mann-Kendall趋势分析法

利用Mann-Kendall非参数检验法分析长江源区水资源趋势变化。Mann-Kendall非参数检验是Mann（1945）创建的一种时间序列趋势分析方法，后经Kendall（1975）完善。该方法不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，适用水文、气象等非正态分布数据，计算简便。它是世界气象组织推荐的非参数检验方法之一，目前已被广泛地用来分析降水、径流和气温等要素时间序列的趋势变化。

Mann-Kendall检验统计量可定义如下：

2.2.2 滑动 T检验法

利用滑动T检验法分析长江源区水资源要素的突变。

首先介绍传统的T检验法。

设滑动点τ前后，2序列总体的分布函数各为F1（x）和 F2（x），今从总体 F1（x）和 F2（x）中分别抽取容量为n1和n2的2个样本，要求检验原假设：F1（x）＝F2（x）。定义统计量为

式中：

T服从t（n1＋n2－2）分布，选择显著性水平 α，查 t分布表得到临界值 tα／2，当｜T｜＞tα／2时，拒绝原假设，说明其存在显著性差异，当｜T｜＜tα／2时，则接受原假设。

传统的T检验法只能对已知变异点进行验证而无法找出变异点，滑动T检验法是利用传统的T检验法对序列逐点进行检验，对于满足｜T｜＞tα／2所有可能的点τ，选择使T统计量达到极大值的那一点作为所求的最可能变异点τ0。

图2 直门达水文站年径流量序列滑动T检验图Fig.2 Slide T test of annual runoff series at Zhimenda Station

3 径流变化特征

3.1 径流年内分布特征

地表径流的年内分配，主要取决于河流的补给类型［5］。长江源区径流主要以降水和融雪补给为主，因而径流年内分配主要受降水和气温影响。长江源区径流年内分配不均，6－9月份径流总量约占全年径流量的72.5%。

3.2 变化趋势分析

取显著性水平α＝0.05，对直门达水文站逐月平均流量序列和年径流序列进行趋势分析，计算结果见表1。

表1 长江源区径流序列趋势分析汇总表Table 1 Statistical analysis on the trend of runoff series

由表1可以看出，直门达水文站径流序列5月和7月呈递减态势，其它月径流序列呈增加态势，8－10月径流序列增加最为明显，年径流序列也呈增加态势，但趋势都不显著。

3.3 突变分析

取显著性水平α＝0.05对直门达水文站逐月平均流量序列和年径流序列进行突变分析（见图3），计算结果见表2。

图3 直门达水文站年径流序列突变图Fig.3 The change points of annual runoff at Zhimenda Station

表2 长江源区径流序列突变分析汇总表Table 2 Statistical analysis on the sudden change point of runoff series

由表2可以看出，1－3月、8－10月径流序列、年径流序列发生显著突变，变异时间多在2004年前后。

4 径流变化的影响因素分析

4.1 气候因素

4.1.1 降 水

取显著性水平 α＝0.05，采用 Mann-Kendall法和滑动T检验法对长江源区典型站1978－2007年的年降水序列进行趋势分析和突变，结果见3。分析发现，长江源区不同区域降水呈现不同的态势（如图4所示），玉树站呈现减少态势，其他站则呈现增加态势，不过趋势均不显著。突变分析表明，长江源区降水序列发生了显著的变异，五道梁和玉树站在80年代发生突变，其他站突变点多在2002年前后（见图4，表3）。

图4 长江源区典型站年降水趋势图Fig.4 Trends of annual precipitation change at weather stations in the headwaters of Yangtze River

4.1.2 气 温

在显著性水平 α＝0.05下，采用 Mann-Kendall趋势检验对长江源区典型站1978－2007年的年平均气温序列分析发现，长江源区各站年平均气温均呈显著增加趋势（图5）。

表3 长江源区年降水序列变化分析结果汇总表Table 3 Analysis on annual precipitation variation

图5 长江源区典型站年平均气温序列趋势图Fig.5 Trends of average annual air temperature change at weather stations in the headwaters of Yangtze River

气候变暖使得长江源区冰川融化。据调查［6］，2009年长江源区冰川总面积为1 051 km2，比《长江源志》记载的1 247 km2减少了196 km2，冰川年消融量达9.89亿m3。长江源区冰川主要分布在北部的昆仑山、南部的唐古拉山及西部的祖尔肯乌拉山；在冰川持续大规模消融中，昆仑山玉珠峰冰川与1971年相比，冰舌退缩了1 500 m，平均每年退缩达42.86 m；唐古拉山口东侧冰川侧向最大退缩量为125 m，正面退缩265 m，与1970年相比，正面每年退缩量为7.57 m，退缩速度惊人。

4.2 下垫面因素

下垫面因素直接影响植被截流、蒸腾、下渗等水文过程，对径流产生一定的影响。长江源区以草地为主，其面积占源区面积的58.9%，未利用土地面积占源区面积的32.3%，水域、林地、耕地、城乡工矿居民用地，分别占源区面积的7.2%，1.6%，0.01%，0.004%。气候变暖使高寒草甸发生逆向演替趋势：高寒草甸→轻度退化高寒草地→中度退化高寒草地→重度退化高寒草甸→荒漠化地区［2］。自20世纪80年代以来，长江源区不断加剧的高寒草甸草地退化使流域径流系数减小、流域常遇径流减少、稀遇洪水径流发生频率增加，这与严重退化极易形成暴雨洪水有关［4］。

5 结 语

通过对长江源区径流序列和降水、气温序列的分析发现：

（1）长江源区近32年来年径流量总体呈现增加态势，但趋势不显著，且滑动T检验表明年径流序列2004年前后发生突变。

（2）长江源区近32年来年降水序列和年平均气温序列呈现显著增加趋势，区域暖化趋势没有发生显著变化，但近期干化趋势有所缓解。降水序列在2002年前后发生突变，长江源区降水增加和冰雪消融是长江源区径流增加的主要原因。

［1］ 王兆礼，陈晓宏，杨 涛.近50年东江流域径流变化及影响因素分析［J］.自然资源学报，2010，25（8）：1365－1374.（WANG Zhao-li，CHEN Xiao-hong，YANG Tao.Runoff Variation and Its Impacting Factors in the Dongjiang River Basin During 1956－2005［J］.Journal of Natural Resources，2010，25（8）：1365－1374.（in Chinese））

［2］ 逯军峰，董治宝，胡光印，等.长江源区土地利用／覆盖现状及成因分析［J］.中国沙漠，2009，29（6）：1043－1048.（LU Jun-feng，DONG Zhi-bao，HU Guang-yin，et al.Land Use／Land Cover Status and Forming Causes in Source Regions of Yangtze River［J］.Journal of Desert Research，2009，29（6）：1043－1048.（in Chinese））

［3］ 陈 芳，马英芳，申红艳，等.长江源区近44年气候变化的若干统计分析［J］.气象科技，2007，35（3）：340－344.（CHEN Fang，MA Ying-fang，SHEN Hong-yan，et al.Statistical Analysis of Climate Changes for Recent 44 Years over Source Region of Yangtze River［J］.Meteorological Science and Technology，2007，35（3）：340－344.（in Chinese））

［4］ 徐 明，马超德.长江流域气候变化脆弱性与适应性研究［M］.北京：中国水利水电出版社，2009.（XU Ming，MA Chao-de.Vulnerability and Adaptation of Climate Change in Yangtze River Basin［M］.Beijing：China Water Power Press，2009.（in Chinese））

［5］ 王菊英，丘玉俐.长江源年径流量变化趋势分析［J］.水利水电快报，2008，29（S1）：62－64，67.（WANG Juying，QIU Yu-li.Analysis on Annual Runoff Trend in the Headwaters of the Yangtze River［J］.Express Water Resources＆Hydropower Information，2008，29（S1）：62－64，67.（in Chinese））

［6］ 《节能环保》编辑部.长江源区冰川急剧退缩消融退缩速度令人堪忧［J］.节能环保，2009，（3）：6.（Editorial Office of Energy Conservation and Environmental Protection.Rapid Glacier Melting in the Headwaters of Yangtze River［J］.Energy Conservation and Environmental Protection，2009，（3）：6.（in Chinese） ）

Runoff Variation and Its Impacting Factors in the Headwaters of the Yangtze River in Recent 32 Years

ZHU Yan-long1，CHEN Jin2，CHEN Guang-cai2
（1.Qinghai Hydrology Bureau，Xining 810001，China；2.Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

The runoff data measured from 1978 to 2009 at Zhimenda hydrological station in the headwaters of Yangtze River are analyzed by Mann-Kendall test and slide T test to study the trend of runoff variation.Impacting factors including precipitation，temperature，and underlying surface condition are also elaborated in this paper.The results show that the overall annual runoff increased slightly during 1978-2009；while there was an abrupt change around 2004 according to slide T test.With regard to the impacting factors，the annual precipitation witnessed slight changes in general and a sudden change around 2002，and the annual air temperature series within the basin increased remarkably.It is concluded that the runoff increase during 1978-2009 is mainly caused by the increase of precipitation and ice melting.

headwaters of the Yangtze River；runoff variation；climate change

S157

A

1001－5485（2011）06－0001－04

2010-02-24

水利部公益性行业科研专项长江流域用水总量控制管理与示范研究（201001005）

朱延龙（1962-），男，湖北襄阳人，高级工程师，主要从事水文测量及预报工作，（电话）13519703118（电子信箱）zhuyl208＠126.com。

（编辑：赵卫兵）