青海湖流域气候变化特点及水文生态响应

朱延龙，韩 昆，王 芳

（1.青海省水文水资源勘测局，青海 西宁 810001；2.中国水利水电科学研究院 综合事业部，北京 100038；3.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

青海湖是中国最大的内陆咸水湖，于1992年加入世界湿地公约，列入国际重要湿地，成为我国首批列入国际湿地名录的七大湿地之一。但是，该区域生态环境脆弱，气候变暖、不合理的水资源利用、过度捕捞以及过度放牧使青海湖曾经一度面临严重的生态问题，不仅入湖水量减少，湖水位下降，湖面缩小；而且湖内裸鲤数量减少，湖滨草场退化以及土地沙化，危及湿地鸟类的生存。近几年来，湖水位上升，湖面扩张，使原本脱离主湖的海燕湾又与主湖相通，这一现象是全球变暖的总体趋势，还是有其更多的随机水文因素。同时在全球气候变暖的总体情势下，青海湖的水文和生态会发生怎样的变化。本文针对这些问题进行了分析研究。

1 区域概况与研究方法

1.1 区域概况青海湖地处青藏高原东北隅（36°21′—37°15′N，99°36′—100°47′E），属高原半干旱高寒气候，流域面积29 610km2，地势从西北向东南倾斜，湖泊及其湖滨平原面积为6 936km2（图1）。湖泊水位3 193.59m时，水面面积4 300km2，pH值9.23，含盐量14.134g/L。以各出山口水文站为界，进入湖滨及湖泊的多年平均地表水资源量14.57亿m3，其中布哈河的径流量占入湖地表径流量的52%，不重复的地下水资源量为7.8亿m3，河水补给主要来自大气降水及少量冰雪融水。湖区多年平均蒸发量为41.0亿m3。青海湖流域是青海省主要牧区及畜产品改良基地，2008年底共有人口11.52万人，各类牲畜640.72万头，工业产值804.08万元，耕地面积175km2，按照退耕还林（草）的规划，湖滨的耕地面积在2010年全部退耕还草。流域水资源开发，主要是用于草场灌溉与人畜饮水，年消耗水量只有0.67亿m2。

1.2 研究思路选择青海湖流域海拔3 100m的刚察气象站和海拔4 000m的天峻气象站，以及流域外海拔5 100m的托托河气象站，进行青海湖区域气候变化规律的分析。在此基础上，分析入湖径流的变化，结合青海湖水位的变化，分析气候变化对青海湖水位的影响，并进一步分析青海湖生态的响应。分析思路见图2。

图1 青海湖流域水文站及主要河流分布

图2 分析思路

2 结果分析

2.1 气温变暖的趋势、阶段性特点以及流域空间差异从刚察、天峻和托托河3个气象站年平均气温变化趋势图（图3）可以看出，气温上升趋势比较明显，且气温上升幅度与海拔高低没有明显的关系，每10年气温增加0.25～0.30℃。六阶多项式拟合年平均气温变化曲线（图3）表明，自20世纪80年代末该区域开始显著增暖。从1990年以来的气温变化趋势来看（表1），增温幅度是50年均值的2～3倍，即平均增温0.50～0.80℃/10a。

从季节变化来看，秋冬季增温平均0.36℃/10a，春夏两季增温为0.18℃/10a。增温趋势与中国西北、华北和东北地区气温变化的趋势一致[1]。但是，自20世纪90年代以来，季节增温规律发生了变化，春季的增温幅度远大于夏季，总体趋势是春、秋和冬3个季节增温幅度大，平均0.76℃/10a，夏季增温幅度平均为0.46℃/10a，见表1。

2.2 降水、蒸发、径流对气温变暖的响应

2.2.1 降水量的变化 青海湖地区坡面降水50年来总体上呈增加趋势，海拔较高的地区增加幅度较大，天俊站与托托河站增加幅度为9.3mm/10a和10.9mm/10a；低海拔区增加幅度小，以刚察站的结果来看，降水增加值为3.5mm/10a，见图4。

图3 青海湖流域及附近地区年均气温变化

表1 青海湖流域平均气温变化统计

青海湖由于湖面面积大，湖面降水直接补给占有较大比例，通过分析青海湖周边水文站布哈河口与下社水文站的长系列实测降水，湖滨区降水增加幅度较大，增加幅度10.6～14.4mm/10a，见图5。

2.2.2 潜在蒸发量的变化 蒸发皿的实测蒸发（潜在蒸发）在总体上却成减少趋势（图6），进一步分析表明20世纪90年代以前年潜在蒸发量呈递减趋势，此后转为增加的趋势。一般来说，蒸发能力随气温的升高而增大，尽管青海湖地区年平均气温自20世纪60年代以来一直呈上升趋势，但90年代以前年蒸发能力却出现递减趋势，这与国际、国内一些同类研究结论基本一致。孙福宝等[1]对我国西北地区近50年气候的水热状况变化进行了研究，通过对影响蒸发能力的控制因素（包括太阳净辐射、风速、相对湿度和气温）进行相关分析得出，1990年以前蒸发能力受太阳总辐射和风速减小的影响较气温升高的影响大，因此呈下降趋势，而在1990年之后随着全球气温的不断升高，气温成为决定蒸发能力的主导因素，因而蒸发能力随着气温的升高呈逐年上升的趋势。

图5 青海湖湖滨区降水变化

图6 青海湖周边地区潜在蒸发量的变化

2.2.3 陆面蒸发量的变化 利用高侨浩一郎公式计算陆面蒸发量，在20世纪90年代以前，陆面蒸发量基本不变，但是从90年代之后，陆面蒸发量显著增加，而且随海拔变化不明显，平均增加值为13mm/10a（图7）。

图7 青海湖流域陆面蒸发量变化

2.2.4 径流量的变化

（1）发源于低海拔区的小河流干涸。从补给青海湖的河流总数来看，20世纪50年代青海湖入湖共有大小河流108条，目前入湖河流减少到50多条，干涸的小河流都是源于低海拔区的河流。从前面的分析可以看出，低海拔区降水明显低于中高海拔区，且20世纪90年代后陆面蒸发量明显增加，加上低海拔区沙质土壤，近年来植被建设量大，因此产流显著减少。

（2）主要入湖河流总径流量略有减少，枯季径流减少明显。主要入湖河流布哈河，占流域面积52%，多年平均径流量7.6亿m3，占流域总径流量的52%，是一条纯天然河流，土地和水资源均未开发。该流域内的冰川储量5.9亿m3，初步估计融水量为每年0.1亿m3，冰川融雪径流变化对总径流的影响几乎可忽略。从其历年实测径流来看，50年来总体上变化不明显，但春季径流减少比较明显，平均每10年减少2.3m3/s（图8）。

2.3 湖泊水位变化以及气候影响分析青海湖下社站1959—2008年水位变化曲线如图9，总体上在波动中下降，由1959年的3 196.48m下降到2008年的3 193.40m，50年水位下降了3.08m，平均每年下降6.2cm。水位年际变化中水位下降年共有34年，占68%，平均年下降值为15.5cm；水位回升或持平共有16年，占32%，平均年回升值为10.9cm。年下降值超过10.0cm的有22年，回升值超过10.0cm的有5年。

图8 布哈河径流变化趋势

图9 1959—2008年青海湖下社站实测水位

在20世纪90年代以前全球气候变化不明显的时期，水位下降速率为6.8cm/10a。从前述内容可以看到，主要补给河流入湖径流总量减少不明显，5条主要河流的入湖径流占总径流量的83%；湖滨区多年平均降水增加10.6～14.4mm/10a，但20世纪90年代以来增加幅度比较大，达到45～80mm/10a；同时低海拔区90年代以来水面与陆面蒸发量增加，水面蒸发增加幅度为17.1mm/10a，陆面蒸发增加的结果使50多条小河干涸。综合分析结果表明，自20世纪90年代到21世纪初期，气候变化加剧了青海湖的亏缺水量[2]，但从总体的发展趋势看，预测未来的暖湿气候使青海湖水位更快地趋于稳定[3]。

2.4 流域生态对气候与水文变化的综合响应联合国政府间气候变化专门委员会在2007年4月发布的报告说[4]，在未来几十年中由于人类活动导致的全球气候平均将增加1.5～2.5℃，并将因此增加一些物种濒临灭绝的风险。但气候的变化在全球各地并不一样，中国有关方面研究表明，在中国不同地区的影响也有所不同。

2.4.1 坡面植被的变化 青海湖流域在海拔相对较低的湖盆及河谷地带以草原植被为主，在湖区周边的山地以及海拔相对较高的山前洪积扇地段则以高寒草原、高寒灌丛、高寒草甸和高寒流石坡稀疏植被等各类高寒植被为主。由于该地区气候变暖，进入20世纪90年代蒸发加大，大气干旱加重，空气中相对湿度呈明显的减少趋势。该地区年内及年间降水量变化较大，所以季节性干旱更为明显。从70年代到90年代湖区森林植被几近消亡。同时由于春旱频繁发生，草地水分蒸发量增加，使草地持水量减少，牧草生长受到明显影响，返青推延，生长缓慢，产草量、植被盖度下降[5]。根据1989年和2005年的TM影像图解译对比分析，青海湖流域近15年来的植被变化情况是：灌木林、高覆盖度草地分别增加9.9%和11.5%，这主要是由于人工种植林草的结果。由于人工放牧和高覆盖度草地的生态位侵占，中、低覆盖度的草地面积是减小的。

2.4.2 湖滨平原沼泽草甸的变化 湖滨区主要的沼泽草甸群落是华扁穗草群落（Blysmus sinocompressus）、二桂头蔗草群落和以水麦冬（triglochinpalustre）为优势种的杂类草群落。用1989年、1995年、2000年和2005年4期TM遥感影象，对80年代（1985年影象）、90年代（1996年影象）、2000年1∶10万土地利用图进行解译校正以及2005年TM影像解译，面积见表2。

2.4.3 湖泊生态的变化

（1）春季产卵期流量减少的影响。青海湖裸鲤生活在湖中，但必须回到河流淡水环境中产卵。每到春季，成群结队洄游大小河道，溯河而上寻找产卵场。所以河水的流量大小至关重要，是决定蕴载裸鲤亲鱼的数量，以及受精卵的孵化率、成活率的主要因子。

表2 1985、1996、2000年和2005年湖滨区沼泽草甸及小水面面积

青海湖由于大部分小河流已干涸，可供湟鱼产卵繁殖的淡水河道由原来的711km减少到278km，现在有裸鲤上溯产卵的河流除布哈河外，仅有沙柳河、黑马河、泉吉河和哈尔盖河。就是布哈河，产卵季的径流量呈明显的减少趋势（图8），使得部分产卵河段水深不足，影响其繁殖以及仔鱼生长，据统计单布哈河到1995年，因断流而搁浅致死的裸鲤亲鱼共300t，2001年一次因断流致死亲鱼135t[6]。流量的变小也可能导致鱼类不能正常产卵，黑马河15%的湟鱼到了产卵期不产卵可能也与河道流量变化有关。断流和流量不稳定，还使待孵化的受精卵干死，其数量无法统计。

（2）湖水位下降，水矿化度升高。湖水位的下降，导致湖水矿化度增加，影响湟鱼的生存环境。青海湖含盐量已由1956年的12.49g/L上升到2003年的15.334g/L，pH值由9.0上升到9.1以上。含盐量和碱度的升高一方面造成饵料生物减少，影响鱼类的生长速度和繁殖能力。同时，含盐量的增加对湟鱼的生存环境构成了极大的威胁，影响青海湖湟鱼生存。

3 结论与建议

青海湖区域近50年来气温持续上升，平均上升幅度0.25～0.30℃/10a，自20世纪90年代以来增温显著，平均增温0.50～0.80℃/10a。同时，降水呈增加趋势，增加幅度与海拔高度和湿润程度有关，高海拔区是低海拔区近3倍，平均增幅10mm/10a，湖滨测站降水增幅显著高于其他地区，平均增幅12mm/10a；潜在蒸发量总体上呈减少趋势，但自20世纪90年代以来，气温逐渐成为决定蒸发能力的主导因素，尤其在低海拔区，因而蒸发能力随着气温的升高呈逐年上升的趋势，升高幅度17mm/10a；陆面蒸发量在20世纪90年代以前基本不变，之后呈升高趋势，升高幅度13mm/10a。

在气象要素以及环青海湖东侧植被建设的综合作用下，近一半入湖小河流干涸；占入湖径流83%的5条主要河流，入湖总径流略有减少，但春季径流减少明显；青海湖唯一的鱼类青海湖裸鲤溯河产卵，产卵河长由原来的711km减少到278km，现主要河流产卵季的径流量减少，使得部分河段水深不足。因此，需要加强青海湖裸鲤产卵所需水文条件及其改善措施的研究。同时，青海湖的水位多年来大幅度下降，盐度上升，主要是水量入不敷出，气候变化使得青海湖的水量收支情况更加复杂；盐度升高危及整个湖泊生态系统的安全，因此，需要加强青海湖盐度以及生物变化的监测，并开展相关研究。

[1]孙福宝，杨大文，刘志雨.海河及西北内陆河流域的水热平衡研究[J].水文，2007，27（2）：7-10.

[2]王芳，刘佳，燕华云，青海湖水平衡要素水文过程研究[J].水利学报，2008，39（11）：1229-1238.

[3]刘佳，王芳，于福量.青海湖水位动态及趋势预测[J].水利学报，2009，40（3）：319-327.

[4]科学时报[N].2007年4月10日.

[5]宋炳煜.几个主要地面因子对草原群落蒸发蒸腾的影响[J].植物生态学报，1996，20（6）：485-493.

[6]陈燕琴，王基琳，张宏.青海湖祼鲤的人工放流及资源保护[J].中国水产，2006（1）：72-73.