长江源区1978—2009年径流极值序列变化趋势分析

， ， 广才

(长江科学院 a.水资源综合利用研究所；b.院长办公室， 武汉 430010)

1 研究背景

近年来，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。长江源区是青藏高原上高原湿地主要分布地区之一，人烟稀少，受人为因素影响较小，也是江河源区冰川分布最集中的地区。长江源区水文站点稀少，水文形势变化研究成果较少。近年来，受全球气候变化的影响，长江源区的水文情势也随之发生了一系列的变化，国内外专家多集中在长江源区气候变化和径流之间相关关系的研究，降水量变化趋势的研究以及年径流变化趋势及其影响因素的研究,而没有对于长江源区径流极值变化趋势和造成这一趋势影响因素以及长江源区站站之间相关性进行研究。本文采用了1978—2009年长江源区沱沱河和直门达的年径流极值的资料，利用相关分析法研究了两站径流极值的变化趋势及源区沱沱河和直门达水文站之间最大流量相关关系，并用Mann-Kendall对趋势进行显著性检验。这不但有助于揭示长江源区的水文极值变化的综合信息，同时对制定三江源保护规划，保护流域水资源，预防洪水发生和应对河流枯水变化也具有重要的参考价值。

2 资料和方法

2.1 资料分析

本文选取的长江源区为通天河直门达水文站以上干支流区域，采用直门达和沱沱河1978—2009年共32 a的年径流极值资料。

通天河是长江上游中的一段，它上起囊极巴陇，与长江正源当曲相接点，下至玉树藏族附近的巴塘河口，同金沙江相连，横贯青海省玉树藏族自治州全境，河长813 km。

通天河的河床海拔高3 000～4 000 m，据观测记录，通天河在下游直门达附近的多年平均流量为385 m3/s。年径流量122亿m3，其中水量的2/3以上来自曲麻莱色吾曲口以上。通天河属高寒气候区，多年平均气温在0℃以下。直门达水文站位于通天河上，控制站以上的流域面积为13.77万km2。

沱沱河又称托托河、乌兰木伦河，蒙语意为“红河”，位于中国青海省西南部，是长江正源。其发源于唐古拉山脉主峰格拉丹冬西南侧姜根迪如雪山的冰川，冰川尾端海拔近5 500 m。沱沱河控制流域面积1 349 km2。沱沱河出唐古拉山区后继续北流，截开祖尔肯乌拉山较低的山岗，流至囊极巴陇附近，在流到青藏公路的沱沱河沿时，它已是深3 m，宽20～60 m的大河了。直门达河、沱沱河水文站站点分布如图1所示。

图1 长江源区水文站示意图

2.2 Mann-Kendall趋势分析法

利用Mann-Kendall非参数检验法分析长江源区水文极值序列趋势变化。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，目前己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:

(1)

2.3 跳跃分析法

当Mann-Kendall检验进一步用于检验序列跳跃点(突变)时，定义统计变量为

(2)

Var(sk)=k(k-1)(2k+5)/72 。

将时间序列x按降序排列，再按式(2)计算，同时使

(3)

通过分析统计序列UFk和UBk，不仅可以进一步分析序列x的趋势变化，还可以明确突变的时间，指出突变的区域。若UFk值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0则呈下降趋势。2统计序列构成的曲线分别记为UF和UB。如果2条曲线超过临界直线时，表明上升或下降趋势显著；如果2条曲线出现交点，且交点在临界直线之间，那么交点对应的时刻就是突变开始的时刻。

3 径流极值变化特征

3.1 径流极值的年内分配

沱沱河32 a的径流极大值出现在7—9月份的概率为87.5%，直门达站32 a的径流极大值出现在7—9月份的概率为96.9%。

3.2 径流极值的趋势分析

取显著性水平α=0.05，采用Mann-Kendall趋势显著性检验法(双侧检验)对沱沱河年径流极大值序列、直门达年径流极大值序列以及直门达-沱沱河32 a年径流极大值序列分别进行趋势分析。趋势分析图见图2，计算结果见表1。

图2 沱沱河/直门达年径流极大值趋势分析

表1长江源区径流极值序列趋势分析汇总表

Table1Resultoftrendanalysisofmaximumrunoffseries

序列统计量Z斜率趋势显著性沱沱河2.827.70增加显著直门达0.7516.44增加不显著直门达-沱沱河2.5337.99增加显著

注：取显著性水平α=0.05时，Zα/2=1.96。

沱沱河近32 a年径流极大值有增加的趋势，且趋势显著；直门达近32 a年径流极大值略有增加，但趋势不显著；直门达年径流极大值随沱沱河年径流极大值的变化的相关关系十分明显。

3.3 突变分析

采用Mann-Kendall跳跃分析法分别对沱沱河和直门达河径流极值序列进行跳跃检验，跳跃分析发现：沱沱河极大值序列跳跃分析图中UB和UF曲线在1997,1998年出现交叉(如图3(a))，交叉点位于临界直线UV和-UV之间，此处有3个交点聚集，均为突变点，本文选取第一个交点，表明沱沱河径流极大值在1997,1998年出现跳跃(突变)。直门达极大值序列跳跃分析图中UB和UF曲线在32 a出现没有交叉(如图3(b))，表明直门达径流极大值在32 a没有出现跳跃(突变)。

图3 沱沱河直门达径流极大值序列跳跃检验图

4 成因分析

4.1 径流年内分配不均

地表径流的年内分配,主要取决于河流的补给类型[1]，沱沱河径流主要依靠冰川融雪补给；直门达站的径流组成除了来自冰川融雪的补给，还有来自上游沱沱河、当曲河和楚玛尔河等五河来水的补给以及当地降水的补给等。

长江源区径流年内分配不均，分析长江源区32 a径流资料表明沱沱河(汛期站)7—9月径流总量约占全年径流量的75.1%，而直门达(非汛期站)7—9月径流总量约占全年径流量的59.3%。朱延龙[2]等认为直门达河在32 a中年径流呈增加趋势，趋势不显著。

4.2 长江源气候变暖

在显著性水平α=0.05下，采用Mann-Kendall趋势检验对长江源1978—2007年的年平均气温序列分析发现，近30 a来长江源气温增加显著，气温升高幅度在0.6℃/10 a。

陈芳[3]等认为近44 a(1961—2004年)来长江源区四季及年平均气温普遍升高夏季较显著，白璐瑶[4]等也认为长江源区的年均气温在1997年发生突变，气温均值升高1.2℃,因而导致源区温度升高，冰川融雪增多。此外有资料表明长江源最大冰川—岗加曲巴冰川近40 a退缩4 000 m[5]。

图4 长江源区年平均气温序列趋势分析图

4.3 降水量逐年增多

朱延龙[2]等认为长江源区不同区域降水呈现不同的态势，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，沱沱河站降水序列突变点发生在1998年。姚玉璧[6]等分析了沱沱河近50 a的降水资料，表明沱沱河年降雨逐渐增加。

4.4 下垫面条件

下垫面条件变化影响植被截流、蒸腾、下渗等水文过程中，对径流产生一定的影响。沱沱河所处流域人烟稀少，常年冰冻，直门达所处流域有人类活动，长江源区植被在32 a中产生了一定的变化，长江源区以草地为主，其中又以高寒草甸为主，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[7]。

5 结 论

通过对长江源区沱沱河和直门达水文站32 a径流极值和降水、气温序列的分析发现：

(1) 沱沱河近32 a来年最大径流量呈现增加态势，趋势显著，直门达站年径流极大值呈增加趋势，趋势不显著。其主要受气候变暖，植被变化等因素的影响。

(2) 直门达站和沱沱河站年最大径流量具有显著的相关关系，可以合理利用预测洪峰流量。

(3) 长江源区径流极值增加的问题，间接可以显示出冰川融化加速，全球变暖现象，需要引起人们的关注，投入更多的精力去探究全球气候变暖和河流径流变化规律及对于生态环境影响。

参考文献：

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[5] 《节能与环保》编辑部.长江源区冰川急剧退缩消融速度令人堪忧[J].节能与环保，2009，(3)：6. (Raising Concerns on the Rapidly Retreating and Melting Glaciers in the Yangtze River Headwater[J]. Energy Conservation and Environmental Protection, 2009，(3)：6.(in Chinese))

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[7] 王 辉，甘艳辉，马兴华,等，长江源区气候变化及其对生态环境的影响分析[J].青海科技，2012,(2)：11-16.(WANG Hui, GAN Yan-hui, MA Xing-hua,etal. Analysis of Climate Change in the Source Region of the Yangtze River and Its Impact on the Ecological Environment[J]. Qinghai Science and Technology, 2012, (2): 11-16.(in Chinese))