塔里木河干流区年径流量变化特征及其主要影响因素

焦紫岚 王家强 迟春明 牛建龙

（塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

河川径流是地表水资源的重要组成部分，其动态变化主要受气候和人类活动的综合作用[1]，已成为国内外学者研究的热点问题之一[2-3]。政府间气候变化专门委员会（IPCC）第四报告指出，21世纪中期，全球高纬度地区年径流量将增加10%～40%，中纬度地区年径流量将减少10%～30%。目前，关于河川流域径流变化特征及其成因研究报道较多，但不同学者所持观点却不尽相同。Moraes等[4]认为，人类大量用水是皮拉西卡巴河年径流量减少的主要原因；Labat David等[5]认为，全球年径流量随平均气温的升高而增加，且平均气温每升高1oC，年径流量将增加4%；李二辉等[6]认为，黄河上游和中游流域年径流量的减少主要是由人类活动造成的；刘二佳等[7]认为，人类活动是导致窟野河径流减少的主要因素，气候变化是次要因素；林凯荣等[8]认为，土地利用和气候变化分别导致了东江流域年径流量的增加和减少，且影响分量相当；赵阳等[9]认为，气候变化是潮河和白河年径流量减少的主要原因，人类活动的影响次之。但以往研究主要偏重于湿润和半湿润地区，诸如南方山区、黄土丘陵区以及主要河流的水文变化特征分析[7-10]，针对生态环境极度脆弱、气候敏感性极强的极端干旱区内陆河流域水文变化特征及其影响因素研究尚缺乏。

塔里木河干流区（39°20′00″N～41°30′00″N，80°30′00″E～88°30′00″E，以下简称“塔河干流区”）位于塔里木盆地北缘，始于阿克苏河、和田河和叶尔羌河的交汇处（肖夹克），归宿于台特玛湖，全长1.321×103km，面积约3.5×105km2。该区域年平均降水量仅为51.2 mm，年蒸发量高达2.3×103～3.0×105mm，生态功能弱化，是我国典型的暖温带极端干旱沙漠气候带[10]；水分主要来自于冰川和永久积雪，塔里木河是典型的季节性内陆河流。20世纪50年代以来，随着塔河干流区人口不断增多，外加20世纪90年代出现暖湿的信号转变，2000年后出现冷湿的动态变化[11-12]，平均气温变幅高达0.5oC[13]，改变了塔河干流区和各流域区年径流量的量值和重新分配，引起塔河干流上游区湿地面积锐减、地面沉降和荒漠生态系统受损，下游区绿色走廊濒临毁灭等一系列严重问题[14-15]。因此，探明塔河干流区年径流量变化特征及其影响因素，对区域生态环境建设、水资源高效利用和社会经济可持续发展具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 资料来源

年径流量资料主要选取塔河干流上游区（阿拉尔）、中游区（英巴扎）、下游区（恰拉）3个主要控制水文站1961—2010年逐年径流量监测数据。气象资料选取塔河干流区及其周边的阿克苏、阿瓦提、阿拉尔、库车、沙雅、轮台、焉耆、库尔勒、铁干里克、若羌共10个气象站1961—2010年逐日地面气象资料，主要包括平均气温、最低气温、最高气温、平均相对湿度、平均风速和降水量。塔里木河干流区主要控制水文站空间分布图见图1。

图1 塔里木河干流区3个主要控制水文站

1.2 研究方法

年径流量和主要气候要素变化趋势分析采用最小二乘法[16]；人类活动对年径流量变化的影响采用降水—径流双累积曲线法，当年径流量变化仅受降水影响时（极端降水事件除外），直线斜率无明显偏差；当直线斜率有明显偏差时，说明人类活动（包括土地利用/覆盖）有显著性的影响，且偏离越大，表明人类活动的作用强度越大[17]；气候因子对年径流量变化的影响采用距平相关分析方法[18]。

2 结果与分析

2.1 年径流量的变化特征

塔里木河干流区不同时段年径流量变化过程曲线见图2所示。近50年来，塔河干流区和各流域区（上、中、下）平均年径流量分别为2.518×109m3、4.417×109m3、2.612×109m3和5.25×108m3，均呈减少趋势，中游区减幅明显（4.65×108m3/10a，P<0.01），干流、上游和下游区减幅均不明显（P>0.05）。1970年前，塔河干流区和各流域区年径流量较高，分别为3.275×109m3、5.006×109m3、3.666×109m3和 1.152×109m3，均呈减少趋势，上游区减幅明显（9.54×108m3/10a，P<0.05），干流、中游和下游区减幅均不明显（P>0.05）；1970年后，塔河干流区和各流域区年径流量较低，分别为2.329×109m3/10a、4.269×109m3/10a、2.348×109m3/10a和3.68×108m3/10a，均呈减少趋势，中游区减幅明显（4.15×108m3/10a，P<0.05），干流、上游和下游区减幅均不明显（P>0.05）。综上所述，近50年来，塔河干流和各流域区域年径流量均呈减少趋势，分别累计减少了 1.51×1010m3、1.235×1010m3、2.323×1010m3和9.65×109m3，且1970年前年径流量减幅为“上游区>下游区>中游区”，1970年后年径流量减幅为“中游区>上游区>下游区”。

图2 塔里木河干流区不同时段年径流量动态变化（1961—2010年）

2.2 人类活动对年径流量变化的潜在影响

塔里木河干流区降水—径流双累积曲线见图3。以人类活动影响相对较小的1961—1970年作为基准期，与基准期比较可知，塔河干流区和各流域区（上、中、下）自1970年后累积径流量均有不同程度偏离，且为“下游区>中游区>上游区”，随着时间向后推迟，偏离程度越来越大，这说明塔河干流区和各流域区年径流量的变化不仅与降水量有关，也与诸如土地利用/土地覆盖、人口数量和耗水量等人类活动因子有关。

为进一步确定人类活动对塔河干流区年径流量变化的影响大小，本文构建了塔河干流区和各流域区（上、中、下）基准期年降水量和年径流量的线性方程，估算了年降水量和人类活动对塔河干流区和各流域区年径流量变化的影响（见表1和表2）。20世纪70年代后，年降水量对塔河干流区和各流域区年径流量变化的影响率分别为-19.13%、-56.68%、2.99%、-8.30%，即人类活动对塔河干流区和各流域区年径流量变化的影响率分别为119.13%、156.68%、97.01%、108.30%，这说明塔河干流区、上游和下游区年径流量的减少仅受人类活动的影响，与区域年降水量无关；中游年径流量的减少几乎全部受人类活动的控制，区域降水量的影响微乎其微，不足3.0%。

表1 塔里木河干流区基准期降水量和径流量线性方程

图3 塔里木河干流区降水—径流量双累积曲线（1961—2010年）

表2 降水量和人类活动对塔里木河干流区年径流量变化影响的计算结果（1961—2010年）

表3 塔里木河干流区不同时段年径流量距平与同期主要气候要素变化关系（1961—2010年）

2.3 气候变化对年径流量变化的潜在影响

塔里木河干流区不同时段年径流量变化与主要气候要素变化关系见表3。近50年来，塔河干流区年径流量的变化与平均风速呈极显著正相关，与平均最低气温呈极显著负相关，与平均气温呈显著负相关，与平均最高气温、降水量和平均相对湿度关系不明显。其中，1961—1970年和1971—2010年期间，塔河干流区、上游和下游区年径流量的减少均与气候关系不明显；1970年前，中游区年径流量的减少与气候变化关系不明显，1970年后，年径流量的减少与平均相对湿度呈显著正相关，与平均气温和平均最低气温呈极显著负相关。综上所述，近50年来，塔河干流区年径流量的减少是由平均气温、最高气温、最低气温、平均风速和平均相对湿度等多种气象因素共同作用的结果；1970年前，塔河干流区和各流域区年径流量的减少均与气候关系不明显；1970年后，塔河干流区、上游和下游区年径流量的减少均与气候关系不明显，中游区年径流量的减少与年平均相对湿度的降低、年平均气温和年平均最低气温的升高关系明显，与年平均最高气温的升高、年降水量的增多和年平均风速的减小关系不明显。

3 讨论与结论

近50年来，塔河干流区和各流域区（上、中、下）年径流量均呈减少趋势，分别累计减少了1.51×1010m3、1.235×1010m3、2.323×1010m3和 9.65×109m3，且减幅为“中游区（4.65×108m3/10a，P<0.01）>上游区（2.47×108m3/10a，P>0.05）>下游区（1.93×108m3/10a，P>0.05）”；1970年前，年径流量减幅为“上游区（9.54×108m3/10a，P<0.05）>下游区（3.46×108m3/10a，P>0.05）>中游区（5.2×107m3/10a，P>0.05）”；1970年后，减幅为“中游区（4.15×108m3/10a，P>0.05）>上游区（1.92×108m3/10a，P>0.05）>下游区（8.3×107m3/10a，P>0.05）”，这与全球中纬度地区、巴西皮拉西卡巴河、我国黄河、窟野河、东江、潮河和白河等流域年径流减少趋势相一致[4-9]，与全球高纬度地区年径流量增加的趋势不一致[4]。

近50年来，塔河干流区年径流量的减少主要受人类活动量增加的控制，且对径流量减少的影响程度为“上游区>下游区>中游区”，气候变化是次要的影响因子。1970年前，塔河干流区和各流域区年径流量的减少均受人类活动的影响，与气候因子关系不大；1970年后，塔河干流中游区年径流量的减少与人类活动量的增大有关，与平均相对湿度的增大、平均气温和平均最低气温的升高有关；塔河干流区、上游和下游区年径流量的减少仅与人类活动有关，与气候关系不大，这与人类活动是影响皮拉西卡巴河、黄河上游和中游、窟野河等流域径流量减少的主要控制因子的结论较为一致[4,6-7]，与气候变化是影响潮河和白河流域年径流量减少的主要控制因子的结论恰好相反[9]，与全球年平均气温升高而年径流量增加的结论恰好相反，与人类活动和气候变化是导致东江流域年径流量增加和减少的结论不太一致[8]，这可能与研究区域地理环境不同有关，也可能与所采用的研究方法不同有关。

近50年来，塔河干流区年径流量累计减少了1.51×1010m3，尤其是塔河干流中游区，年径流量累计减少量可达2.32×1010m3，平均气温和最低气温的升高将会使得区域水资源短缺问题更加突出，应引起有关部门的高度重视。同时，受数据获取的限制，本文在分析塔河干流区年径流量变化特征及其影响因素时，未充分考虑土地利用/土地覆盖、人口数量和耗水量等人类活动对塔河干流区年径流量减少的定量影响，未来可进行深入的研究。