张家口市察汗淖尔流域水文要素演变特征

□陈沫宇

科技创新

张家口市察汗淖尔流域水文要素演变特征

□陈沫宇

水资源是察汗淖尔流域生态保护的重要因素，根据历史资料探讨其时空变化特征，可为察汗淖尔流域修复工作开展和水资源可持续利用提供科学依据。采用线性回归法、Mann-Kendall检验、有序聚类法和非线性pettitt检验，分析研究区近39年降水、蒸发、径流变化趋势及突变情况。结果表明，降水、蒸发呈不显著增加趋势，径流全年呈显著下降趋势，降水在1990年发生突变，蒸发在2003年发生突变，径流则在1988年发生突变。

察汗淖尔流域；水文要素；径流量

察汗淖尔是冀蒙交界的一泓湖泊，蒙语意为“银色的湖”，集草原、湿地、咸水湖3种生态系统于一体，生态价值突出。然而，近年来不合理的开采水资源，昔日碧波荡漾的察汗淖尔风光不再，水面大幅度减小，只在汛期呈现部分不连续的浅水淖，湖床变成盐渍荒滩，湖底已经出现龟裂，察汗淖尔流域的水生态环境不容乐观。为全面贯彻习近平总书记和韩正副总理、胡春华副总理关于察汗淖尔生态保护和修复工作批示指示精神，全面落实《国家发展改革委办公厅关于印发〈察汗淖尔生态保护和修复工作方案〉的通知》、《河北省发展和改革委员会关于印发〈河北省推进察汗淖尔生态保护和修复实施方案〉的通知》，以及其他相关文件的要求，开展察汗淖尔流域水文气象要素演变特征研究，剖析降水、径流、蒸发的变化特征，为察汗淖尔恢复昔日风采提供决策依据和技术支撑。

1.材料与方法

1.1 研究区概况

察汗淖尔湖位于河北省张家口市尚义县大营盘乡与内蒙古自治区乌兰察布市商都县交界处，1/3位于尚义县境内，属内蒙古高原南缘。察汗淖尔流域面积5924km2，涉及河北省张家口市尚义县、康保县、张北县和内蒙古自治区乌兰察布市商都县、化德县、兴和县，其中张家口市境内流域面积2433.9km2。尚义县有大青沟河和五台河两条河流注入察汗淖尔。张家口市察汗淖尔流域位于内蒙古高原的南缘西侧（河北省坝上西侧），北部康保县卢家营乡最高海拔1550m，南部尚义县八道沟镇最高（山脉）海拔1560m，东部康保县忠义乡最高海拔1390m，西部尚义县大营盘乡（察汗淖尔）最高海拔1275m。察汗淖尔流域的地形走势是北、东、南三面高西面地势低。流域共含3县14个乡镇，其中尚义县七甲乡、三工地镇、大苏计乡为平原区，其余11个乡镇均为平原山区交错。北、东两个方向山峰、山梁呈浑圆状，地形切割不强烈，其间稀疏的散布着沟谷平原、洼地等。西南部为熔岩台地，其上散布着火山口、古火山锥及蝶形洼地多处，沟谷稀少、切割最深达100余m，局部见阶地及河流袭夺现象。其西北部、北部边缘，因长期遭受侵蚀切割，呈残丘状。最西段察汗淖尔，海拔标高不足1280m，是全流域最低点。

1.2 数据来源

流域境内及周边区域17个雨量站1981年—2019年降水数据和大青沟水库站1981年—2019年径流数据由河北省张家口水文勘测研究中心提供。张家口市察汗淖尔流域各站点位置分布图见图1。

2.结果与分析

2.1 降水

由表1张家口市察汗淖尔流域降水系列变化趋势检验结果可见：近39年来流域降水呈现不显著增加趋势，增加速率为0.55mm/a。在季节降水序列上，夏、秋两季降水呈减少趋势，春、冬两季降水呈增加趋势。主要原因是气候变暖，春、冬气温更容易受到影响，造成春、冬季高温天数增多，降水呈增加趋势。夏季降水下降速率最快，因此夏季降水的减少对于张家口市察汗淖尔流域全年降水不显著增加起主要作用，贡献率最大，减缓了流域降水的增加速率，削减了其他季节降水变化对年际降水变化影响。采用M-K突变检验，舍弃未通过非线性pettitt检验的突变点，最终确定春、夏、秋、冬季降水的突变年份分别为2006年、1999年、2002年和2014年；年降水M-K法跳跃点较多，结合有序聚类法确定的主要跳跃点有2个，分别是1990年和2011年。但是2010年和2012年的降水量较大，分别为438.4mm和448.3mm，因此2011年可能是降水极大值引起的瞬时跳跃。

图1 张家口市察汗淖尔流域示意图

2.2 蒸发

研究区水面蒸发量呈逐年增加的趋势，增加速率为2.00mm/10a，且M-K非参数检验和线性回归检验的统计量低于0.05显著性水平的相应临界值，未通过显著性检验。从季节上看，春季蒸发呈显著的增加趋势，秋季蒸发呈不显著的增加趋势，夏冬两季均呈现不显著的减少趋势。由此可见春秋两季蒸发量的增加对张家口市察汗淖尔流域全年蒸发的增加起主要作用。由于蒸发与气温、日照时数、平均风速和相对湿度等气象特征存在一定的相关性，因此可能存在“蒸发悖论”现象。张家口春季风大、降水量少且饱和差大，尤其是5月—6月气温偏高，降水偏少，所以蒸发量大，冬季12月、1月温度较低，蒸发量占全年比重也较低。春、夏、秋、冬季和全年蒸发的突变年份分别为2010年、2000年、2008年、2005年和2003年。

表1 张家口市察汗淖尔流域降水系列变化趋势检验结果

表2 张家口市察汗淖尔流域蒸发变化趋势检验结果

表3 张家口市察汗淖尔流域径流变化趋势检验结果

2.3 径流量

1981年—2019年大青沟水库站年径流呈显著性减少趋势，变化速率为87.5万m3/10a；从季节变化趋势可知，春、夏、秋、冬季径流量均呈显著性减少趋势，夏季径流下降速率最快，夏季径流的减少对全年径流减少起主要作用。夏、秋两季径流减少一方面受降水减少及气候因素的影响，另一方面与土地利用、覆被变化、取用水及水利工程修建等人类活动的影响有关。春、冬两季与夏、秋两季对径流的响应不同，春、冬季降水呈不显著增加趋势，但径流呈显著减少趋势，这是由于人类活动对径流的影响大于降水对径流的影响，使得人类活动成为春、冬两季径流变化的主导因素。春季径流在2015年存在一个跳跃点，且该跳跃点通过了显著性水平检验，因此春季径流突变年份在2015年；夏、秋和冬季径流存在多个跳跃点，夏、秋和冬季分别在2005年、2000年和1995年统计量丨U丨值最大，且通过了显著性水平检验，因此2005年、2000年和1995年分别为夏、秋和冬季径流的突变年份；年径流在1988年发生跳跃，且通过显著性水平检验，故1988年为年径流的突变年份。

3.结论

降水、蒸发、径流这3个水文要素，其中降水全年、春季、冬季呈不显著的上升趋势，而夏季、秋季呈不显著的减少趋势。全年和春、夏、秋、冬季降水的突变年份分别为1990年、2006年、1999年、2002年和2014年；蒸发全年、秋季呈不显著的上升趋势，夏季、冬季呈不显著的减少趋势，春季呈显著的上升趋势，对全年的蒸发量升高起主要作用，蒸发的突变年份主要集中在21世纪00年代；年和季节性径流量均呈显著性减少趋势，全年和春、夏、秋、冬季径流的突变年份分别为1988年、2015年、2005年、2000年和1995年。□

2022-05-27

陈沫宇，女，汉族，张家口水文勘测研究中心，工程师。

国家自然科学基金委员会-区域创新发展联合基金（U21A20164）；河北省自然科学基金资助项目(E2020402079)；河北省高等学校科学技术研究计划重点项目（ZD2019114）；河北省水利科研与推广计划项目（2021-21）；河北省研究生创新资助项目（CXZZBS2022023）。