近50年气候因素变化对托什干河径流产生的影响

1近50年气候因素变化对托什干河径流产生的影响王强1，赵军2（新疆农一师塔里木灌区水利管理处,新疆阿拉尔843300）摘要：在西北气候由暖干转向暖湿背景下，新疆天山南坡河流在80年代中期以后洪水和洪灾发生的频次增加。根据托什干河上下游气象、水文近45a常观资料，采用5a滑动平均，模比系数差积曲线，线性趋势等方法分析气候因子对托什干河（以下简称托河）径流产生的影响，由于气温、降水增势显著，导致托河洪水、径流呈增长趋势。关键词：气候转型；托什干河；增长率；洪水频次；径流量20世纪后期，新疆天山南坡中部山区近50a气温明显升高，冰川消隔加速，径流量连续多年增加，洪水出现频率、强度及洪灾损失也在迅猛增加，尤其是进入90年代新疆南部山区气温与历年同期相比偏高1.2℃。河川径流是气候与环境变化综合影响的产物，本文以气候变化对托河径流产生影响加以分析。1、流域基本概况托什干河是阿克苏河流域源流之一，发源于天山南坡的吉尔2吉斯坦境内，共有37条支流组成，其中最大支流玉山古西河水量占托河水量30﹪。托什干河河长445km，流域面积18400㎞2，流域平均高程3328m，平均坡度5.5‰，多年平均径流量27.19×108m3。托河地处内陆荒漠区，高山阻隔并且远离海洋，气候类型属典型的大陆性干旱气候，干燥少雨，蒸发强烈，多风沙浮尘天气，日照充足，热量丰富，形成以戈壁沙漠、绿洲为主的自然景观，生态环境十分脆弱。2、近45a来的气温变化2.1多年平均气温变化采用托河上游契恰尔站1987～2001年15年资料，下游沙里桂兰克站1956～2000年45年的平均气温资料，分别点绘气温过程线，5a滑动平均曲线和线性趋势线分析（见图1）。y=0.0334x+5.55660123456789195719621967197219771982198719921997年份气温（℃）气温5a滑动平均多年平均线性(气温)图1沙里桂兰克站年平均气温过程线图60年代末～70年代中期气温呈下降趋势；70年代末～80年代初气温呈上升趋势，70年代末气温变动幅度最大，80年代至390年代气温一致呈上升趋势。为了反映气温的实际增长率，采用线性增长率公式计算：A=∑（ti—t平均）（Ti—T平均）/∑（（ti—t平均）2式中：Ａ—线性增长率；ti—序列号，Ｔi—气温序列值，Ｔ平均—时段平均气温值，i=1.2……n。计算结果，近45a来沙里桂兰克站平均气温增长率为0.33℃·10a—1，契恰尔站年平均气温增长率为0.5℃·10a—1，上游站大于下游站，高于苏宏超等人计算出的全疆气温平均增长率0.27℃·10a—1，南疆气温平均增长率0.2℃·10a—1。[2]2.2年代际平均气温变化根据沙里桂兰克站1956～2000年实测资料分析，50年代以来，气温总体呈现上升趋势，60年代气温较为平缓稳定，70年代气温呈下降趋势，80年代以来气温又呈上升趋势，尤其是90年代的平均气温上升幅度为各年代之首。90年代的平均气温与50年代相比，增加了0.8℃；与60年代相比增加了1.1℃，与70年代相比，增加了1.8℃，与80年代相比增加0.7℃。2.3转型年前后年气温变化由于契恰尔站气温资料系列较短，我们以下游沙里桂克站年平均气温资料绘制气温模比系数差积曲线（图2）分析得出。自50年代末至80年代中，气温呈缓慢波动下降趋势，其后转呈上升趋势，从沙里桂兰克站气温资料统计结果表明，1984～2000年平均气温为7.1℃，明显高于1957～1983年平均气温5.8℃，增幅高达22.4%，这充分4表明，从1984年起气候转暖的强劲信号在托河流域反映明显，可大致将1984年确定为托什干河气候转型年。-2.500-2.000-1.500-1.000-0.5000.0000.500195719621967197219771982198719921997年份Σ（Ki-1)图2沙里桂兰克站年气温模比系数差积曲线图3、近45a来降水变化y=1.7414x+132.53050100150200250300350195719621967197219771982198719921997年份降水量（mm）年降水量5a滑动平均多年平均线性(年降水量)图3沙里桂兰克站年降水量过程线图通过对沙里桂兰克站降水资料线性趋势分析（见图3）结果表明：降水量增加趋势明显。根据线性增长率公式计算结果，契恰尔年平均降水增长率1.32mm·10a—1，90年代增长率为15.7mm·10a—1，沙里桂兰克站年平均增长率为1.74mm·10a—1，60年代增长率为0.87mm·10a—1，70年代增长率为0.47mm·10a5—1，80年代增长率为0.77mm·10a—1，90年代增长率3.36mm·10a—1，由此可见，托河近45年来，托河流域降水总体呈增加趋势，其中90年代增幅最大，70年代增幅最小。4、蒸发变化趋势蒸发—水体转化为水蒸气的过程，并且是影响环境和反映气候变化的重要因子，契恰尔、沙里桂兰克两站地处干旱荒漠区，植被稀少，生态环境十分脆弱，戈壁以及裸露的下垫面对太阳加热响应迅速，使得地面的蒸发能力很强，由于实测蒸发资料系列较短，现只有选取契恰尔站1987年～2001年15年资料系列，沙里桂兰克站1985～2000年16年资料系列Φ20cm水面蒸发观测资料进行计算，在分析中考虑到自建站以来，人类活动对周围环境的改变和人为绿洲效应。通过分析计算，契怡尔站、沙里桂兰克站蒸发量呈缓慢下降趋势。其中契怡尔站多年平均增长率为-17.45mm·10a—1，沙里桂兰克站多年平均增长率为-0.69mm·10a—1。托河平原区蒸发大于山区，下游站大于上游站。蒸发量呈减少的主要原因：一是自50年代以来，托河上下游降水量呈增长趋势，这可能会导致湿度增加，饱和水汽压力差减小；二是虽然新疆天山南坡气温总体呈上升趋势。但从其增幅来讲山区增幅要高于平原区，冬季要大于夏季。这可能会使得蒸发量在时空上表现最为集中的季节，年蒸发减幅不是很大；三是自90年以来,新疆南部阿克苏河流域、喀什、巴楚等地近10a来植被增加绿洲效应明显，这有可能引起局地气候的改变。5、径流变化趋势如前所述，从80年代中期开始至今，托河气温持续增高，6托河及上游山区气候变化出现由暖干向暖湿转型的信号，并呈现出河流径流量、洪水频次增加的趋势。通过托河上游契恰尔站1987～2000年，下游沙里桂兰克站1956～2000年径流资料作线性趋势分析，结果表明，契恰尔站年径流平均增长率0.4128×108m310a—1，沙里桂兰克站年径流平均增长率0.1837×108m310a—1，近45a来年径流量明显趋于增加。图4契恰尔站年径流量过程线图y=0.4128x+11.7070510152025198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001年份径流量(108m3)径流量5a滑动平均多年平均线性(径流量)y=0.1637x+23.422051015202530354045195719621967197219771982198719921997年份径流量（108m3)径流量5a滑动平均多年平均线性(径流量)图5沙里桂兰克站年径流量过程线图5.1年代际平均径流量变化由托河实测资料分析计算（表1），60～70年代以来径流量呈增加趋势，80年代径流量呈减少趋势；90年代径流量呈增加趋势，契恰尔站年径流平均增长率0.4128×108m310a—1，90年代年径流平均增长率0.7492×108m310a—1，沙里桂兰克站年径流平均增长率为70.1637×108m310a—1，60年代年径流增长率这0.0159×108m310a—1，70年代年径流增长率为0.1965×108m310a—1，80年代年径流量增长率为-0.3193×108m310a—1，90年代年径流量增长率为0.2617×108m310a—1，由此可知，托河年径流上游站增幅大于下游站，增幅最大为90年代，增幅80年代为递减趋势。表1托河上下站年代际径流增长率一览表年代径流量（108m310a—1）契恰尔沙里桂兰克600.0159700.196580-0.3193900.74920.2617平均0.41280.16375.2不同时段平均年径量比较分析如前所述，托河1984年气候转型，以托河下游沙里桂兰克站1984年～2001年平均年径流量与1957年～1983年平均年径量进行比较分析，可见（表2）托河平均年径流量增加的幅度高达10.9%。表2托河沙里桂兰克水文站不同时段年径流量比较（×108m3）年代年径流量变率/%1957～1983年26.0510.91984年～2000年28.8986、洪水变化托河洪水成因类型主要有：暴雨洪水；高山冰雪融水型水；高山冰雪融水与暴雨混合型洪水。受气候转型的影响，托河80年代中期至90年代发生洪水洪灾的频次呈增加趋势，峰高量大。用超标准洪水（指超过年最大洪峰流量多年平均值的洪水）出现的频次可以反映洪水的频繁程度，进行年际比较，上游站契恰尔站出现了6次超标准洪水，1995年发生了有实测资料记录以来的最大洪水洪峰流量达1040m3/s，年径流量达20.55×108m3，沙里桂兰克站发生超标准洪水12次，其中：60年代4次，70年代1次，80年代为2次，90年代5次。这里采用1984年为界统计，以托河下游站沙里桂兰克为例，计算1984～2001与1957年～1983年平均频次变率（表3）。表3超标准的年最大洪水不同时段年平均频次变率年代平均频次变率/%1957~1983年0.133001984~2001年0.53从表中可以看出发源于天山南坡帕米尔高原的托河在1987年后，最大洪水平均频次变率高达300%，并且高山冰雪融水与暴雨混合型洪水为主。其中沙里桂兰克站历年最大洪峰流量出现在1999年7月19日，洪峰流量高达1950m3/s，年径流量高达38.63×108m3（多年平均值为27.19×108m3），是多年平均径流量的1.42倍，导致桥涵冲毁，农田草场淹没，冲走牲畜数千头，直接经济损失八千万元，洪水形成的灾害很大程度上影响和制约了当地国9民经济和社会发展。结语：(1)托河流域近45a年来气温、降水呈上升的趋势，蒸发量呈缓慢下降趋势，但趋势不甚明显，有待于今后更长时期深入研究，气候出现由暖干向暖湿转型的信号。（2）由于气候转型，气候因子对托河径流变化影响加剧，大洪水、特大洪水，洪水的灾害程度发生频次明显增加。（3）近10a来，托河洪灾发生的频次有如下特征：90年代洪灾发生的频次高于80年代，并且有逐年增加的趋势；90年代暴雨洪水仍然是成灾的主要因素。（4）托河自1987以来，洪水增多，洪水资源不能得到有效利用，需在上中游山区修建水库；蓄洪、调洪、泄洪是防洪的重要工程措施，这对塔里木河水资源优化配置无疑是一个重要举措。参考文献：[1][施雅风、沈永平、胡汝骥：西北气候由暖干向暖湿转型的信号，影响和前果初步探讨[J]，冰川冻土，2002，1（3）：219-226]。[2][苏宏超、魏文寿、韩萍：新疆近50a来的气温和蒸发变化[J]，冰川冰土，2003，25（2）：174—178]。作者简介：王强男总工程师工程师手机：[phone]传真：[phone]E-mail：[e-mail]