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淺談河西內(nèi)陸河徑流對(duì)氣候變化的響應(yīng)及其流域適應(yīng)性水資源管理論
0引言
氣候變暖已經(jīng)成為全球變化的顯著特征，有關(guān)氣候變化對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)和水資源安全的影響研究已是目前國(guó)內(nèi)外科研攻關(guān)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。甘肅河西地區(qū)屬典型的內(nèi)陸干旱區(qū),水資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。區(qū)內(nèi)水資源主要來(lái)源于祁連山，出山徑流量變化特征受氣候等多重因素的制約，直接影響著水資源及流域的開(kāi)發(fā)利用。以往對(duì)于單一的內(nèi)陸河徑流量變化特征與生態(tài)環(huán)境的影響和流域治理與開(kāi)發(fā)利用的研究比較多,也取得了很多有意義的成果。本文重點(diǎn)掲示石羊河、黑河和疏勒河三大內(nèi)陸河出山徑流量對(duì)氣候變化的響應(yīng)特征，并提出流域適應(yīng)性水資源管理與開(kāi)發(fā)利用的綜合治理途徑與技術(shù)措施，為流域水資源開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。
1河西地區(qū)內(nèi)陸河流域基本概況與資料來(lái)源
1.1河西地區(qū)內(nèi)陸河流域基本概況
石羊河、黑河、疏勒河三大內(nèi)陸河流，均發(fā)源于祁連山。自東向西受氣候系統(tǒng)影響有較大的差異，石羊河流域主要受季風(fēng)氣候系統(tǒng)的影響，而黑河和疏勒河流域主要受西風(fēng)帶環(huán)流氣候系統(tǒng)的影響，祁連山區(qū)屬于季風(fēng)氣候與西風(fēng)帶環(huán)流影響的交叉地帶。由于氣候系統(tǒng)影響不同，所以形成徑流變化的響應(yīng)也不－樣。
1.2資料來(lái)源
1955—2008年，石羊河九條嶺水文站（N37°52′E102°03′，海拔2270m,集水面積1077km2）、黑河鶯落峽水文站（N38°48′E100°11′，海拔1674m,集水面積10009km2）和疏勒河昌馬水文站（N39°49′E96°51′，海拔2112m,集水面積10961km2）的河流流量資料來(lái)源于甘肅省水文總站;同年代相關(guān)的氣象站實(shí)測(cè)資料來(lái)源于甘肅省氣象局和青海省氣象局。
2徑流量的變化特征
2.1徑流量年際變化特征
石羊河年徑流量總體呈明顯下降趨勢(shì)，線性傾向率達(dá)-0.5×108m3/10a。50年代為豐水期平均徑流量達(dá)最大，其次是60年代，70年代和80年代次之，90年代減幅最明顯，較80年代減少了19%，進(jìn)入21世紀(jì)略有增加。
黑河年徑流量總體呈略增加趨勢(shì)，線性傾向率為6.96×104m3/10a。流量豐、枯交替變化，50年代為豐水期，60年代到70年代中期為枯水期，80年代為豐水期，90年代為枯水期,從21世紀(jì)開(kāi)始進(jìn)入豐水期。
疏勒河年徑流量總體呈明顯波動(dòng)式的增加趨勢(shì)，50年代到60年代為枯水期，70年代后期到80年代為豐水期，90年代為枯水期后期跌到最低點(diǎn)，從21世紀(jì)進(jìn)入豐水期。
計(jì)算三大河流徑流量豐枯標(biāo)準(zhǔn)得出，徑流量年際變化以平水年最多占38.6％，豐水和偏豐年占26.8％，枯水和偏枯年占34.6％，偏豐年和偏枯年相差7.8％。以黑河徑流量最多，流域面積最大；其次是疏勒河，最少是石羊河。最小流量多出現(xiàn)在1956—1973年之間，最大流量均出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代后期，這是氣候増暖最明顯的時(shí)期，說(shuō)明徑流量與祁連山冰川融化量息息相關(guān)。
2.2徑流量年內(nèi)分配特征
三大內(nèi)陸河流量年內(nèi)分配差異較大，封凍期為11月中旬至次年3月下旬前后，沒(méi)有春汛，只有一次夏汛，5月份之后夏汛開(kāi)始，一直持續(xù)到9月份，夏汛流量峰值出現(xiàn)在7月份。河水主要來(lái)源于祁連山，氣溫的變化和祁連山區(qū)域內(nèi)的水汽輸送是汛期來(lái)水量的必要條件之一。流量呈單峰形，夏汛流量的峰值與氣溫升高和水汽輸送的增強(qiáng)是同步的。汛期6～8月，石羊河、黑河和疏勒河流量分別占年總流量的80.9%、75.0%和74.8%；最小流量出現(xiàn)在每年的12月至次年的2月份，分別占年總流量的4.3％、7.1%和8.4%。石羊河因受祁連山影響相對(duì)較小，流量變化較疏勒河和黑河平緩得多，表現(xiàn)在各月徑流量相對(duì)偏小且分配趨于均一，而黑河受祁連山影響較大，各月流量分配極不平衡，最大月和最小月流量相差81.8%，與石羊河相比，最大月和最小月流量相差66.7%和71.6%，疏勒河的變化介于兩者之間。
3徑流量對(duì)氣候變化的響應(yīng)
3.1石羊河
計(jì)算石羊河徑流量與上、中游的古浪、永昌、烏鞘嶺三站逐月平均氣溫相關(guān)關(guān)系，與7、8月呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在-0.29～-0.36。說(shuō)明這段時(shí)間由于氣候變暖，氣溫升高，蒸發(fā)量增大，不利于徑流量的增加。而在非汛期的3、4、9、10月，相關(guān)系數(shù)呈正相關(guān)，特別是3、10月達(dá)顯著性水平。說(shuō)明春、秋季氣候變暖，更有利于山區(qū)冰雪消融，從而增加徑流量。年徑流量與6～9月降水量均呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.32～0.57，通過(guò)顯著或極顯著水平。汛期徑流量變大與降水増多有密切關(guān)系。年徑流量的多少主要取決于夏季降水量的多少。年徑流量與月蒸發(fā)量均呈負(fù)相關(guān),蒸發(fā)大不利于徑流量增加。尤其夏季高溫季節(jié)的7、8月蒸發(fā)量對(duì)徑流量的負(fù)效應(yīng)最大，為-0.48～-0.62，呈顯著或極顯著水平。
3.2黑河
計(jì)算黑河徑流量與上游的托勒、野牛溝、祁連三站降水量相關(guān)系數(shù)分別為0.60、0.79和0.75，圴達(dá)到極顯著水平，可見(jiàn)流量與降水的關(guān)系更密切、更直接。黑河冬季徑流量主要受氣溫影響。冬暖有利于祁連山冰雪消融，產(chǎn)生徑流。夏季則取決于降水量的多少。降水對(duì)流量的貢獻(xiàn)主要在夏半年。冬季降水與流量相關(guān)很差，這是因?yàn)槎窘邓纫苑e雪形式儲(chǔ)存于山頂，多降水天氣通常氣溫偏低，減緩了冰雪消融。
3.3疏勒河
計(jì)算疏勒河代表性的昌馬河徑流量與上游托勒站氣象要素相關(guān)系數(shù)，徑流量與秋季和年平均溫度呈顯著正相關(guān)，與夏季溫度呈極顯著正相關(guān)。徑流量與降水量關(guān)系更為密切，均為正相關(guān)，與夏季降水量呈顯著正相關(guān)，與冬季、秋季以及年降水量呈極顯著正相關(guān)。即溫度升高、降水增多，徑流量增大。尤其夏季溫度升高、秋季降水量増多，徑流量顯著增大。徑流量顯著增加的重要原因是氣候變暖降水增多。也說(shuō)明氣候轉(zhuǎn)型有利于徑流量增加。
4流域水資源科學(xué)管理與綜合治理的適應(yīng)對(duì)策
節(jié)水是流域綜合治理的根本措施。流域綜合治理與開(kāi)發(fā)利用要堅(jiān)持“南護(hù)水源、中建綠洲、北治風(fēng)沙”的建設(shè)方針。
4.1實(shí)行流域水資源科學(xué)管理，提高水資源利用效率
受氣候變暖影響，祁連山雪線不斷上升，流域源頭來(lái)水逐年減少；人類(lèi)不合理的生產(chǎn)生活方式超過(guò)了生態(tài)環(huán)境可承載的限度，使得水資源進(jìn)－步短缺。因此，流域綜合治理與開(kāi)發(fā)利用的根本出路在于節(jié)水。實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)，要制定流域水資源管理?xiàng)l例。切實(shí)理順流域水資源管理體制；突出流域水資源的節(jié)約和保護(hù)；做好流域水量統(tǒng)一調(diào)度和管理；推進(jìn)流域節(jié)水型社會(huì)建設(shè)。
4.2改變生產(chǎn)方式，調(diào)整農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)與布局
農(nóng)作物灌溉面積過(guò)大以及粗放的灌溉方式，是流域用水量居高不下的重要原因。使得流域農(nóng)業(yè)用水占到整個(gè)用水量的90％以上。因此，要釆取農(nóng)業(yè)比重下降、農(nóng)業(yè)內(nèi)部種植業(yè)比重下降、種植業(yè)內(nèi)部糧食作物比重下降和非農(nóng)產(chǎn)業(yè)比重上升、草畜產(chǎn)業(yè)比重上升和非糧食作物比重上升的“三降三升”的發(fā)展模式。
根據(jù)水資源總量控制流域整個(gè)農(nóng)作物播種面積。以立草為業(yè)，積極發(fā)展草食畜牧業(yè)，是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的必由之路；推行集約型生產(chǎn)，大力發(fā)展現(xiàn)代節(jié)水高效農(nóng)業(yè)；大力發(fā)展以日光節(jié)能溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)；要以水調(diào)結(jié)構(gòu)，壓縮高耗水的春小麥、玉米、水稻等糧食作物，擴(kuò)大耗水少、效益高的瓜菜、制種、釀酒葡萄、啤酒原料、棉花等特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，確定不同農(nóng)業(yè)區(qū)域的糧食、經(jīng)濟(jì)和牧草三大作物的種植比例，提高單位面積和單方水的效益。山旱地積極發(fā)展旱作節(jié)水模式；綠洲灌區(qū)積極發(fā)展綜合節(jié)水模式，推廣高效節(jié)水技術(shù)，最大限度地提高水資源綜合利用率。
4.3加大祁連山自然保護(hù)區(qū)建設(shè)，搞好水資源可持續(xù)利用
祁連山是國(guó)家級(jí)面積較大的自然保護(hù)區(qū)，總面積265.3×104hm2。是我國(guó)乃之世界上生物多樣性保護(hù)的重要基地，該保護(hù)區(qū)水源涵養(yǎng)林是疏勒河、黑河和石羊河三大水系56條河流的主要集水區(qū)和徑流形成區(qū)，每年涵養(yǎng)和徑流水量72.6×108m3。綜合效益和生態(tài)地位十分突出。因此，應(yīng)加大祁連山自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)力度，提高水源涵養(yǎng)林的能力。
4.4積極開(kāi)發(fā)祁連山豐富的空中云水資源，哺育祁連山冰川
通過(guò)多年綜合考察和試驗(yàn)研究表明，由于祁連山區(qū)地形抬升，容易形成有效的増雨云系，山區(qū)空中水汽資源極其豐富，也是人工增雨（雪）作業(yè)的最佳地區(qū)。利用人工增雨（雪）作業(yè)，每年可為河西地區(qū)內(nèi)陸河流域增加10％至15％的降水，每年增加降水約7.4×108m3的水量�？捎行У乇Ｗo(hù)和增加祁連山冰川總量，增加內(nèi)陸河上游來(lái)水量和水庫(kù)蓄水量，是增加水資源總量重要的有效途徑。
5小結(jié)
�。�1）徑流量變化的基本特征。石羊河年徑流量總體呈明顯下降趨勢(shì)，黑河呈略有增加趨勢(shì)，疏勒河呈明顯增加趨勢(shì)。地域變化呈現(xiàn)愈往西部的河流年徑流量增多愈明顯，與降水量增多的區(qū)域分布相－致。三大河流出山徑流年際變化以平水年最多占38.6％，枯水和偏枯年占34.6％，豐水和偏豐年占26.8％，偏豐年和偏枯年相差7.8％。夏汛流量的峰值與氣溫的升高和水汽輸送的增強(qiáng)是同步的。黑河出山徑流最多，流域面積最大，其次是疏勒河，石羊河最少。流量變化最大是黑河，其次是疏勒河，最小是石羊河。
（2）徑流量對(duì)氣候變化的響應(yīng)特征。三大河流徑流量對(duì)氣候變化有不同響應(yīng)。石羊河流域降水增多有利于徑流的形成和來(lái)水量增加，但由于降水總量增幅較小，加之氣候變暖，蒸發(fā)加劇，水分散失量大，不利于徑流量增加，是造成徑流量減少的主要原因。另外，冬暖有利于短期內(nèi)冰雪消融，但冬季降雪量減少導(dǎo)致冰雪貯量減少，山區(qū)雪線上升明顯，不利于融水量增加。黑河和疏勒河流域的氣候有向暖濕轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)，徑流量增多的重要原因是氣候變暖降水增多。尤其夏季溫度升高、秋季降水量増多，徑流量明顯增多。
�。�3）流域水資源科學(xué)管理與綜合治理的適應(yīng)對(duì)策。節(jié)水是流域綜合治理的根本措施。堅(jiān)持“南護(hù)水源、中建綠洲、北治風(fēng)沙”的建設(shè)方針。實(shí)行流域水資源科學(xué)管理，提高水資源利用效率；改變生產(chǎn)方式，調(diào)整農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)與布局，根據(jù)水資源總量控制流域整個(gè)農(nóng)作物播種面積，要以水調(diào)結(jié)構(gòu)，流域上、中、下游釆取不同的農(nóng)作物調(diào)整方案。加大祁連山自然保護(hù)區(qū)建設(shè)，搞好水資源可持續(xù)利用；積極開(kāi)發(fā)祁連山豐富的空中云水資源，哺育祁連山冰川等4個(gè)方面的措施與對(duì)策。
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