近40年阿克苏河流域径流变化特征及影响因素研究，本文主要内容关键词为：阿克苏论文,径流论文,河流论文,特征论文,因素论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号 P343.1;X522文献标识码 A文章编号 1002-2104(2006)-03-0082-06
近几十年来，温度升高，气候变暖，水循环加快，导致降水、河川地表径流和洪水的增加，引起了国内外专家学者和全社会的普遍关注。世界政府间气候变化专门委员会(IPCC)1996年报告称，气候变化由于降水的增加导致了高纬度地区的径流增加，尤其是融雪径流洪水的增加[1]。施雅风等人[2]提出了1987年以来西北地区的气候从暖干向暖湿转型，降水、冰川消融量和径流量连续多年增加，导致了湖泊水位显著上升，洪水灾害猛烈增加，出现了气候转向暖湿的强劲信号。近年来，阿克苏河流域内降水和气温均呈上升趋势，冰川融雪量增加，以冰雪融水补给阿克苏河流域山区径流量显著增加，气温升高对径流量的影响高于降水量增加的影响[3,4]。阿克苏河流域是塔里木河的主要产流区，所以保护流域生态环境，充分利用和合理配置及优化有限水资源成为当今社会生存和发展的当务之急；为此，系统研究阿克苏河流域的径流变化规律及其对气候变化和人类活动响应更显示出尤为重要的意义。
1 流域概况
阿克苏河流域位于新疆维吾尔自治区西部、吉尔吉斯斯坦共和国东部及哈萨克斯坦共和国东南部地区，范围介于75°35′～80°59′E，40°17′～42°27′N之间，流域面积约 5.6×10[4]km[2]，其中国内面积3.7×10[4]km[2]，国外面积 1.9×10[4]km[2]。阿克苏河流域国内主要辖克孜勒苏柯尔克孜自治州的阿合奇县、阿克苏地区的柯坪县、乌什县、温宿县、阿瓦提县、阿克苏市及阿拉尔市部分地区。阿克苏河是天山南坡径流最大的河流，托什干河和昆马力克河是其主要支流。托什干河从河源至昆马力克河汇合口全长 457km，其上游在吉尔吉斯斯坦境内长140km，沙里桂兰克水文站以上集水面积1.84×10[4]km[2]，其中吉尔吉斯斯坦境内集水面积8170km[2]，我国境内1.023×10[4]km[2]。昆马力克河发源于吉尔吉斯斯坦，从河源至托什干河汇合口全长293km，在吉、哈国境内河长105km，控制站协合拉水文站以上集水面积12816km[2]，在吉哈国内集水面积10510km[2]，我国境内集水面积2306km[2]，占总集水面积的80%（见图1）[3,4]。
图1 阿克苏河流域水系图
Fig.1 Stream system of the Aksu River Basin
阿克苏流域地表水资源量为78.6×10[8]m[3]，其中国外来水47.8×10[8]m[3]，国内来水量23.95×10[8]m[3]，还原水量 0.85×10[8]m[3]，无控制区径流量5.99×10[8]m[3]，流出流域水量 32.7×10[8]m[3]。流域地势西北高、东南低，水汽主要来源于西风环流。降水量时空分布极不均匀，从地区分布上讲，从东向西递减，山区大于平原和盆地。从时间分布上讲，季节变化较大，夏季降水量较大，占年降水量的70%左右；年际变化也较大，最大年降水量是最小年降水量的4倍。流域天然陆地蒸发量为93.7×10[8]m[3]，干旱指数为11.2[5]。
2 资料及分析方法
阿克苏河流域有阿合奇、柯坪、阿瓦提、乌什、温宿、阿克苏、阿拉尔等7个主要气象台站；有从高山到平原的契恰尔、沙里桂兰克、协合拉、西大桥、台兰、阿拉尔（属于塔里木河流域的起点，但主要由阿克苏河来水组成，本文选用参考）等6个具有代表性的水文站点。本文选用1961- 2000年近40a的气温、降水、冻土深度等逐月资料及年蒸发量资料；同时还有从上世纪50年代初或中期建站起到 90年代中期（沙里桂兰克站到2002年，台兰站到2000年，契恰尔站1987年建站，时间短，资料少，选做参考）径流逐月实测资料，资料平均年限为42.6年。本文采用线性回归分析的方法，分析20世纪下半期阿克苏河流域径流变化特征及其与气候变化的关系，同时分析人类活动对径流变化的影响作用。
3 径流变化及规律
3.1 径流的年际变化
阿克苏河流域径流主要来源于山区的冰川融水和大气降水，由于阿克苏河流域内降水和气温均呈上升趋势，冰川融雪量增加，以冰雪融水补给阿克苏河流域山区径流量显著增加。图2是阿克苏河流域主要站历年径流变化情况，从图中可以看出，沙里桂兰克、协合拉、西大桥多年平均径流呈明显的增加趋势，台兰河径流量历年来较小，径流变化也不大，而塔里木河源头阿拉尔站径流呈减少趋势，其主要原因是汇于阿拉尔站的和田河与叶尔羌河径流逐年减少。从建站开始到60年代末各代表站的径流都略有增加，70年代至80年代末是径流减少的时期，但减少量不大，进入90年代各站的径流增加显著，其主要原因是进入90年代后，气温升高显著，同时降水也增加，气温的升高导致冰川融雪量增加及蒸发的加大。沙里桂兰克站年径流最大出现在1999年，为38.4×10[8]m[3]；1997年是协合拉站年径流最大的年份，径流为70.0×10[8]m[3]；而西大桥站的最大年径流为90.3×10[8]m[3]，出现在1957年。经计算，年最大径流与年最小径流差别比较大，平均相差2倍以上。
图2 阿克苏河流域主要站历年径流变化
Fig.2 Changes of the annual runoff of the main hydrological stations in the Aksu River Basin
3.2 径流的年代际变化
表1是阿克苏河流域主要站年代际径流变化情况，总体看来上世纪50年代是整个流域径流较少的年代，60年代至80年代径流逐渐增加，90年代是水量偏丰时期，径流增加显著。各站径流年代际变化各不相同，50年代，沙里桂兰克站、协合拉站径流最少，分别为22.0×10[8]m[3]和 44.0×10[8]m[3]；而西大桥站与阿拉尔站径流偏丰，分别是 65.3×10[8]m[3]、50.0×10[8]m[3]。从60年代至80年代，沙里桂兰克站在60年代增加，其后略有减少，但并不影响增加的趋势，90年代增加量最多，比50年代增加9.2×10[8]m[3]；阿拉尔站60年代较50年代增加0.6×10[8]m[3]，从70年代开始减少，90年代比60年代减少12.1×10[8]m[3]，减少量是60年代的23.9%；协合拉站、西大桥站和台兰站径流从50年代起持续增加，90年代增加最多，90年代与50年代相比，增加分别为10.5×10[8]m[3]，2.2×10[8]m[3]和0.9×10[8]m[3]。径流增加的主要原因可能是该流域内降水的增加及气温的升高导致冰川融雪量增加。
表1 阿克苏河流域主要站年代际径流变化(×10[8]m[3])
Tab.1 Decade changes of the runoff of the main hydrological stauons in the Aksu River Basin
年代 沙里桂兰克 距平 协合拉 距平 西大桥 距平 台兰 距平 阿拉尔 距平
1951-1960
22.0 -5.3
44.0
-4.0
65.34.4 7.60.1
50.03.8
1961-1970
28.0 0.7
45.4
-2.9
55.3
-5.6 6.9
-0.6
50.64.4
1971-1980
25.4 -1.9
46.5
-1.8
58.1
-2.8 7.0
-0.5
45.4
-0.8
1981-1990
25.4 -1.9
47.5
-0.8
64.13.2 7.4
-0.1
45.2
-1.0
1991-2000
31.2 3.9
54.86.5
63.12.2 8.51.0
38.5
-7.7
3.3 径流的季节变化
图3显示阿克苏河流域各水文站季节径流变化情况，从总体变化情况来看，年内的变化周期基本一致，冬季（12～2月）为径流最小时期；夏季（6～8月）是全年最主要产流时期，占年径流的60%以上，最大达80%；秋季（9～11月）径流一般多于春季（3～5月）和冬季（12～2月），同时也是径流主要产生季节，占年径流的15%～30%；季节径流的年际变化差异比较显著，沙里桂兰克站径流的年际变化大于西大桥站，并远大于协合拉站和台兰站。上世纪50年代是沙里桂兰克站径流最小时期，属于枯水期，60年代径流偏多，属于丰水期，70年代到80年代末，径流又处于较小时期，90年代又出现增加趋势；协合拉站和台兰站两站的径流变化比较缓和，没有大的起伏；西大桥站的径流变化也比较突出，50年代初与70年代末至80年代初这两段时期是径流的偏丰时期，90年代径流又逐渐增多，其他时期径流处在最小时期，变化不大。
图3 阿克苏河流域各站季节径流变化（A：沙里桂兰克，B：协合拉，C：西大桥，D：台兰）
Fig.3 Changes of runoff at every meteorological stations in the Aksu River Basin(A:Shaliguilanke; B:Xiehela; C:Xidaqiao; D:Tailan)
4 径流变化对气候变化和人类活动影响的响应
4.1 气温变化
利用阿克苏河流域内各气象站实测气温资料，通过分析得出，近40年来，阿克苏河流域表现为明显的增温趋势，不同的是其升温幅度的大小及时间的差异，20世纪60年代至90年代平均气温的升温幅度为0.12℃/10a，其中 70年代较60年代平均升高0.21℃，80年代比70年代升温 0.14℃，90年代又升高0.13℃；冬季是四季中升温最明显的季节，20世纪60年代至90年代平均气温的升温幅度为 0.36℃/10a，是全年增温的主要贡献者，其中升温最显著的80年代，比70年代升高1.17℃（见图4、图5），70年代较60年代平均升高0.15℃，90年代比80年代升高 0.11℃。气温的显著变暖，增加了春季的融雪径流，同时也导致冻土温度的变化，其冻土的水文过程不同程度上影响了流域内径流的变化（见图6）。
4.2 降水变化
阿克苏河流域降水主要集中在夏季，4～9月的降水量占全年降水量的近90%。高山冰雪融水也集中于辐射强烈、高山气温由负转正的夏季，二者共同作用使径流高度集中，年内分配极不均匀[3]。根据阿克苏河流域内各气象站实测降水资料分析（见图4、图5），从总体变化趋势看，阿克苏河流域降水在波动中呈增加趋势。20世纪60年代是阿克苏河流域降水较少的时期，年平均降水量为110.2mm；进入70年代降水逐渐增加，年平均降水为121.4mm；80年代年平均降水量比70年代略有增加，为126.8mm；90年代是降水量增加最为显著的时期，年平均降水量达到 150.4mm，比60年代增加了40.2mm。流域内4～9月的降水量变化趋势与年降水变化情况完全一致，这也说明了4～9月的降水量是全年降水量的主要贡献者。正是降水的年际变化影响着阿克苏河流域径流的年际变化，90年代阿克苏河流域径流增加最多，同时年内季节降水的变化也是阿克苏河流域年内径流季节变化主要原因。总的来说，阿克苏河流域内年降水量的增加，是阿克苏河流域来水增加的主要原因，而径流主要形成期（夏季）降水的明显增加，更加剧了这一变化过程的发生。
图4 阿克苏河流域7站平均气温、降水历年变化
Fig.4 Changes of the annual average air temperature and precipitation at seven meteorological stations in the Aksu River Basin
图5 阿克苏河流域7站平均冬季气温、4-9月降水历年变化
Fig.5 Changes of the annual average air tempera-ture and precipitation at seven meteorological stations in the Aksu River Basin
图6 阿克苏河流域7站平均冻土深度历年变化
Fig.6 Changes of the annual average frozen soil depth at seven meteorological stations in the Aksu River Basin
图7 阿克苏河流域7站平均蒸发量历年变化
Fig.7 Changes of the annual average evaporation at seven meteorological stations in the Aksu River Basin
4.3 流域地表变化对径流的影响
阿克苏河流域径流主要来源于山区的冰川融水和大气降水，由于气温的升高导致区域内冰川融水增加，同时由图6可以看出，气温的升高导致冻土深度发生了明显的变化。冬季的变化最大，20世纪60年代平均为54.6cm，80年代减小到45.5cm，90年代继续减小为44.6cm；3月和11月的变化也较明显，冻土深度都呈减小趋势。气候的变暖形成冻土活动层变化后其厚度增大，层内水分向下渗透而减少，同时导致活动层冻结过程中土壤水分向更深的地下冻结层面迁移[1]，冻土层的变化将间接减少流域上游径流的来水量。阿克苏河流域平均蒸发量呈减小趋势（见图 7），平均蒸发量的减小可能与气候暖湿化有关，有待进一步研究。蒸发量从60年代至90年代以95.2mm/10a的速率减少，60年代流域内平均蒸发量为2274.4mm，90年代为1893.5mm，减少了380.9mm，蒸发量的减少间接减少径流的流失，这也可能是径流增加的因素之一。根据1990年与2000年的遥感影像处理后的阿克苏-阿瓦提荒漠绿洲景观类型变化图，该区域农田增加迅速，增加了617.3 hm[2]；过度放牧等导致草场严重退化和面积的减少，减少了 17.3%；林地面积也在迅速减少，减少了29.2%；荒漠化面积扩大24171.4hm[2]，增加了17.5%。地面植被覆盖率的下降，植被生态退化，必将影响流域的气候变化，从而间接影响流域径流的变化[6]。
4.4 人类活动的影响
阿克苏河流域是典型的干旱区绿洲系统，绿洲是干旱区人们社会经济活动的基本空间。长期以来农业是绿洲经济的主体，流域水土开发历史悠久，特别是上世纪50年代后期到70年代中期，由于社会经济发展的需要，千古荒原被大面积开垦，使流域绿洲面积和耕地面积成倍增加，耕地的利用率和产出率明显提高。从50年代至90年代，在短短的几十年间，阿克苏河段开垦土地19.87×10[4]hm[2]，在开发土地的同时由于缺乏生态保护意识，使土地开发留下许多弊端，如森林锐减，草场退化，河流萎缩，湖泊干枯，地力下降，沙化加剧等[7]。
为了发展农业，在流域修建大型水库、堵坝引水，导致河段水资源的消耗过程发生了很大的变化。阿克苏河流域及周边地区修建了大型水库4座，总容量达到 3.9×10[8]m[3]。由于流域的灌溉和大型水库的影响，加之城市用水和中型水库的影响，水库的调节对阿克苏河流域径流变化起了重要作用，造成了流域各水文站自然径流的季节和年际变化特征。
人类活动的加剧、工业生产的迅速发展，排放到大气的CO[,2]增多。由于大气中CO[,2]浓度的增加，气候变暖对西北干旱地区径流的影响可总结为三方面：冰川积雪消融量增加，流域总蒸发量增加，高山区降水形态变化[8]。气温对径流的影响是干旱区径流不同于其他地区的显著特点。由于气温变化对降水的形态、冰雪消融、蒸发能力起重要的作用，随着年均气温的增加，年径流量增加显著。气温变化对阿克苏河流域山区河流径流的影响高于降水变化的影响[3]。
5 结论
阿克苏河流域是塔里木河主要产流区，由于气温升高、降水增多、冰川变化、流域地表状况变化及人类活动的影响，导致阿克苏河流域径流的变化剧烈。
阿克苏河流域普遍存在升温的变化趋势，尤其是冬季升温明显。同时导致冻土层温度的升高和冻土退化，蒸发加剧，不同程度上影响了流域内径流的变化；流域内降水增加趋势明显。
20世纪90年代，气温升高显著，同时降水也增加，气温的升高导致冰川融雪量增加。同时90年代径流增加趋势最明显。从年内变化分析来看，流域内各水文站春、夏季径流有明显的增大趋势，该时段降水（雪）的明显增加，是导致其春、夏季融雪径流增加的主要原因。
从阿克苏河流域自然径流的年代际的变化初步分析，阿克苏河流域来水的增加，主要受制于气候变化，也受到流域地表状况变化、上游大中型水库调节作用及人类活动的影响，同时可能是河流丰枯长周期变化的表现，这种周期变化还需更长系列相关资料的验证和分析。
收稿日期：2005-09-16