河龙区间气候变化及其对水资源的影响

【水资源】

河龙区间气候变化及其对水资源的影响

屈金娜,马孝义,张建兴

(西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室,陕西杨凌712100)摘　要:通过对黄河中游河龙区间的气候变化分析,发现:进入20世纪90年代后,河龙区间年平均气温和四季气温均呈上升趋势,年降水量呈减少趋势,且年际间波动趋于平缓,春、冬季降水量呈微弱增加趋势,夏、秋季降水量呈明显减少趋势。同时分析了河口镇站和龙门站年径流量变化特征以及气候变化对河龙区间水资源的影响,结果表明:气候变化对河龙区间水资源有重要影响,20世纪90年代以后,气候变化对水资源的影响幅度为21%。关　键　词:气候变化;气温;降水;水资源;河龙区间

中图分类号:TV213.4;TV882.1　　　文献标识码:A　　　文章编号:10001379(2008)02004203

)位于晋陕　　黄河中游河口镇至龙门区间(简称“河龙区间”

和相关系数分别为0.20℃/(10a)、0.478。

峡谷段,区间流域面积大于1000km的较大支流有21条,总面积11.3万km2,占黄河流域面积的15%,是黄河中游的重要产流区。近年来,该区间径流量明显减少,严重影响了国民经济的发展。很多学者指出环境要素和气候变化会对河龙区间径流产生重要影响[1-2]。目前,对该区间径流量的变化及降水分布已有较多研究[3-5],但专题探讨该区间气候变化对水资源影响的较少。笔者在统计分析该区间近45年气温、降水、径流变化特点的基础上,探讨了气候变化对水资源的影响。

2

1　资料与计算方法

1.1　资　料

选取河龙区间24个气象站1957～2001年的逐月气温和降水量作为统计分析的基本资料(对缺测或无观测记录部分进行线性插补延长)。其中,径流量资料选自河口镇、龙门水文站。

图1　河龙区间年平均气温年际变化及趋势

(2)气温的季变化特征。20世纪80年代中期以前,四季

均处于相对低温期,90年代初到中期则为相对高温期,1997年后气温出现微弱下降趋势。由计算结果可知,四季气温变化的倾向率分别为0.22、0.16、0.16、0.41℃/(10a),相关系数分别为0.423、0.343、0.316、0.214。

四季气温与年平均气温的相关系数分别为0.392、0.694、

0.695、0.772,通过了置信度水平为0.01的显著性检验,说明

2

n

1.2　方　法

(1)变化趋势和倾向率。设某要素序列资料为时间序列:

X(t)=a0+a1t+a2t+…+ant

(1)

四季气温的变化对年气温变化的影响比较显著,相对来说,冬季增暖最为明显,春季增暖最为缓慢。在全球气温变暖的大背景下,河龙区间年、季平均气温都呈现上升趋势,这种增暖趋势与华北、西北地区变暖的趋势基本一致[6-7],但增暖幅度相对偏小。

式中:t为时间,a;a1为线性倾向率;a1、a2、…、an可用最小二乘法或正交多项式确定。

(2)回归分析。通过相关分析,建立龙门站年径流量的计

算公式,定量分析区间气候变化对水资源的影响。

2.2　降水变化特征

(1)降水的年际变化特征。河龙区间多年平均降水量为

2　气候变化特征分析

2.1　气温变化特征

(1)气温的年际变化特征。河龙区间多年平均气温为7.10℃,气温的年际变化曲线见图1。由图1可知,年平均气

　收稿日期:20070809

　基金项目:国家自然科学基金资助项目(50479052);国家“863”计划项目(2006AA100209);教育部青年教师资助计划课题(2003-108);西北农林科技大学青年学术骨干计划资助课题。　作者简介:屈金娜(1983—),女,陕西延安人,硕士研究生,主要从事农业水土工程方面的研究工作。　E2mail:ququjinna@163.com

温呈上升趋势,1991～2001年年平均气温较1957～1990年年平均气温偏高0.71℃。6阶多项式拟合的年平均气温曲线反映出,1957～1990年气温呈“高—低—高—低”的变化趋势,且处于相对低温期。由计算结果可知,年平均气温变化的倾向率

　第2期　　　　　　　　　　　　　屈金娜等:河龙区间气候变化及其对水资源的影响

445.51mm,降水的年际变化曲线见图2。由图2可知,年降水

・43・

3.2　年内变化特征

河龙区间45年来径流量的年内变化曲线见图4。由图4可知,河龙区间径流量主要集中在汛期,即6～10月份,其径流量占全年径流量的75%,为非汛期的2倍多。

量总体上呈现减少趋势,1991～2001年年平均降水量较1957～

1990年年平均降水量减少33.67mm。6阶多项式拟合的年平

均降水量曲线反映出,区间降水量分别在20世纪60年代和70年代中期出现了2次增加趋势,90年代后降水量呈现逐年减少趋势。由计算结果可知,区间年降水量的倾向率为-11.47

mm/(10a),相关系数为0.265。

图4　河龙区间月平均流量年内变化曲线

4　气候变化对水资源的影响

图2　河龙区间年平均降水量年际变化及趋势

(2)降水的季变化特征。由6阶多项式拟合的季平均降

气候变化对区域水资源会产生重要影响[11-12]。径流量与温度和降水量的相关关系存在某种滞后性,考虑到河龙区间处于干旱半干旱区,滞后性较弱,故只考虑气温和降水量对径流量的影响。利用1957～1990年资料建立的龙门站年径流量计算公式(复相关系数为0.65)为

W=796.0263+0.5839I-103.04P

(2)

水量曲线可知,春、冬季降水量呈现“多—少—多—少”的阶段性变化趋势,夏季降水量呈逐年下降趋势,秋季降水量在20世纪60～90年代中期呈下降趋势,90年代末期后又出现一定回升。四季降水量的倾向率分别为0.26、-10.39、-9.83、0.11

mm/(10a),相关系数分别为0.037、0.236、0.111、0.076。

由上述分析可知,河龙区间年和夏、秋季降水量呈减少趋势,春、冬季降水量呈微弱增加趋势,变化特点与有关研究的结果[8-10]基本一致,即基本气候条件有向暖干化的趋势发展。计算得出的四季降水量与年降水量的相关系数分别为0.341、

0.815、0.518、0.078,只有春、夏和秋季的相关系数通过了置信

式中:W为天然年径流量;I为年平均降水量;P为年平均气温。

龙门站年径流量的实测值与计算值比较见图5。

度水平为0.01的显著性检验。由于夏、秋季降水量占年降水量的80%以上,因此夏、秋季降水量的减少造成了年降水量的减少。

3　径流量变化特征分析

图5　龙门站径流量实测值与计算值比较

3.1　年际变化特征

河龙区间径流量的多寡,对下游的断流与否会产生重要影响。河龙区间进口站(河口镇)和出口站(龙门)的天然年径流量演变曲线见图3。由图3可知,河口镇站年径流量呈现微弱减少趋势,而龙门站年径流量呈现明显减少趋势。它们的线性倾向率分别为-1.50亿、-6.51亿m3/a,相关系数分别为

0.375、0.673。

由图5可知,拟合曲线能较好地反映龙门站年径流量变化情况。年径流量与年平均气温的相关系数为-0.39;年径流量与年降水量的相关系数为0.53,通过了置信度水平为0.05的显著性检验。因此,气温升高、降水量减少是河龙区间径流量减少的重要原因之一。

将1990年以后的气温、降水资料代入式(2)即可算出龙门站各年径流量,并且统计出1990～2001年的平均值,将其值与前期径流量相比较,便可得到气候变化对年径流量的影响量

(见表1)。由表1可知,20世纪90年代以来,气候变化已使龙

门站天然年径流量减少71.56亿m3,影响幅度为21%。

表1　气候变化对年径流的影响

项　目

实测值/亿m3计算值/亿m3影响量/亿m3影响幅度/%

1957～1990年

340.86

1991～2001年

269.30-71.56-21

图3　河口镇、龙门水文站年径流量及其变化趋势

・44・

人　民　黄　河　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年　

[5]　王云璋,康玲玲,王国庆,等.河龙区间近10年降水特点

5　结　语

在全球气候变暖的大背景下,河龙区间的年平均气温和四季气温也呈变暖趋势,20世纪90年代后,增温更加明显。年降水量呈现微弱减少趋势,但进入90年代后,减少趋势变得明显。春、冬季降水量呈微弱增加趋势,夏、秋季降水量呈明显减少趋势,由于夏、秋季降水量占全年降水量的80%以上,因此夏、秋季降水量的减少应引起重视。气候变化对河龙区间水资源有十分显著的影响,20世纪90年代后气候变化引起的水资源减少量为71.56亿m3,影响幅度为21%。

及其变化趋势分析[J].人民黄河,1999,21(8):6-8.

[6]　施雅风,沈永平,李栋梁,等.中国西北气候由暖干向暖

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[9]　李新周,刘晓东,马柱国.近百年来全球主要干旱区的干旱化特征分析[J].干旱区研究,2004,21(2):97-103.

[10]　周晓红,赵景波.黄土高原气候变化与植被恢复[J].干

参考文献:

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responseintheMuldecatchment(SouthernElbe,Germa2ny)[J].JournalofHydrology,2002,267(4):53-.

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[4]　康玲玲,王国庆,王云璋,等.黄河中游河龙区间降水分

【责任编辑　乔韵青】

布及其变化特点分析[J].人民黄河,1999,21(8):3-6.

(上接第41页)

WTS=ST/Cmax

(5)

汛期,降水量多、水土流失严重、河流水面宽,因此输沙需水量、水面蒸发需水量、河流渗漏需水量均比较大。

(2)中段河道。计算结果显示:25%频率年黄河上游中段

式中:ST为年输沙量;Cmax为最大年平均含沙量。

生态需水量年内分布比较均匀,50%频率年生态需水量最大值

3　计算结果及分析

将黄河上游分为上、中、下3段,根据上段黄河沿和玛曲水文站、中段唐乃亥和安宁渡水文站、下段青铜峡和头道拐水文站1960～1990年系列资料,分别计算25%、50%、70%、95%

4个水文频率年河道生态需水量。

(1)下段河道。黄河上游下段不同水文频率年生态需水量

在7月,70%频率年生态需水量最大值在7月、9月、10月,95%频率年生态需水量最大值在7月、10月。

(3)上段河道。计算结果显示:25%频率年黄河上游上段

生态需水量最大值在10月,50%频率年和95%频率年生态需水量最大值在7月,70%频率年生态需水量最大值在9月。

(4)黄河上游河道生态需水总量。25%、50%、70%和95%4个水文频率年黄河上游河道生态需水量分别为235.8118

3

亿、230.4820亿、193.8238亿、166.0563亿m,平均年河道生

见图1。

态需水量维持在径流量的13%左右。

参考文献:

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水利出版社,1996.

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图1　不同水文频率年黄河上游下段生态需水量

西安理工大学,2005.

[3]　丰华丽,王超,李勇.流域生态需水量的研究[J].环境科

计算结果表明:①丰水年生态需水量比枯水年大,原因是丰水年水面蒸发需水量、河流渗漏需水量、输沙需水量均比枯水年大。②25%频率年和95%频率年生态需水量年内分布比较均匀,50%频率年生态需水量在7～8月较大,70%频率年生态需水量在7～10月较大。这是由于7～10月黄河上游处于

学动态,2001(1):27-30.

[4]　于龙娟,夏自强,杜晓舜.最小生态径流的内涵及计算方法

研究[J].河海大学学报:自然科学版,2004(1):18-22.

【责任编辑　王　琦】

YELLOWRIVER　2008　Vol.30　No.2

evationand;e)becausethecomingwaterandsedimentofXiaobeiganliuSectionisgreaterthanthatoftheBeiluoRiver,thus,inthebegin2

ningyearsofdivertedBeiluoRiverintotheYellowRiver,theinletoftherivermightbebackflowedbytheYellowRiver.

Keywords:mathematicalmodel;thelowerWeiheRiver;Tongguanelevation;divertedchannel;BeiluoRiver

StudyonEcologicalWaterDemandofChannelsintheUpperYellowRiver

CHENPeng-cheng,ZHOUXiao-de,JINChun-yan,FENGMin-quan

3

3

3

1121

(1.Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an,Shaanxi710048;2.HainanJinhaiPapermakingCoatingCo.,Ltd.,Yangpu,Hainan578101)

.Thecalculatedannualecologicalwaterdemandof4hydrologicAbstract:Itbuildsupchannelecologicalwaterdemandcalculatingmodel

frequenciesof25%,50%,70%and95%is23.58118billionm,23.04820billionm,19.38238billionmand16.60563billionmrespectivelyandthemeanannualecologicalwaterdemandofchannelisabout13%ofrunoffbasedon1960～1990seriesdataof6hydro2metricstationsofHuangheyan,Maqu,Tangnaihe,Anningdu,QingtongxiaandToudaoguaibythemethodofdividingtheupperYellowRiverintoupper,middleandlowersections.

3

Keywords:ecologicalwaterdemandofchannel;calculatingmodel;waterresources;theupperYellowRiver

InfluenceofClimateVariationofHe-LongReachtoWaterResources

QUJin-na,MAXiao-yi,ZHANGJian-xing

(NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100)

Abstract:ItfindsoutthattheannualaveragetemperatureandtemperatureoffourseasonsofHe-Longreachareallinthetrendofin2

crease,theannualprecipitationinthetrendofdecreaseandthefluctuationbetweenyearstendstogentle,precipitationofspringandwintertendstoslightlyincreaseandsummerandautumntendstoremarkablereductionsince1990’sthroughtheanalysisonclimatevariationofHe-LongreachonthemiddlereachesoftheYellowRiver.ItalsoanalyzesthevariationcharacteristicsofannualrunoffofHekouzhenandLongmenstationsandinfluenceofclimatevariationtowaterresourcesofHe-Longreach.TheoutcomesshowthattheclimatevariationhassignificantinfluencetothewaterresourcesofHe-Longreachandtheaffectedrangeofclimatevariationtowaterresourcesis21%since1990’s.

Keywords:climatevariation;temperature;precipitation;waterresources;He-Longreach

InfluenceofIrrigationVolumetoHotPepperGrowth

HUOHai-xia,NIUWen-quan,WANGYou-ke,WANGJian-zhong

1

2

2

1

(1.NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100;

2.NationalCenterofEfficientIrrigationEngineeringandTechnologyResearch∃Yangling(NCEI),Yangling,Shaanxi712100)

Abstract:Basedonpotexperiment,itstudiestheeffectsofdifferentoptimumirrigationonhotpeppergrowth,physiologicalandvarious

productsindexes.Theresultsshowthattheplantheight,stemdiameter,netphotosynthesisrate,transpirationrateareallincreasedalongwiththeincreaseofirrigationquantity.Attheseedingstage,theeffectofdifferentirrigationquantityonplantgrowthisnotsignificant.Atsquaring,bloomandfruit-bearingstages,80%irrigationofsoilmoisturecapacityisbetterforplantgrowthand70%irrigationofsoilmois2turecapacityisbeneficialforwaterconservationandincreasingproductionduringharvestingperiod.

Keywords:hotpepper;irrigationvolume;rateoftranspiration;rateofnetphotosynthesis;pottedgrowingtest

AnalysisonWaterTemperatureStatisticsinFrontoftheDamofXiaolangdiReservoir

LIDe-shui,RENXiao-feng,LIShu-sen,YANGZhi-gang

1

2

3

3

(1.YellowRiverWater&HydropowerDevelopmentCorporation,Zhengzhou,Henan450000;

2.YellowRiverHydrologicalInstituteofSurveyandDesign,Zhengzhou,Henan450004;3.HenanHydrologicalandWaterResourcesBureauofYRCC,Zhengzhou,Henan450004)

Abstract:Itdiscriminatesthestratificationofwatertemperatureaccordingtotheself-characteristicsoftheXiaolangdiReservoiranddeemsthatthestratificationofwatertemperatureisstableone.Itsimulatesthewatertemperaturebyusingreservoirwatertemperaturestatisticmodelandfitsmodelparametersbyusingleast-squaresmethod.TheoutcomesshowthatintheperiodfromNovembertoMarchofthefollowingyear,generallywatertemperatureisinverticaluniformdistribution;fromApriltoOctober(fromtemperaturerisingperiodtothebeginningofdropintemperatureperiod),watertemperatureisinstratifiedstatement.Heattransfersfromsurfacetodeeperlayer.Thethicknessofther2mallayeris5～15m;thevariationrangeofwatertemperatureoflowerlayerofthereservoirwithinayearissmallerthanthatoftheupperlayer,therangeoftemperatureincreaseofupperlayerisgreaterthanthatofthelowerlayerandthevariationofwatertemperatureofthelowerlayerwithinayearisobviouslydelayedand;comparingwiththecalculatedvalueandtheobservedvalueof0～50mwaterdepth,therelativeerrorofannualaveragewatertemperatureisbetween-0.6%～0.6%,therelativeerrorofannualwatertemperaturerangebetween-4.5%～4.1%andtherelativeerrorofwatertemperaturewithinayearbetween-1.3%～1.3%,showinghigherprecisionofcalculatedvalue.

Keywords:least-squaresmethod;watertemperaturemodel;watertemperatureinfrontofdam;theXiaolangdiReservoir

【翻译　郝凤华】