氣溫變化與徑流的相關(guān)性分析
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受地形影響，渭河是寶雞市主要納污排泄通道。渭河寶雞段河流水系示意圖見圖1。所用基礎(chǔ)資料中，1954－2009年逐月平均降雨量和逐月平均氣溫為陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒刊印寶雞實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)，1954－2009年林家村水文站以及1972－2009年寶雞峽渠首站逐年及逐月徑流量和引水量為中華人民共和國水文年鑒刊印數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)數(shù)字化后整理為數(shù)據(jù)庫模式管理。
分析降水變化對(duì)渭河徑流量的影響，對(duì)1954－2009年降水和徑流量作相關(guān)分析見圖2。由圖2可見，渭河林家村水文站年徑流量有明顯減少的趨勢(shì)，特別是1980年后的近30年時(shí)間，渭河林家村河段年徑流量持續(xù)偏低，連續(xù)多年為枯水年份。年降雨量略有減少，但近期變化不明顯。通過對(duì)寶雞段降水和徑流的水文要素的趨勢(shì)分析，渭河寶雞段徑流存在顯著的減少趨勢(shì)，這與寶雞市近年來的人類活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有關(guān)，如城市引水量的增加、水利工程的修建等。特別是寶雞峽加壩加閘后，渠首年引水量將增加到8億m3，對(duì)市區(qū)生態(tài)環(huán)境影響較大，市區(qū)攔河閘工程運(yùn)行方式也將受到極大影響。同理對(duì)1954－2009年氣溫和徑流量作相關(guān)分析見圖3。由圖3可見，寶雞氣溫自1980年后的近30年時(shí)間升溫明顯，與徑流量存在明顯的負(fù)相關(guān)性。氣溫升高導(dǎo)致河道蒸散發(fā)加劇以及空氣濕度降低等都是重要原因。對(duì)1954－2009年逐月降水和徑流量以及逐年氣溫和徑流量采用相關(guān)系數(shù)法計(jì)算分析，得到降水與徑流的相關(guān)系數(shù)為0.69，正相關(guān)性較好，即降雨與徑流之間存在同增同減的趨勢(shì)。得到氣溫與徑流的相關(guān)系數(shù)為－0.73，呈明顯負(fù)相關(guān)，即氣溫與徑流之間存在彼增此減的趨勢(shì)。將不同年代的降雨量、氣溫和徑流量加權(quán)平均整理做表，見表1。統(tǒng)計(jì)分析多年徑流量減少約56%，多年降雨量減少約14%，多年平均氣溫升高1.4℃。
降雨、氣溫變化對(duì)徑流的影響分析
天然狀態(tài)下，氣溫-降水量雙累積曲線以及降雨-徑流雙累積曲線應(yīng)該是一條直線。但近些年，人類對(duì)河流的影響劇烈，建壩攔水，由于人類活動(dòng)對(duì)水文系列的干擾，大量的河道引水減小了河道的徑流，許多流域不再是天然狀態(tài)［6］。由于水源地氣候、下墊面條件及人為因素的影響，改變了徑流產(chǎn)生模式、水文事件發(fā)生的時(shí)間、頻率和流量，氣溫和降水的微小變化能夠引起徑流的顯著變化。渭河寶雞市區(qū)段修建有林家村水文站，本文利用渭河林家村水文站的氣溫、降水、徑流量等長(zhǎng)系列資料，通過該站的降雨徑流雙累積曲線［7］以及氣溫徑流量雙累積曲線，分析年徑流序列隨時(shí)間變化特征及趨勢(shì)持續(xù)性，探討影響渭河徑流量變化的主要因素。近55年來寶雞峽氣溫-降水量做累積曲線如圖4所示，可見氣溫和降水量的累積量呈明顯正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)高達(dá)99.97%，可以很好的說明氣溫和降水量是正向相關(guān)。林家村站降雨-徑流雙累積曲線見圖5。降雨變化對(duì)渭河寶雞段年徑流量的影響存在兩個(gè)突變點(diǎn)，分別是1971年和1993年。第一個(gè)突變點(diǎn)的原因比較明顯，主要因素是寶雞峽引渭工程引渭所致。寶雞峽引渭工程于1971年7月15日通水，水源以渭河徑流為主，引水流量95m3/s［8］。寶雞峽灌區(qū)是陜西省“第一大糧倉”，是全國十大灌區(qū)之一。寶雞峽引渭工程是解決寶雞峽灌區(qū)乃至關(guān)中西部水源不足的一項(xiàng)跨世紀(jì)重點(diǎn)水利工程，但此項(xiàng)工程在林家村上游的引水直接導(dǎo)致了渭河寶雞段年徑流量的減少。第二個(gè)突變點(diǎn)為1993年，目前沒有很好的證據(jù)證明徑流突變的原因。同樣采用氣溫-徑流雙累積曲線法作圖見圖6。氣溫變化對(duì)渭河寶雞段年徑流量的影響存在三個(gè)突變點(diǎn)，分別是1971年、1993年和2003年。前兩個(gè)突變點(diǎn)原因如前。第三個(gè)突變點(diǎn)2003年原因分析為寶雞峽渠首加壩加閘工程對(duì)渭河水量的引水和調(diào)蓄。該工程于2003年完工，在寶雞峽引渭灌溉渠首低壩的基礎(chǔ)上加壩加閘，以增加庫容進(jìn)行蓄水，主要解決寶雞峽塬上179.3萬畝的灌溉缺水，并結(jié)合灌溉進(jìn)行發(fā)電。寶雞峽渠首加壩加閘工程水庫正常蓄水位636m，總庫容5000萬m3，有效庫容3800萬m3。工程設(shè)計(jì)最大引水流量65m3/s。
寶雞峽引水對(duì)渭河寶雞段徑流量的影響分析
雖然降雨、氣溫等氣候變化與徑流量存在很好的相關(guān)性，但是突變點(diǎn)分析說明寶雞峽引渭工程以及加壩加閘也是造成渭河寶雞段徑流量變化的主要原因，因此有必要分析寶雞峽引水對(duì)渭河徑流量的影響。按照突變點(diǎn)1971年、2003年將徑流系列一分為三，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并計(jì)算引水對(duì)徑流量的影響程度，見表2。寶雞峽引水對(duì)渭河徑流量的影響程度為27.2%，而加壩加閘工程對(duì)渭河徑流量的影響程度為23%(扣除時(shí)段內(nèi)寶雞峽引水對(duì)渭河徑流量的影響程度)。參照引水對(duì)徑流量的影響程度計(jì)算方法，氣候變化對(duì)渭河徑流量的影響程度為10.2%(扣除時(shí)段內(nèi)寶雞峽引水對(duì)渭河徑流量的影響程度)。由此可見寶雞峽引水對(duì)渭河寶雞段年徑流量的影響最大，氣候變化則是人為因素外對(duì)渭河寶雞段年徑流量影響最大的因素。
結(jié)果與討論
近二十年以來，渭河寶雞段河道生態(tài)基流得不到有效保障。分析降水變化及氣溫變化對(duì)渭河徑流量的影響，采用相關(guān)系數(shù)法計(jì)算分析，得到降水與徑流的正相關(guān)性較好，即降雨與徑流之間存在同增同減的趨勢(shì);得到氣溫與徑流的負(fù)相關(guān)，即氣溫與徑流之間存在彼增此減的趨勢(shì)。使用Mann-kendall趨勢(shì)分析及突變點(diǎn)分析，認(rèn)為1971年是重要突變點(diǎn)，主要原因是林家村渠首引水所致。2003年突變點(diǎn)的原因分析為寶雞峽渠首加壩加閘工程對(duì)渭河水量的引水和調(diào)蓄。人為影響導(dǎo)致渭河寶雞段年徑流量減少最為明顯，氣候變化則是人為影響之外對(duì)渭河寶雞段年徑流量影響最大的因素。（本文作者：林啟才、李懷恩 單位：西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院、陜西省環(huán)境科學(xué)研究院）