氣溫變化與徑流的相關性分析
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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)計年鑒刊印寶雞實測氣象數(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。
分析降水變化對渭河徑流量的影響，對1954－2009年降水和徑流量作相關分析見圖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，特別是1980年后的近30年時間，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。通過對寶雞段降水和徑流的水文要素的趨勢分析，渭河寶雞段徑流存在顯著的減少趨勢，這與寶雞市近年來的人類活動和經(jīng)濟發(fā)展有關，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，對市區(qū)生態(tài)環(huán)境影響較大，市區(qū)攔河閘工程運行方式也將受到極大影響。同理對1954－2009年氣溫和徑流量作相關分析見圖3。由圖3可見，寶雞氣溫自1980年后的近30年時間升溫明顯，與徑流量存在明顯的負相關性。氣溫升高導致河道蒸散發(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系數(shù)法計算分析，得到降水與徑流的相關系數(shù)為0.69，正相關性較好，即降雨與徑流之間存在同增同減的趨勢。得到氣溫與徑流的相關系數(shù)為－0.73，呈明顯負相關，即氣溫與徑流之間存在彼增此減的趨勢。將不同年代的降雨量、氣溫和徑流量加權平均整理做表，見表1。統(tǒng)計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-徑流雙累積曲線應該是一條直線。但近些年，人類對河流的影響劇烈，建壩攔水，由于人類活動對水文系列的干擾，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間變化特征及趨勢持續(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，且相關系數(shù)高達99.97%，可以很好的說明氣溫和降水量是正向相關。林家村站降雨-徑流雙累積曲線見圖5。降雨變化對渭河寶雞段年徑流量的影響存在兩個突變點，分別是1971年和1993年。第一個突變點的原因比較明顯，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)乃至關中西部水源不足的一項跨世紀重點水利工程，但此項工程在林家村上游的引水直接導致了渭河寶雞段年徑流量的減少。第二個突變點為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。氣溫變化對渭河寶雞段年徑流量的影響存在三個突變點，分別是1971年、1993年和2003年。前兩個突變點原因如前。第三個突變點2003年原因分析為寶雞峽渠首加壩加閘工程對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上加壩加閘，以增加庫容進行蓄水，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。工程設計最大引水流量65m3/s。
寶雞峽引水對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性，但是突變點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渭河徑流量的影響。按照突變點1971年、2003年將徑流系列一分為三，并進行統(tǒng)計分析并計算引水對徑流量的影響程度，見表2。寶雞峽引水對渭河徑流量的影響程度為27.2%，而加壩加閘工程對渭河徑流量的影響程度為23%(扣除時段內(nèi)寶雞峽引水對渭河徑流量的影響程度)。參照引水對徑流量的影響程度計算方法，氣候變化對渭河徑流量的影響程度為10.2%(扣除時段內(nèi)寶雞峽引水對渭河徑流量的影響程度)。由此可見寶雞峽引水對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渭河徑流量的影響，采用相關系數(shù)法計算分析，得到降水與徑流的正相關性較好，即降雨與徑流之間存在同增同減的趨勢;得到氣溫與徑流的負相關，即氣溫與徑流之間存在彼增此減的趨勢。使用Mann-kendall趨勢分析及突變點分析，認為1971年是重要突變點，主要原因是林家村渠首引水所致。2003年突變點的原因分析為寶雞峽渠首加壩加閘工程對渭河水量的引水和調(diào)蓄。人為影響導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：西安理工大學水利水電學院、陜西省環(huán)境科學研究院）