渭河流域上游干湿状况时空分布及其与地表水资源的关系

第33卷第7期2011年7月2011，33（7）：1242-1248ResourcesScienceVol.33，No.7Jul.，2011

http://www.resci.cn文章编号：1007-7588（2011）07-1242-07渭河流域上游干湿状况时空分布及其与地表水资源的关系

蒲金涌1，2（1.中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室，中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室，兰州730020；2.天水市气象局，天水741000）

摘要：根据渭河上游渭源等11县（区）国家基本（一般）气象站1971年-2008年逐月气温、降水量、相对湿度、日照时数、风速等资料及渭河上游北道水文站1971年-2008年径流量资料，利用Penman-monteith（98版）公式计算了该区域的潜在蒸散量。建立了评价该地区干湿状况的干燥指数模型，对该区域气候、潜在蒸散量、干湿指数的变化特征及其干湿状况对地表水资源的影响进行了分析。结果表明，自1971年以来，渭河上游区域气温以0.3℃/10a的线性趋势上升；降水量呈较明显的周期变化；潜在蒸散以23mm/10a的线性趋势增加。干燥指数总体呈上升

趋势，变化阶段性较强。1971年-1984年以0.826/10a的线性趋势降低，1984年-1997年以0.852/10a的线性趋势升高。渭河干流区域干燥指数较高，干燥指数较高的区域，正好与甘肃河东区域气候上的“干舌”相对应。1971年-2008年径流量以2567×104m3/10a的线性趋势减少。1984年-1997年径流量以9023×104m3/10a的线性趋势减

少。干燥指数持续增大比较明显地影响了上游地表水资源，在一定程度上对下游水资源安全造成威胁。关键词：渭河上游；干湿状况；时空分布；地表水资源；关系

1引言地表干湿状况是降水、温度及蒸散等气候因子综合作用的结果，是地理环境的重要组成部分，为地理科学的研究重点之一。应用地表干燥指数，马柱国等[1]对北方干旱区地表湿润状况的演变进行了分析回顾；刘波等[2]分析近45a来干湿区交替变化特点；贾文雄等[3]探讨了甘肃河西走廊地区干湿状况的时空变化特征；闫炎等[4]及靳立亚等[5]分析了西北地区干湿状况的变化特征并对其规律形成的机制进行了探讨；唐俊等[6]及史军等[7]对江苏及上海地区的干湿状况的变化趋势及成因进行了分析。这些研究虽然有助人们对于区域干湿状况的历史演变有所了解，但却与江河径流变化联系较少，对地表水资源变化与干湿状况的关系仍需要深入研究。20世纪70年代以来，由于气候暖干化的影响，渭河源区的地表水资源环境已经出现了渐变的迹象[8]。这不但影响着上游地区水资源的安全利用、区域植被状况，而且还关系到下游工农业、生活用水、生态用水安全及防汛减灾措施制定和实施[9]。上游区域干湿状况时空分布规律及其与地表水资源的变化关系值得进一步研究。本文依据渭河上游地区气候变化对该地区干湿状况的影响，结合径流量的变化，对渭河上游地区干湿状况变化及其与地表水资源的关系进行探讨。为渭河流域水资源合理开发利用提供依据。2研究区概况渭河上游地区包括甘肃省渭源、通渭、陇西、漳县、静宁、武山、甘谷、秦安、秦州、麦积、清水、张家川等12个县（区）绝大部分地区及岷县、临洮、安定、庄浪、会宁等5县（区）部分地区，流域面积为25790km2

（图1）。地形地貌分属西秦岭山地和陇西黄土高原。陇西黄土高原区土体疏松,植被覆盖率低于

收稿日期：2011-02-20；修订日期：2011-05-09基金项目:国家科技部公益行业专项（编号：GYHY200806021）。作者简介:蒲金涌，男，甘肃天水市人，高级工程师，主要从事气象业务及气候变化研究工作。E-mail:pujinyong6@163.com2011年7月蒲金涌：渭河流域上游干湿状况时空分布及其与地表水资源的关系http://www.resci.cn7%,水土流失严重，多年平均侵蚀模数最高达8600t/km2,是渭河泥沙的主要来源区；西秦岭山地

为土石山区,森林茂盛,水土流失轻微,年侵蚀模数约750t/km2,是渭河主要水源涵养区。流域内80%

以上为黄土丘陵区，河谷川地区面积约占10%，海拔900～1700m。渭河干流经甘肃渭源、陇西、武山、甘谷、麦积等5县（区），于凤阁岭进入陕西省，全长430km。渭河上游地区属半干旱、半湿润气候过渡区。流域内平均气温6～11℃，年日照时数2000～2420h,潜在蒸散大于降水量。年平均风速1.3～

2.9m/s。年降水量在400～600mm之间,时空分布

不均，东南部多于西北部,多集中在夏、秋二季。水资源比较匮乏。3数据来源与模型方法

3.1数据来源研究所用的历年逐月降水、平均气温、平均湿度、平均气压、平均风速、平均日照时数、平均相对湿度等气象资料取自渭源、通渭、陇西、漳县、武山、甘谷、秦安、秦州、麦积、清水、张家川等11个县（区）国家基本（一般）气象站1971年-2008年测量值；以11县（区）国家基本（一般）气象站平均值作为研究

的时间序列值；径流量资料取自北道水文站1971年-2008年实测值[10-11]。3.2模型方法

地表干燥（湿润）的定义方法，本文采用潜在蒸散与降水量的比[12]：

H=E0

R（1）

式中H为干燥指数。根据文献[12]，H＞5为干旱；5≥H＞2为半干旱，2≥H＞1.3为半湿润，H≤1.3为

湿润。R为研究时段降水量（mm）；E0

为研究时段潜

在蒸散量（mm）。潜在蒸散量由FAO1998年修订的Pen⁃man-Monteith模型计算[13]：

Ed

=

0.408Δ(Rn-G)+γ900T+273u2(ea-ed)

Δ+γ(1+0.34u2)（2）

式中Ed

为日潜在蒸散量（mm/d）；Rn为太阳净辐射

（MJ/m2）；Δ为饱和水汽压-温度曲线斜率（kPa/℃）；G为土壤热通量（MJ/m

2）；γ为湿度计常数（kPa/℃）；

T为日平均气温（℃）；u2为2m高处的风速（m/s）；e

a

为饱和水汽压（kPa）；ed

为实际水汽压（kPa）。

由于目前气象站普遍无2m高处风速观测资料，风速用下式计算：u2＝4.78×uk/ln（67.8×h-5.42）（3）式中uk

为h处的风速（m/s）；h为高度（m）。本研究

所用风速资料由气象站测得，高度为10.4m，则风速换算公式为u2＝0.743×u10。式中u10

为气象站所测风

速。4结果与分析

4.1渭河上游地区气候变化基本特征4.1.1气温变化特征受全球气候变暖的影响，渭河上游地区气温上升比较明显（表1）。1971年-2008年线性增温趋势为0.3℃/10a（R=0.4867，P＜0.01）。1984年是增温的转折年份，1984年-2008年线性增温趋势为0.5℃/10a（R=0.5879，P＜0.01），高于同期同纬度其它地区及甘肃省平均增温幅度[14]。

图1渭河流域上游地区Fig.1Weiriverbasininupstream

图21971年-2008年渭河上游历年平均温度变化Fig.2Variationofannualmeantemperatureinupstream

ofWeiriverfrom1971to2008

1243第33卷第7期资源科学http://www.resci.net春季增温线性趋势为0.4℃/10a（R=0.3252，P＜0.05），冬季为0.4℃/10a（R=0.2576，P＜0.1），夏季为0.2℃/10a（R=0.1502，P＞0.1），秋季为0.4℃/10a（R=0.1268，P＞0.1）。冬、春季增温线性趋势明显，幅度较大；夏季增温线性趋势不太明显，增温幅度较小；秋季温度线性变化趋势较弱。4.1.2潜在蒸散及降水量的时空变化特征渭河上游年降水量变化比较大（图3），平均值为461mm（标准差SD=91mm），最小值为317mm（1982年），最大值为648mm（1984年）。年降水量变异系数19.5%。具有比较明显的11年和3年周期[15]。年降水量的较大值出现在20世纪80年的初、90年代初及21世纪初，降水量的较小值出现在20世纪的70年代初及90年代末。1971年-1984年年降水量以118mm/10a（R=0.4524，P＜0.1）线性趋势增加。1984年-2008年降水量呈下降趋势，但线性变化趋势不明显，不能通过假设检验。各季节降水量线性变化趋势不明显，但降水量减少的突变点春季1988年及夏季1985年均通过α=0.10的t检验。年潜在蒸散量的变化比较小，平均值为999mm（标准差SD=46mm），最大值为1068mm（2007年），最小值为921mm（1971年），变异系数4.5%。1971年-2008年潜在蒸散量以23mm/10a（R=0.3956，P＜0.01）线性趋势增加。潜在蒸散量及降水量春、秋季

差异较大（表1）。夏季潜在蒸散量占全年43%；冬季占全年8%；秋季占全年19%；春季占全年30%。潜在蒸散量春季21世纪初较大，夏季以20世纪90年代较大，秋季及冬季各年代分布比较均匀。夏季降水量占全年52%；冬季占全年3%；秋季占27%；春季占20%。降水量春季、夏季20世纪80年代较多，秋季20世纪70年代较多，冬季各年代分布比较均匀。降水及潜在蒸散量在时间上分布不一致，加大了干湿状况时间分布上差异程度。潜在蒸散与降水量绝对差值春、夏季较大，秋、冬季较小。春、冬季21世纪初较大；夏、秋季20世纪90年代较大。渭河上游地区年降水量东西部较多，中部地区较少（表2）。从陇西县开始直到天水麦积区的干流河谷地区是降水量低值中心，也是整个甘肃河东地区气候上的“干舌”区之一[15-16]。上游中段地区年降水量在450mm以下。西部河源区及东北部关山地区降水量较多，上游东段天水峡谷地段降水量也相对较大，年降水量均在500mm以上。104.5～106°E间除通渭县外，春季降水量基本

在150mm以下，降水量占全年31%～35%（表2）；夏季降水量全年47%～53%，上游中段武山降水量较少（＜220mm）；秋季降水量全年22%～27%；冬季降水量只占全年2%～3%，各地差异也比较小。渭河上游地区潜在蒸散量有两个相对低值区，中心在西部陇西附近及东部关山地区。干流区域潜在蒸散量较低在1000mm以下。各个季节不同地点潜在蒸散量差异较大。春季潜在蒸散量占全年

年份1971-19801981-19901990-20002001-2008春R951208891E0295286299313E0-R200166211222夏R230247221241E0436416448427E0-R206169227186秋R125120104125E0186187195193E0-R61679168冬R9121113E081828389E0-R72707276