新疆北部气候变化及其对水资源的影响分析

新疆北部气候变化及其对水资源的影响分析 新疆北部气候变化及其对水资源的影响分 析 第24卷第6期 20O8年11月 水资源保护 WA?强隆10URCESPR旺CnON V01.24No.6 Nov.2008 新疆北部气候变化及其对水资源的影响分析 曹丽青2,林振山,葛朝霞2,薛梅2 (1.南京师范大学地理科学学院,江苏南京210046;2.河海大学水文与水资源学院,江苏南京210098) 摘要:利用新疆北部地区5个气象站1951,2006年月平均气温及月降水总量资料,用高桥浩一郎公式计算 了新疆北部地区区域平均蒸发量及水资源总量.分析了近56年来新疆北部地区气候变化及水资源变化趋 势,以及气候变化对水资源的影响.通过分析初步得出结论:?新疆北部地区气温从20世纪6o年代以来基 本上呈上升趋势,90年代以来气温明显高于平均值,为正距平;新疆北部地区降水自20世纪80年代初期开 始出现增加趋势,90年代以后,降水持续增加,并且高于平均值;60年代中期至8O年代末期,蒸发比平均值 偏少,自80年代末期以来蒸发高于平均值,为高值期.?水资源总量自20世纪80年代初期至今呈增加趋 势,9o年代以来呈现出正距平.?降水与水资源总量之间存在明显正相关.在此基础上建立了降水变化对 水资源总量影响的统计评估模型. 关键词:气候变化;水资源;新疆北部 中图分类号:P461文献标识码:A文章编号:1004—6933(2008)06—0028—03 ClimatechangeanditsimpactonwaterresourcesinNorthXinjiang CAOLi.qil~1一,LINZhen.shall1,GEZhao-xia2,XUEMei2 (1.SchoolofGeographyScience,NangNormalUniversity,Nanjing210046,China;2.Coll egeofHydrologyand WaterResources,HohaiUnive~iq,Nang210098,China) Abstract:Thetotalmi~untsofevapomfionandwaterresourcesinNonhXinjiangwerecom putedwithGaoqiao’Sequation usingmonthlyrainfallandtemperaturedataatfivestationsinNonhXinjiangfrom1951to20 06.Theclimatechange duringthe56-yearperiodanditsimpactonwaterresourcesaleanalyzed.Theresultsshowth at:(1)thetemperatureof NorthXinjiangcontinuouslyincreasedfromthe1960sonwardsandthetemperaturefromt he1990sonwardswashigher thantheaverage;theprecipitationbegantoincreasefromtheearly1980sonwards,andwash igherthantheaveragefrom the1990sonwards;theevaporationwaslowerthanaveragefromthemiddle1960stothelate 1980s,andWashigherthan theaveragefromthelate1980sonwards;(2)thetotalvolumeofwaterresourcesincreasedfr omtIleearly1980sonwards, andhasshownapositiveanomalysincethe1990s;and(3)thereisapositivecorrelationbetw eenprecipitationandthe totalvolumeofwaterresources.Onthebasisoftheseresults,astatisticalandassessmentmo delisestabhshedtostudy theimpactsofprecipitationonthetotalvolumeofwaterresom’ces. Keywords:climatechange;waterresources;NorthXinjiang 新疆地处欧亚大陆腹地,远离水汽源地,降水稀 少且时空分布不均,气候干燥且蒸发强烈,属典型的 干旱,半干旱地区,水资源严重短缺,水资源供需矛 盾十分突出[?.随着气候变暖,经济发展对水资源 需求的不断增加,普遍存在水资源过度开发利用的 现象.水资源不足已成为制约新疆社会经济发展的 主要因素之一[2l.新疆北疆以天山山脊线为界,总 面积448803km2,占新疆总面积的27.24%.这个区 域由于水资源相对比较丰沛,交通,文化比较发达, 是新疆国民经济发展的重心所在.正确评估气候变 基金项目:高等学校博学科点专项科研基金(20060139010) 作者简介:曹丽青(1965一),女,江苏南京人,副教授,主要从事水文水资源研 究.E-mail:caoliqing@hotmail.coin ? 28? 化对北疆水资源量的影响,有助于合理地利用水资 源,为北疆经济的迅速发展提供可靠的科学依据,对 新疆水资源的可持续利用和良性的生态环境发展具 有十分重要的作用和意义L3J. 本文利用新疆北部地区5个气象站1951至 2036年56年逐月降水和气温资料,研究了新疆北部 地区气候变化对水资源的影响,对进一步认识新疆 北部地区水资源状况有着非常重要的作用. 1研究方法 选用新疆北部地区5个气象站1951至2006年 56年逐月降水和气温资料,计算出新疆北部地区区 域平均气温和降水量.利用高桥浩一郎陆面蒸发公 式计算了新疆北部地区年平均蒸发量.高桥浩一郎 陆面蒸发公式有较广泛的应用范围,适用于气候特 征不同的各种地区【4-5]. 高桥浩一郎公式 3100PF 一 一一 310o”8P2exp[一] 式中:E为月蒸发量,mm;P为月降水量,mm;T为 地面月平均气温,?. 新疆北部地区区域年平均水资源总量[卯]为 =P—E 利用相关分析方法,分析了气候变化对水资源 的影响,并建立了降水变化对水资源总量影响的统 计评估模型[8-14]. 2近5o年来新疆北部地区气候变化及对水 资源的影响分析 2.1新疆北部地区气温,降水变化特征分析 2006年新疆北部地区逐年气温 图1为1951— 距平及11年滑动平均曲线.由图l可以看出,从20 世纪五六十年代以来基本上都是呈上升趋势;50年 代至8O年代末期,温度低于平均值以下,为负距平. 9o年代以来的气温明显高于平均值,为正距平,增 温剧烈,为20世纪各年代之首. 图119512006年逐年气温距平及l1年滑动平均 图2为19512006年新疆北部地区逐年降水 距平和逐年蒸发距平及11年滑动平均曲线.由 图2(a)可以看出,20世纪60年代中期至80年代末 期,降水比平均值偏少;自8O年代初期开始出现增 加趋势;90年代以后,降水持续增加,并且高于平均 值,为正距平.由图2(b)可以看出,蒸发与降水的 变化趋势较为一致.20世纪60年代中期至80年代 末期,蒸发比平均值偏少;自80年代初期开始出现 增加趋势;自80年代末期以来蒸发高于平均值,为 高值期. g 姜 1 蛰 遴 图21951—2O06年逐年降水,蒸发距平及l1年滑动平均 2.2新疆北部地区水资源特征及变化趋势分析 图3为近56年来新疆北部地区逐年水资源总量 距平及l1年滑动平均曲线.从图3中可清楚看到, 新疆北部地区近56年水资源总量变化非常明显.新 疆北部地区水资源总量自20世纪50年代中期至80 年代初期呈持续下降趋势,自8o年代初期至今水资 源总量呈增加趋势.水资源总量高值期出现在2o世 纪9o年代末至2l世纪初期.90年代初期至今,大气 水汽含量距平基本处于0线以上,为高值期. g 乓 蛔 躜 廷 年份 图31951—2O06年逐年水资源总量距平 及n年滑动平均 ? 29? 9 8642O ulLu\净糕 65432O4 3近5O年来新疆北部地区气候变化对水资 源的影响分析 3.1气候变化对水资源的影响分析【15-17] 笔者根据新疆北部地区历年区域平均水资源总 量以及同期温度,降水进行相关性分析,发现降水与 水资源总量之间存在明显正相关(图4),相关系数为 0.87,并且通过了0.Ol的信度检验.温度与水资源总 量的相关较差.由图4可见,降水与水资源总量的变 化相当一致,自20世纪8o年代以来,由于新疆北部 地区降水呈逐年增加趋势,水资源总量也相应随之增 大.降水与水资源总量自90年代以来一直表现为正 距平.这说明降水对水资源总量有重要影响. 4 删量3 差2 1 囊.?*争.2 蛰一3 — 4 一降水距滑动平均相对于1971,2000年 一 水资源总量距平滑动均00 l96ll97ll98ll99l2001 年份 图41951—2O06年逐年降水距平与 水资源总量距平的11年滑动平均 3.2气候变化对水资源影响评估模式 由以上分析可知,降水变化对水资源总量有重 要影响.但在水资源和管理过程中,需要定量 了解降水对水资源总量的影响.所以,笔者根据 1951,2006年56年的资料,建立新疆北部地区水资 源总量与降水关系的线性统计模型如下: =一3.68+0.41P 式中:P为年平均降水量,mm;为年平均水资源 总量,m3. 模型相关系数为0.87,说明水资源总量与降水 的相关性很高.线性方程的F值为167.50,通过了 信度为0.O1的F检验,具有较高的显着性. 表1年平均降水量变化所引起的 年平均水资源总量的变化 年均降水量变化/%151O1520 年均水资源总最变化/%1.849.218.427.636.8 由模型可以计算出新疆北部地区年平均降水量 变化所引起的年平均水资源总量的变化.表1给出 了年均降水量变化所引起的年均水资源总量的变 化.可以看出,较小的降水变化往往会引起比较大 的水资源总量的变化.因此,该方法可以用来进行 新疆北部地区水资源的评估. ? 30? 4结论 I1.新疆北部地区气温从20世纪五六十年代以 来基本上都是呈上升趋势,9O年代以来的气温明显 高于平均值,为正距平,增温剧烈,为各年代之首;60 年代中期至8O年代末期,降水比平均值偏少,9o年 代以后,降水持续增加,为正距平;蒸发自6o年代中 期至8O年代末期,平均值偏少,80年代末期以来蒸 发高于平均值,为高值期. b.新疆北部地区水资源总量自50年代中期至 80年代初期呈持续下降趋势,自80年代初期至今 水资源总量呈增加趋势,9o代初期至今,为高值期. c.降水与水资源总量之间存在明显正相关. 在此基础上建立了降水变化对水资源总量影响的统 计评估模型.较小的降水变化往往会引起比较大的 水资源总量的变化.1%的年降水量变化一般可导 致1.8%的水资源总量的变化. 参考文献: [1]丁一汇,守荣.中国西北地区气候与生态环境概论[M]. 北京:气象出版社,2001:卜13. 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(下转第35页) 均从较不安全程度向较安全程度过渡,尤其是2005 年水安全级别特征值都处于2—3级之间,其中沈 阳,鞍山,抚顺,本溪和辽阳水安全级别值越来越大, 变化趋势较好,辽阳水安全程度提升较快,但是鞍山 和抚顺水安全程度较低,属于较不安全区.大石桥 2000年水安全级别特征值为2.69591,比1995年和 2005年稍低一些,但还是较安全的.盘锦2005年水 安全级别值特征值为2.9505,比1995年和2000年 稍低一些,但一直是较安全的.铁岭1995年和20O0 年水安全级别值特征值在1.5左右,水安全状况较 差,但是近年来水安全程度有所提升. 3水安全变化原因分析 根据P—S.R指标框架分析原因如下: a.从水安全压力看,辽宁省各城市水安全压力 . 有所缓解,尤其是1995年以来辽宁省转变传统粗放 型经济增长方式,以发展循环经济为目标,深化工业 污染防治,在全省重点工业企业中实施清洁生产,在 工业企业中实施水污染物排放浓度和总量”双向控 ”企 制”,创建了铁法煤业集团等一批废水”零排放 业,这些举措缓解了对辽河流域水环境的压力,但是 大石桥地区1995年由于大规模开矿而造成水安全 压力最大. b.从水安全状态来看,各城市水安全水量水质 状态逐年有所改善.可见,随着社会经济的迅速发 展,流域内的水环境状态保持稳定,人们已经意识到 在发展的同时注意保护环境与资源,但是沈阳,鞍山 和抚顺地区水安全状态变化不大. C.从水安全的响应来看,辽宁省政府实施《辽 宁省辽河流域水污染防治”十五”计划》以来,流域内 已建成污水处理厂4座,处理能力65万t/d.同时, 政府用于环境保护和改善的投资也逐年大额增加, 仅2002年的环保投入就比前5年增加了3倍,占 GDP的比例达到1.93%,而据世界银行测算,超过 1.5%就可以改善环境质量.但从中下游流域来看, 各城市的相应措施还是不够的.沈阳地区水安全程 度有所提高,而鞍山和抚顺地区水安全程度提升较 小.辽阳水安全程度提升较快,主要是由于太子河 上游骨干工程观音阁水库于l995年lO月竣工,并 提前在汛期充分发挥了蓄水,泄洪作用,另外由于 “引兰入汤”工程在1998年建成通水后也增加了沿 途城市供水量,缓解水安全压力. 4结论 辽河流域在东北地区占有重要的经济地位,流 域的生态安全及流域经济的生态化发展对于”振兴 东北老工业基地”有着关键性的作用.本文根据水 安全的内涵,准则和辽河流域的特点,提出了一套水 安全评价的指标体系,并运用模糊模式识别理论和 模型,进行了实证研究.结果表明与实际情况基本 相符,评价结论能够为流域的生态环境建设提供警 示信息,确定合理的资源开发利用方式,降低经济发 展作用于自然环境的负荷,从而避免由决策失误而 带来的重大经济损失.所建评价指标体系具有一般 性,可用于其他中尺度流域地区水安全相对优劣程 度的评价与比较.但流域水安全评价是一项庞大而 复杂的工作,涉及流域的各个部门,各个行业,各个流 域单元的利益,水安全评价中有些环节处理不太理 想,一是在状态指标中,由于目前数据的不可得 性,暂时舍去了一部分指标;二是水安全等级的阀值 选取,主观性较强,应寻求一个较好的阀值划定方法. 参考文献: [1]韩字平,阮本清,解建仓.多层次多目标模糊优选模型在 水安全评价中的应用[J].资源科学,2003,25(4):37-42. [2]方子云.提供水安全是二十一世纪现代水利的主要目标 —— 简介斯德哥尔摩前年国际水会议及海牙部长级会 议[J].水利水电科技进展,2001,21(1):9—10. [3]张巧显,欧阳志云,王如松,等.中国水安全系统模拟及 对策比较研究[J].水科学进展,2OO2,13(5):569-577. 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