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水利工程论文-和田绿洲水循环要素变化特征.doc水利工程论文-和田绿洲水循环要素变化特征.doc -- 2 元

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水利工程论文和田绿洲水循环要素变化特征摘要应用距平及差积曲线分析和坎德尔Kendall秩次相关检验表明,和田绿洲气温存在着递增趋势,处于变暖期受气温影响,蒸发能力、空气湿度也呈增加趋势,但不显著降水年际变化较大,年内分配趋于集中,有降水异常现象出现由于人类活动,河流径流减少十分显著。关键词和田河流域气温湿度蒸发降水径流由于人类活动影响,目前全球气候有增温趋势1,2,研究气候变化对水循环的影响已成为水文工作者关注的焦点。和田绿洲气候变化引起了水循环要素的变化,蒸发和空气湿度呈增加趋势,但不明显降水异常现象出现由于人口增长,灌溉面积扩大,引水量显著加大,导致河流径流显著减小。1和田绿洲概况和田绿洲位于新疆塔里木盆地南部边缘,曾经是丝绸之路上一颗璀璨的明珠。绿洲内灌溉农业历史悠久,形成了独具特色的绿洲小气候。和田绿洲内有墨玉县、和田县、洛浦县及和田市,绿洲与沙漠交错分布,生态环境极其脆弱3。和田绿洲降水稀少,蒸发剧烈,光热资源丰富,属典型的大陆性干旱气候。绿洲内是以维吾尔族为主的少数民族聚居区,又是一个以灌溉农业为生存依据的经济落后地区,气候条件及人类活动所引起的变化,导致河流径流锐减,威胁了绿洲的生存。和田绿洲年降水量3.4~100.9mm,多年平均为36.4mm,农作物依赖和田河水灌溉。和田河发源于昆仑山和喀拉昆仑山北麓,流出高山峡谷,浇灌了和田绿洲,自南向北纵贯塔北克拉玛干大沙漠,汇入塔里木河,目前是塔里木河三大源流之一。和田河多年平均流入和田绿洲的水量为44.8亿m3,由于绿洲用水以及沿程蒸发渗漏损失,注入塔里木河多年平均水量仅10.47亿m3。和田河属冰川融雪及降水混合补给型河流,丰枯与气候变化密切相关,直接影响绿洲内各种经济活动,也影响向塔里木河干流的输水。2气温变化和田绿洲内有洛浦、和田、墨玉3个气象站,分析中采用了1954~2000年实测的年平均气温,以及1971~1995年的月平均气温。2.1气温的年际变化表1列出了1954~1995年实测气温、比湿、降水和蒸发变化情况。由表1可知,从1954年到2000年,和田绿洲气温持续上升,增加了0.86℃,说明该段时期气候处于变暖期,与全球气候变化相一致1。50~60年代气温变化不大而70~80年代气温增加显著。表1和田绿洲气温及水循环要素历年变化时段1954~19591960~19691970~19791980~19891990~2000平均温度℃平均比湿平均降水量/mm平均蒸发量/mm12.0041.3338.0246612.0142.0434.1254312.2842.4732.8264912.4241.9657.6280312.8642.0237.62694气温逐年增长主要受全球气候变暖趋势的影响,同时也与绿洲内人类经济活动规模扩大有关。气候的变暖必然导致和田河流域的水循环时空的变化,依赖和田河水资源生存和发展的和田绿洲因而面临新问题。2.2气温年内变化和田绿洲多年平均气温12.2℃。以多年平均值为基础分析各月气温,全年大于平均气温的时间从4月持续到10月,共7个月。用变差系数Cv作为衡量年内各月平均气温相对变化性3,其结果见表2。其中5~9月的变率相对较小,多年来其平均气温的变化幅度在3~4.9℃,即夏季气温相对稳定,没有出现极端酷暑或凉夏的异常现象。冬季,11~2月为最寒冷季节,气温变率相对较大,极端最低气温可达到23.2℃,比该年的月平均最低气温低10.1℃。冬季气温的急剧变化会给当地人民生活和健康带来一定的负面影响,但有利于同年的病虫害防治,农业丰收。表2和田绿洲多年月平均气温及其变率月123456789101112年平均最小最大平均Cv12.11.94.70.466.83.20.0/6.510.88.50.1514.219.416.50.0818.223.120.80.0622.026.123.90.0522.727.725.50.0422.326.824.40.0517.720.719.70.0410.614.412.40.081.77.44.30.308.80.13.00.7211.113.212.20.04注上表中温度单位为℃Cv为系列的变差系数。2.3气温变化的趋势性图1表明过去近50年来和田绿洲气温具有递增趋势。依据坎德尔Kendall秩次相关检验4,当n47,信度水平α0.05时,检验统计量U2.37,其绝对值大于Uα/21.96,表明和田绿洲气温递增趋势明显。和田绿洲气温线性趋势回归方程为T11.920.0147t1式中T表示年平均气温t表示时间,t1,2,47。利用线性趋势的回归检验4,统计量T2.57,大于Tα/22.23可判定和田绿洲气温的线性趋势显著。依据这一趋势性预测的2050年平均气温为13.3℃即比1954年增长1.4℃。文献9应用Hadley中心海气耦合模式,同时考虑温室气体和气溶胶的作用预测塔里木盆地气温变化趋势,其结果与本研究基本相符但本研究表明冬季增温显著,夏季气温稳定这则与文献9差异较大。与IPCC最新公布的4个大气与海洋耦合GCMs情景模拟的平均结果相比,也很接近IPCC4个模式在该区域图1和田绿洲气温差积与距平曲线2020~2039年平均增温0.9℃引自http//ipccddc.cru.uea.ac.uk,本研究表明在这一时段内增温约0.7℃。3蒸发变化和田绿洲气候干旱,实测年蒸发量为2219~3137mm,多年平均2684mm,远大于降水量,足以说明和田绿洲的蒸发剧烈程度。用干燥指数来描述气候干旱程度,则和田绿洲的干燥指数为25~842。最小值发生在1987年,降水量达最大100.9mm,但蒸发量2505mm不是最小值最大值发生在1985年,降水量为最小3.4mm,蒸发量则高达2864mm。3.1蒸发的年际变化由表1和图2可知,和田绿洲的蒸发量在80年代后呈现逐渐增加的趋势,与气温变化基本一致。和田气候变暖会引起蒸发加剧,从而降低作物的水分利用效率,对农业生产不利。3.2蒸发的年内变化和田绿洲年内各月蒸发量实测值见表3。月蒸发量随季节变化而变化,冬季11~2月蒸发最小,只占蒸发总量的初春秋末3月和10月由于气温升降快,蒸发变化迅速,占总蒸发量的13.8年内蒸发主要集中在4~9月,与气温变化一致。图2和田绿洲年蒸发量的距平和差积曲线从蒸发变率来看,蒸发量越大,蒸发变率越小,蒸发越稳定冬季蒸发变率大于夏季,即夏季蒸发较冬季稳定。分析冬季11~2月蒸发序列表明,存在与冬季气温变化一致的显著递增趋势,其线性回归方程为E232.91.95tR0.4194式中E为冬季蒸发量其余符号同上。表3和田绿洲历年各月蒸发及其变率单位mm月123456789101112年最小最大平均均值比Cv1658421.540.2528106762.810.261362481957.220.1722639131111.50.1128944437613.90.1132947439714.70.0931449739314.50.0928440633912.50.101853592609.600.131452211786.580.1067128963.550.152063441.630.252219313726480.08注上表中月数据统计时段为1971~1995年,年数据统计时段为1954~1995年均值比例指各月的平均值与多年平均值2707mm,即1971~1995年的均值之比。从以上分析得知,和田绿洲蒸发主要受气温的影响。通过冬季气温与蒸发的相关分析,二者的相关系数为0.853,远远高于年气温与蒸发之间的相关系数0.490,而在其余季节,二者的相关系数为0.507,即冬季气温对冬季蒸发的影响更大,其余季节次之。和田绿洲气温,尤其是冬季气温的升高,对当地的水平衡和生态环境将会产生重要影响,值得关注。4湿度变化4.1比湿的年际变化比湿是衡量空气湿度的重要指标,收集到和田1954年以来年平均值和1970以来的月平均值。蒸发的增大一般会使空气湿度增大,但和田绿洲内部绿地与沙漠交错分布,外部又三面被塔克拉玛干大沙漠包围,蒸发的水汽迅速扩散消耗,导致绿洲湿度没有增加。由图3可以看出,47年来比湿变化与蒸发相接近依据坎德尔Kendall秩次相关检验4,当n47,信度水平α0.05时,检验统计量U1.68,其值小于Uα/21.96,表明湿度无明显递增趋势。4.2湿度的年内变化表4列出了1970~2000年比湿的各月特征值。由表4可知,冬季12~2月比湿较高,但变化也较大,反映在Cv较大上春季3~5月较低夏季比湿相对稳定,Cv较小。冬季和田绿洲没有农作物生长,这时空气湿度高没有实际意义。春季因风多,空气中的水汽扩散很快,因此湿度图3和田绿洲比湿距平与差积曲线最低,故需要大量灌水,以满足作物发芽和生长。表4和田绿洲历年各月比湿及其变率月123456789101112年均最大最小平均Cv753854.70.15812445.70.28532735.00.22392429.50.16472634.80.154831380.14553443.20.13553545.10.10593744.10.12573342.70.13593745.60.13763745.60.1348.735.542.80.08注上表中月均值计算时段为1971~1995年,年均值为1954~1995年比湿单位为kg/kg。5降水变化和田绿洲降水量极少,不直接产流,是该地区干旱的主要原因之一。降水变化特征分析,对了解其变化趋势及未来雨水资源利用具有重要意义。5.1降水的年际变化和田绿洲降水实测值如表1所示。从50年代到70年代,年平均降水量逐渐减少,到80年代开始上升,90年代降水量达到最高。年降水量存在不明显的递增趋势,降水变率Cv为0.59,比甘肃敦煌的0.57稍大3。由表1可知,50年代中后期到70年代末,降水量都小于多年平均降水量36.4mm,并且在逐渐减小其中70年代为枯水期,降水量比多年平均值低9.9。80年代与90年代降水都高于多年平均情况,其中80年代为丰水期,降水量超出多年平均值的30.8。年降水量差积曲线如图4所示,和田绿洲的年降水量变化可分为3个阶段,1954~1971年之间,年降水量呈递减趋势,但不十分明显1972年为偏丰年,使差积曲线抬升,随后从1973~1986年之间,年降水量逐渐递减,较前一递减段的趋势更明显第3段初期,1987年和1988年连续出现丰水年进入90年代后降水丰枯交替频繁。利用气候异常的概念5来分析年际降水量的变化。如果某年降水量Pi满足下式则认为该年降水量异常式中σ为年降水系列的均方差,经分析计算σ21.4。在42年的实测序列中,只有72、87和88年降水量偏多异常,而没有出现降水量偏少异常,见图4。
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