修改稿-雅鲁藏布江流域径流变化特征分析.doc

雅鲁藏布江流域径流变化特征及趋势分析* 基金项目：国家自然科学基金（40830639）
第一作者简介：洛珠尼玛（1966－），男（藏族），西藏那曲人，工程师，河海大学西藏特培生，主要研究方向为流域水文过程模拟及预报。

洛珠尼玛1，王建群2，徐幸仪2
（1.西藏自治区水文局，西藏 拉萨 850000；2.河海大学水文水资源学院，江苏 南京210098）

摘要：本文采用Mann-Kendall秩次相关检验法等分析方法对雅鲁藏布江流域径流变化特征及年降水量、年蒸发皿观测系列进行了详细研究。雅鲁藏布江上中下游控制站径流上世纪60年代最丰，80年代最枯，年平均流量过程总体上呈略有下降趋势，但不显著。1960～1981年，中水年和丰水年份较多；1982～1997年，中水年和枯水年份较多；自1998年以来，丰水年份的机会较多。径流量主要集中在汛期(7～9月)，其中，8月份径流量最大，2月～3月份径流量最小，径流量月最大值是月最小值的约12倍；径流年内分配不均匀系数和7～9月占全年比例年际间较稳定。雅鲁藏布江流域降水量和径流变化不显著，气温和蒸发呈明显增加趋势。
关键词：气候变化；青藏高原；水循环；径流 ；降水；蒸发

1 引言
雅鲁藏布江流域界于东经82º00´～97º07´和北纬28º00´～31º16´之间，流域面积24.2万km2；东西最大长度约1500km，南北最大宽度约290km，平均宽度约166km；雅鲁藏布江流域发源于喜马拉雅山北麓杰马央宗冰川，源头海拔5590m。青藏高原因其高海拔、地表物理性质复杂等特点，在全球气候变化中具有其自身特殊的演变规律[1，2]，是全球变化研究的热点区域。研究位于青藏高原腹地的雅鲁藏布江流域径流变化特征及趋势，对全球变化研究有着重要的意义。
关于西藏高原地区气候变化趋势和雅鲁藏布江流域径流变化特征，有着大量的研究。文献[3-6]的研究一致认为，20 世纪60 年代以来西藏高原年平均气温全面上升。文献[7] 利用西藏1971-2000年月降水量资料分析了近30年高原降水的变化趋势，结果发现西藏大部分地区年降水量变化为正趋势，降水倾向率为1.4-66.6mm/10a，而阿里地区呈较为明显的减少趋势。文献[8] 利用西藏高原近40 年来的逐月气象数据分析了近40 年来西藏高原气候变化的主要特征，认为降水趋势变率空间分布上的基本规律是，其大小由东往西逐渐减小, 藏中和藏东为上升趋势, 藏西为下降趋势。文献[9,10]分别采用Morlet 小波分析了雅鲁藏布江干流径流年际变化和季节性变化的多时间尺度演变规律, 揭示了不同尺度下径流变化周期。文献[11] 利用雅鲁藏布江流域1956-2000年近45年的实测径流资料对雅鲁藏布江流域径流变化特征进行了研究，认为雅鲁藏布江流域径流的年际变化较稳定,年内分配极不平衡。文献[12] 选取雅鲁藏布江流域1956-2008年各干支流10个代表站的年径流实测资料，分析年径流的变化特征及其内部相依性，并进行趋势分析和周期成分分析，认为雅鲁藏布江流域径流的年际变化较小，年内分配极不平衡，径流受季节影响较大。文献[13]运用Mann- Kendall 非参数检验方法, 分析了雅鲁藏布江流域1956-2000年的年径流演变规律及其驱动因子，认为雅鲁藏布江流域径流总体上呈减少的趋势, 演变过程中表现出明显的阶段性和突变性。文献[14]采用Hilbert-Huang变换对雅鲁藏布江干支流上的10个水文站1956-2000年天然径流资料进行分析,探讨了雅鲁藏布江流域年径流变化的近似周期及其演变趋势，发现雅鲁藏布江干支流在20世纪60年代左右径流量较大,但在进入60年代中后期之后,年径流量呈逐渐减小的趋势,这种趋势在80年代附近达到极小值,此后径流量逐渐回升,并在90年代后逐渐进入相对丰水期。
关于雅鲁藏布江流域水循环特征和演变趋势尽管有着大量的研究，但是，基于近期最新水文气象观测，研究雅鲁藏布江流域气候变化背景下的径流变化特征和趋势，仍然是一个十分值得关注的研究课题。本文将利用雅鲁藏布江干流上中下游三个水文站的数据，对雅鲁藏布江流域径流变化特征和演变趋势进行分析研究。
2 径流年际变化特征
雅鲁藏布江干流上自上而下分布着奴各沙、羊村、奴下等水文站，其中奴各沙站在年楚河入雅江口的下游，积水面积106060 km2；羊村站在拉萨河入雅江口的下游，积水面积151507 km2；奴下站在尼洋河入雅江口的下游，积水面积191235 km2。
根据主要干流控制站奴各沙、羊村、奴下水文站，1960～2009年年平均流量观测资料统计分析得雅鲁藏布江流域年径流量年际变化统计见表1。

表1 雅鲁藏布江流域年径流量年际变化分析
Table 1 Analysis of the Interannual variation of annual runoff
站 名
1960～1969
平均年径流量（108m3）
1970～1979平均年径流量（108m3）
1980～1989平均年径流量（108m3）
1990～1999平均年径流量（108m3）
2000～2009平均年径流量（108m3）
1960～2009平均年径流量（108m3）
奴各沙
188.84
160.01
136.08
151.72
174.74
162.28
羊 村
340.59
280.51
249.70
291.14
336.74
298.90
奴 下
662.61
574.90
527.91
588.15
642.70
597.96

由表1可以看出，雅江奴下站多年平均径流量597.96×108m3。，雅江流域上世纪60年代最丰、80年代最枯。
采用Mann-Kendall秩次相关检验法[15]、线性回归分析法对雅鲁藏布江主要控制站1960～2009的年平均流量系列进行统计分析，结果见表2和图1～图3。在表1中，M-K U表示Mann-Kendall秩次相关检验统计量U，Mann-Kendall倾斜度，具体定义如下。
对时间序列（n为样本长度），定义Mann-Kendall秩次相关检验统计量U如下：
（1）
（2）
（3）
其中m为“结”的总数，,j=1,2,…,m表示第j个“结”的宽度。当n增大时，U很快收敛于标准正态分布。给定显著性水平，其双边正态分位数值，当时，时间序列变化趋势显著。称统计量U为Mann-Kendall秩次相关系数。还定义Mann-Kendall倾斜度如下：
（4）
其中。当时，表示上升趋势；当时，表示下降趋势。

表2 雅鲁藏布江主要控制站年平均流量系列趋势分析
Table 2 Long-term changes trend of annual average discharge
水文站
M-K U
M-K β
线性趋势 ((m3/s)/a)
统计年份
奴各沙
-0.93
-1.67
-1.46
1960-2009
羊 村
-0.16
-0.50
-0.21
1960-2009
奴 下
-0.47
-0.67
-1.32
1960-2009

图1 奴各沙站年平均流量系列变化趋势
Fig.1 Changes trend of annual average discharge of Nugesha

图2 羊村站年平均流量系列变化趋势
Fig.2 Changes trend of annual average discharge of Yangcun

图3 奴下站年平均流量系列变化趋势
Fig.3 Changes trend of annual average discharge of Nuxia

由表2和图1～图3可知，雅鲁藏布江主要控制站年平均流量过程总体上略有下降趋势。M-K 统计量U=-0.16～-0.93，其绝对值没有超过显著性水平为α=0.05的双边正态分位数值1.96，因此主要控制站年平均流量过程下降趋势不显著。
为进一步探讨年径流丰枯变化的规律，首先作出最下游奴下站年径流量P-Ⅲ型理论频率曲线，设小于25％为丰水年，大于75％为枯水年，频率在25～75％为中水年，计算得出丰水年与中水年的分界流量分别为2100m3/s 和1610 m3/s；年径流系列进行丰、中、枯分类，并绘图见图4。

丰水年
中水年
枯水年

图4 奴下站丰水年枯水年出现过程
Fig.4 The process of wet year and dry year in Nuxia

由图4可以看出，1960～1981年，中水年和丰水年份较多；1982～1997年，中水年和枯水年份较多；自1998年以来，出现丰水年份的机会较多，出现中水年份的机会较少，只有2009年是枯水年。
3 径流年内变化特征
雅鲁藏布江主要控制站1960-2009年多年月平均流量见图5。由图5可以看出，径流量主要集中在汛期(7～9月)，8月份径流量最大，上游代表奴各沙站2月份径流量最小，中游和下游代表站羊村、奴下站3月份径流量最小，三站径流量月最大值与月最小值的倍数分别为12.3、12.6和12.2。

图5 雅鲁藏布江主要控制站多年月平均流量
Fig.5 The average of many years of monthly runoff

为了进一步分析径流年内分配特征变化规律，采用不均匀系数Cu和7～9月占全年比例Cx来刻画径流年内分配特征，采用Mann-Kendall统计量U和倾斜度β、线性趋势提取发来分析Cu和Cx的变化趋势。其中年径流年内分配不均匀系数Cu定义如下：
（5）
其中为各月径流量，i=1,2,…12。对下游奴下站径流年内分配不均匀系数系列和径流7～9月占全年比例系列进行统计分析，结果见表3、表4。由表3、表4可以看出，径流年内分配不均匀系数和7~9月占全年比例年际间变化较稳定。

表3 雅鲁藏布江主要控制站径流年内分配不均匀系数系列趋势分析
Table 3 Long-term changes trend of Cu
水文站
M-K U
M-K β
线性趋势
统计年份
奴各沙
-0.6859
-0.0013
-0.0006
1960-2009
羊 村
-1.3016
-0.0019
-0.0017
1960-2009
奴 下
-0.7499
-0.0007
-0.0007
1960-2009

表4 雅鲁藏布江主要控制站径流7～9月占全年比例系列趋势分析
Table 4 Long-term changes trend of Cx
水文站
M-K U
M-K β
线性趋势
统计年份
奴各沙
-0.1004
-0.0001
-0.00005
1960-2009
羊 村
-0.8534
-0.0005
-0.0005
1960-2009
奴 下
-0.5603
-0.0003
-0.0003
1960-2009

4年降水和蒸发变化趋势
采用Mann-Kendall秩次相关检验法、线性回归分析法对雅鲁藏布江上中下游代表站，1960～2009年年降水量、20cm蒸发皿蒸发量系列进行统计分析，结果见表5、表6。

表5 雅鲁藏布江代表站降水量变化趋势分析
Table 5 Long-term changes trend of annual precipitation
水文站
M-K U
M-K β
线性趋势
统计年份
奴各沙
-1.79
-1.94
-2.16
1960-2009
羊 村
-0.38
-0.53
-0.67
1960-2009
奴 下
1.07
0.99
0.99
1960-2009

表6 雅鲁藏布江代表站蒸发量变化趋势分析
Table 6 Long-term changes trend of annual potential evaporation
水文站
M-K U
M-K β
线性趋势
统计年份
奴各沙
6.2
31.55
27.89
1960-2009
羊 村
1.06
5.07
5.17
1960-2009
奴 下
3.51
4.60
6.30
1960-2009

由表5、表6可知，上、中游代表站年降水量呈下降趋势，下游代表站呈增加趋势，但均不显著；年蒸发量为显著增加趋势。
5 结 语
本文采用Mann-Kendall秩次相关检验法、线性回归分析法、丰中枯分类、不均匀性度量等方法对雅鲁藏布江上中下游控制站的年径流特性和年内分配特征以及年降水量、年蒸发皿观测系列进行了详细研究，结论如下：
（1）雅鲁藏布江上中下游控制站径流变化上世纪60年代最丰，80年代最枯，下游控制奴下站多年平均径流量597.96×108m3。
（2）上中下游控制站的年平均流量过程总体上略有下降趋势，但不显著。
（3）下游控制奴下站为例，1960～1981年，中水年和丰水年份较多；1982～1997年，中水年和枯水年份较多；自1998年以来，出现丰水年份的机会较多，出现中水年的机会较少，只有2009年是枯水年。
（4）上中下游控制站平均径流量主要集中在汛期(7～9月)，8月份径流量最大， 2月~3月份径流量最小，三站径流量月最大值与月最小值的倍数分别为12.3、12.6和12.2。径流年内分配不均匀系数和7~9月占全年比例年际间较稳定。
（5）上、中游代表站年降水量呈下降趋势，下游代表站呈增加趋势，但均不显著；年蒸发量呈显著增加趋势。
（6）雅鲁藏布江流域降水量和径流变化不显著，气温和蒸发呈明显增加趋势。

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Change Character and Trend of Runoff in Yarlung Zangbo River Basin
LuoZhu Ni-ma1
(Hydrology Bureau of Tibet Autonomous Region, Lhasa 850000, China)
Wang Jian-qun , Xu Xing-yi
(College of Hydrology and Water Resources, Hohai University, Nanjing 210098, China)

Abstract: In this paper, the change character of runoff, annual precipitation and the series of annual evaporation observed by evaporating dish are analyzed by using Mann-Kendall test and other methods in the Yarlung Zangbo River Basin. The most abundant annual runoff happened in the 1960’s, the 1980’s annual runoff is the most inadequate/insufficient. There is little downward trend in the process of annual average discharge of the control stations at upstream, middle stream and downstream on Yarlung Zangbo river, but the decreasing trend is not significant. More normal years and wet years appeared from 1960 to 1981, more normal years and dry years appeared from 1982 to 1997. Since 1998, more wet years have appeared. The annual runoff volume almost concentrates in the flood season (July-September). The runoff volume is the largest in August and smallest in February and March, the largest monthly runoff is about 12 times the smallest monthly runoff. The inter-annual variation trend 0f the nonuniform coefficient of the annual runoff distribution is stable, the runoff volume from July to September accounting for the annual total runoff volume is also stable. The variation of the precipitation volume and runoff is not significant in Yarlung Zangbo River Basin, while there is a significantly increasing trend in the temperature and evaporation.
Key words: Climate Change; Qinghai-Tibetan Plateau; water Cycle; Runoff; Precipitation; Evaporation

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