气候变化对金沙江干流径流的影响分析

侯 丽 娜

(长江勘测规划设计研究院，武汉 430010)

近几十年以来，全球气候都在发生难以忽视的变化，全球变暖已是不争的事实。自1988年IPCC成立以来，已经完成了5次关于全球气候变化的评估报告[1-3]，其中第5次评估报告指出：1880-2012年间全球平均地表温度升高了0.85 ℃；未来21世纪中期和末期与1986-2005年相比，全球平均气温仍会上升1.0～2.0和1.0～3.7 ℃[3,4]。根据国内近百年观测成果，20世纪中国平均地表气温上升了0.5～0.8 ℃[5]，与全球变暖趋势一致。气候变化将对多个领域产生影响，也将改变全球水循环的现状，导致水资源的时空分布的重新分配[6,7]，相应的对河川径流产生影响[8-12]。

金沙江是长江上游河段的重要组成部分，是我国西部重要的水电基地，同时也是南水北调、滇中引水等重要调水工程的取水水源，因此分析气候变化对其径流的影响，对金沙江流域的水文水资源及其应用具有重要的价值和意义。近年来，卢璐[7]、田永丽[13]、陈媛[14]等对金沙江近40～60年气候和径流变化进行了研究分析，结果表明，金沙江流域气温、年降水量和径流均呈上升趋势。

本研究以金沙江干流为研究对象，采用率定后的RS模型，对未来气候情景下金沙江流域水文循环过程进行模拟，分析未来近期(2021-2050年)和远期(2070-2099年)两个时期内金沙江干流径流变化特点，为流域水资源及其应用提供科学依据。

1 研究区概况

金沙江流域位于我国青藏高原、云贵高原和四川盆地的西部边缘，东经90°23′～104°37′，北纬24°28′～35°46′之间，跨越青海、西藏、四川、云南、贵州5个省(自治区)，流域面积约50 万km2，金沙江源头至宜宾干流全长约3 500 km，总落差5 100 m。金沙江干流以青海省直门达至云南省石鼓断面为上游，以石鼓断面至四川省屏山县新市镇为中游，以新市镇至宜宾市城区合江门为下游，金沙江干流全长2 316 km，流域面积33.55 万km2。

本研究收集了流域内及周围共计55个气象站、6个重点控制站和300多个雨量站1961-2010年降水和气温资料，以及73个水文站径流资料。从上至下分别选择直门达、石鼓、攀枝花和屏山4个干流水文站(断面)为统计断面，分析未来气候变化对金沙江干流径流的影响。

2 模型率定

采用RS模型为水文预报模型，对金沙江流域水文循环过程进行模拟。该模型可用于短期、中期和长期水文预报预测，以及未来气候情景下的水资源情势评估。建模过程中，以雨量站和个水文站实测数据为输入源，对模型的参数进行率定并进行检验。对比主要水文站2010-2015年期间的模拟值与实测值可知，模型在研究区的平均纳西效率系数为0.58，其中直门达、石鼓、攀枝花、屏山断面纳西效率系数分别为0.77、0.89、0.66和0.83，说明模型能较好地模拟金沙江流域及干流主要断面的径流过程，可用于水文预报及后续的气候变化影响分析。

3 气候变化情景

以1981-2010年条件为现状情景(以下简称基准情景或baseline)。

未来气候情景设定方法包括类别情景、惯性情景、增量情景和GCM情景[15]，其中增量情景和GCM情景为较为常用情景设定方法[15,16]。本研究以IPCC第5次评估报告给出的排放情景和GCM情景为基础，选择适合研究区且适当的排放情景和气候模式进行组合，最终形成近期(2021-2050年，NF)8种、远期(2070-2099年，FF)16种共计24种未来气候变化情景(见表1)。

表1 气候变化情景组合表Tab.1 Climate change scenarios adopted

4 影响分析

4.1 年径流变化分析

表2给出了基准情景、未来近期和远期金沙江主要断面多年平均径流量，图1给出了近期、远期各断面多年平均径流量较基准情景下的变化率。结果表明：①与基准情景相比，金沙江干流主要断面的多年平均径流量未来整体呈现增加趋势，其中近期各断面年径流量增加在2.1%～8.2%，远期各断面增加在4.0%～8.4%；②干流各断面年径流量增加率自上而下减小，即上游断面增加比例高于中游、中游高于下游，说明自上而下对气候变化的敏感度逐渐降低；③从不同时期分析，上游多年平均径流量近期、远期增加率相近，而中下游多近期增加率明显低于远期；④远期情景较近期情景成果相比，指标的变异性(均方差)更大，因此其具有更高的不确定性。

此外，表2也给出了不同时期内年径流序列从大到小排列的10和90百分位数值(R10和R90)，分别表示不同时期内偏丰年和偏枯年径流量。其结果表明：未来随着气候变化，金沙江偏丰年和偏枯年径流量整体均呈增加趋势，与多年平均径流量趋势一致。

表2 不同时期各断面年径流均值和百分位值 亿m3

注：表中近期和远期值，为近期8种和远期16种气候变化情景下相应年径流均值和百分位值的平均值。

图1 不同时期各断面多年平均径流量变化率Fig.1 Change rate of annual runoff during different period of each section

4.2 月径流变化分析

表3给出了基准情景、近期和远期平均月径流的最大和最小极值比；图2给出了未来气候变化情景下，近期和远期月径流与基准情景相比的平均变化率成果；图3给出了基准情景和未来气候变化情境下，各断面月径流占比情况。

表3 不同时期月径流极值比Tab.3 Extreme value ratio of monthly runoff

图2 不同时期各断面月径流变化率Fig.2 Change rate of monthly runoff during different period of each section

图3 不同时期各断面月径流占比Fig.3 Scale drawing of monthly runoff during different period of each section

根据图2、图3和表3呈现的结果表明：①在不同的气候情景下，各断面的月径流变化呈现明显的季节性特征，春、冬季节普遍呈现下降趋势，而夏、秋季节则呈现普遍的增加趋势；②从汛期和非汛期看，金沙江干流汛期来水量普遍增加，非汛期来水量普遍下降；③从极值比分析，近期和远期各断面极值比均有所上升，但近期和远期极值比差别不大；④总体而言，虽然径流的年内分配的不均匀性将有所增加，但并未显著改变径流的月分配过程。

4.3 日流量变化分析

除对年径流、月径流进行分析外，本研究还对日径流变化进行分析。统计各断面日流量系列从大到小排列的10和90百分位数值(Q10和Q90)，分别表示系列中的偏丰流量和偏枯流量，图4和图5分别给出了未来气候变化情境下各断面Q10和Q90较基准情景的变化率。结果表明：①近期情境下，各断面指标变化趋势具有较好的一致性，Q10呈增大趋势，平均增大2.0%～7.2%，Q90呈减小趋势，平均下降4.6%～12.6%；②远期情境下，指标变化趋势与近期一致，Q10平均增大4.2%～7.1%，Q90平均减少1.7%～11.7%；但与近期相比，指标的均方差更大，变异性和不确定性更高；③上游指标变化相比中下游更为明显，对气候变化的敏感程度要高于中下游；④总体而言，在未来气候变化趋势下，金沙江干流丰水流量呈增加趋势、枯水流量呈下降趋势。

图4 气候变化情境下各断面Q10较基准情景变化率箱形图Fig.4 Change rate box plot of climate change scenarios compared with baseline (Q10 index)

图5 气候变化情境下各断面Q90较基准情景变化率箱形图Fig.5 Change rate box plot of climate change scenarios compared with baseline (Q90 index)

5 结 语

本文选择金沙江为研究区域，以IPCC第5次评估报告给出的排放情景和GCM情景相组合的方式设置气候变化情景，选择直门达、石鼓、攀枝花和屏山为分析断面，探讨未来气候变化对金沙江干流径流可能产生的影响，并得出如下结论。

(1)随着未来气候变化，金沙江干流多年平均径流量呈现增加趋势，上游至下游其增加比例逐渐减小；偏丰年和偏枯年径流量变化趋势与多年平均径流量一致，呈增加趋势。

(2)随着未来气候变化，金沙江干流径流年内分配不均匀性将有所增强，夏秋季来水增加、春冬季来水减少，汛期来水增加、非汛期来水减少，但并未显著改变径流的年内分配过程。

(3)随着未来气候变化，金沙江干流丰水流量呈增加趋势、枯水流量呈下降趋势，这也将进一步引起干流的洪水和干旱变化，对水资源应用产生一定的不利影响。

(4)在设定的未来两个时期内，与近期情景相比，远期情景具有更高的不确定性。

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参考文献：

[1] 水利部应对气候变化研究中心.气候变化权威报告----IPCC报告[J].中国水利,2008,(2):38-40.

[2] 刘春蓁.自然气候变异与人为气候变化对径流影响研究进展[J].气候变化研究进展,2008,(3):133-139.

[3] IPCC. Working group i contribution to the IPCC fifth assessment report, climate change 2013: the physical science basis: summary for policymakers[R/OL]. http:∥www.climatechange2013.org/images/uploads/WGIAR5SPM_Approved27Sep2013.pdf, 2013-10-28.

[4] 沈永平,王国亚.IPCC第一工作组第五次评估报告对全球气候变化认知的最新科学要点[J].冰川冻土,2013,(5):1 068-1 076.

[5] 秦大河,丁一汇,苏纪兰, 等.中国气候与环境演变评估(Ⅰ):中国气候与环境变化及未来趋势[J].气候变化研究进展,2005,(1):4-9.

[6] 陈剑池,金蓉玲,管光明.气候变化对南水北调中线工程可调水量的影响[J].人民长江,1999,(3):9-10,16.

[7] 卢 璐,王 琼,王国庆, 等.金沙江流域近60年气候变化趋势及径流响应关系[J].华北水利水电大学学报(自然科学版),2016,(5):16-21.

[8] 王苓如,薛联青,王思琪, 等.气候变化条件下洪泽湖以上流域水资源演变趋势[J].水资源保护,2015,(3):57-62.

[9] 何自立,史 良,马孝义.气候变化对汉江上游径流特征影响预估[J].水利水运工程学报,2016,(6):37-43.

[10] 周晓曦,阿布都热合曼·哈力克.气候变化对和田河径流的影响研究[J].中国农村水利水电,2017,(3):21-25.

[11] 唐芳芳,徐宗学,左德鹏.黄河上游流域气候变化对径流的影响[J].资源科学,2012,(6):1 079-1 088.

[12] 刘苏峡,丁文浩,莫兴国, 等.澜沧江和怒江流域的气候变化及其对径流的影响[J].气候变化研究进展,2017,(4):356-365.

[13] 田永丽,张 超,戴 敏, 等.近44年金沙江中下游径流变化及其对气候变化的响应[C]∥ 第31届中国气象学会年会,2014:1-10.

[14] 陈 媛,王顺久,王国庆, 等.金沙江流域径流变化特性分析[J].高原山地气象研究,2010,(2):26-30.

[15] 郝振纯,李 丽,王加虎, 等.气候变化对地表水资源的影响[J].地球科学(中国地质大学学报),2007,(3):425-432.

[16] 贾仰文,高 辉,牛存稳, 等.气候变化对黄河源区径流过程的影响[J].水利学报,2008,(1):52-58.