洮河博峪溝2017—2020年月徑流對降水和氣溫的響應

張克棟，陳徵尼，趙彩娥，仲怡銘

（1.甘肅洮河國家級自然保護區管護中心，甘肅 卓尼 747600；2.甘肅省林業科學研究院，甘肅 蘭州 730020；3.甘肅省興隆山森林生態系統國家定位觀測研究站，甘肅 榆中 730100）

上世紀90年代以來，黃河源區徑流呈顯著減少趨勢[1]，造成區域生態環境嚴重退化[2]。洮河是黃河上游右岸最大一級支流，分析洮河流域徑流變化特征，揭示其驅動因子和機制，既有實踐意義也有學術價值。大氣降水、地表蒸發和平均氣溫是影響地表徑流的主要因子[3]。以月為單位、以小流域為對象研究氣候因子與徑流的關系，比以年為單位、以大流域為對象的研究分辨率高，更能揭示客觀現象的本質[4]。本文以洮河重要水源補給區的卓尼縣博峪溝小流域為對象，研究月際徑流變化特征，并分析其與降水、氣溫的相關性，旨在細致了解黃河上游徑流對區域氣候因子的響應。

1 研究區概況

卓尼縣博峪溝為洮河未級小流域，位于洮河自然保護區內，海拔2 400～3 800 m，面積57.33 km2。高原大陸性季風氣候，植被屬青藏高原植被區的森林草原地帶；植被的坡向分異明顯，森林主要分布于陰坡和半陰坡，陽坡主要分布灌叢、草原和草甸；主要建群針葉樹種有岷江冷杉Abies fargesiivar.faxoniana、青海云杉Picea crassifolia等，主要建群闊葉樹種有紅樺Betula albosinensis、白樺B. platyphylla等，主要建群灌木樹種有杜鵑Rhododendron simsii、山生柳Salix oritrepha等。土壤類型包括褐土、栗鈣土、暗棕壤、山地草甸土、高山草甸土和粗骨土6個土類。

2 數據與方法

徑流數據取自“甘肅林業生態效益監測網絡平臺”卓尼縣博峪溝水文站，月降水量、月均氣溫數據來自卓尼縣氣象局，年限為2017—2020年。全部數據經標準化距平值無綱化處理后用于分析。

徑流監測采用薄壁型直角三角堰結合壓力式水位傳感器（北京雨根，型號RR-9120WL），自動記錄，采樣間隔10 min。

IBM SPSS Statistics 19.0軟件計算皮爾遜（Pearson）相關系數，Microsoft Excel 2007軟件制作圖表。

3 結果與分析

3.1 月際變化趨勢分析

由圖1可見，2017年研究區月徑流量與月均氣溫曲線均大致呈鐘形，二者比較貼近，月均氣溫峰頂出現在7月，月徑流量峰頂則滯后1個月；月降水量則在7月份出現淺谷底，8月急劇上升，與9月構成平緩峰頂，之后與月徑流量一起急劇下降，總體趨勢與月徑流量曲線相近。2018年研究區月徑流量大致呈穹頂狀，但在8月份出現淺的谷底；月均氣溫曲線與月徑流量曲線相近，但在8月份呈平緩峰頂，與同月的月徑流量淺谷底恰恰相反；月降水量曲線在5—7月出現波動式雙峰后直線下降，與月徑流量的曲線偏移較大。2019年研究區月徑流量曲線波動較大，2月上升，3、4月下降至谷底，5月急劇上升至峰頂，之后呈波動式平緩下降，至12月份仍然維持接近平均值的較高水平；月均氣溫呈鐘形，6—8月構成平緩峰頂，與月徑流量曲線的偏移較大；月降水量曲線與月均氣溫曲線貼合較近，但在7月份出現尖銳峰頂，同樣與月徑流量曲線的偏移較大。2020年研究區月徑流量曲線呈偏斜鐘形，7—9月構成比較平緩的峰頂后急劇下降；月均氣溫曲線與月徑流量曲線貼合較近，峰頂則提前1個月；月降水量曲線與月徑流量曲線偏移較大，5月份上升至接近峰頂，至9月小幅波動升至峰頂后急劇下降。綜合研究區4年變化趨勢，月均氣溫曲線與月徑流量曲線貼合較近，5—9月期間月徑流曲線多出現淺的谷底；月降水量曲線與月徑流量曲線貼合較差，二者多數月份升降趨勢相近，5—9月會出現升降相反的形式。上述結果表明，研究區月徑流對降水和平均氣溫存在一定程度的響應，在5—9月間響應度較差。

圖1 2017—2020年研究區徑流、降水、氣溫的月際變化

3.2 相關性分析

由表1可見，研究區月徑流總量與月降水量、月均氣溫相關系數均在0.01置信水平上有統計學意義，說明月徑流總量與月降水量、月均氣溫存在明顯的相關性。一般說來，相關系數絕對值0～0.33時為弱相關，0.33～0.67為中等相關，0.67～1為強相關[6]。表1可見，研究區月徑流總量與月降水量、月均氣溫均屬中等相關，說明其相關程度并不十分緊密，即各自均存在較大程度的獨立性。

表1 研究區月徑流、降水、氣溫相關性

綜合上述分析，研究區月徑流總量與月降水量、月均氣溫均屬中等相關，月徑流對月降水、月均氣溫存在一定程度的響應，在5—9月間響應度較差。說明研究區月徑流對降水和平均氣溫的響應，5—9月響應程度較差，變化復雜，其余月份響應程度中等。

4 結論與討論

2017—2020年，洮河博峪溝小流域，月徑流在5—9月間對降水和平均氣溫的響應程度較差，變化復雜，其余月份響應程度中等。

降水、地表蒸發和平均氣溫是地表徑流的主要影響因子[3]，孫衛國等研究發現，黃河源區月徑流量與區域月降水量、月均氣溫的相關系數分別達到0.734、0.638[4]。本文研究表明，博峪溝小流域月徑流量與月降水量、月均氣溫的相關系數均不足0.6，小于孫衛國等人的研究結果。分析其原因，其一，兩者研究區域不同，黃河源區高寒草甸植被稀疏，博峪溝小流域植被覆蓋率高且類型豐富，既有森林，又有高寒草原和草甸，而植被也是徑流的重要影響因子；黃河源區人為活動少，徑流受人為干擾較少，博峪溝小流域人為干擾較大。其二，兩者研究區內降水類型不同，博峪溝小流域夏季常出強降雨天氣，加之其匯水區呈沿海拔梯度展布的近長方型區域，坡面超滲徑流會及時反映在出溝徑流中。其三，博峪溝小流域5—9月的降水和徑流波動幅度較大，變化比較復雜，徑流與降水的相關程度弱，拉低了二者的總體相關系數。本文研究表明，5月徑流量在各年度均有顯著升高的趨勢，這可能與冬季凍融的水量補充有關；10月至次年2月降水量急劇減少，徑流的水量補充應主要為地下滲流；值得注意的是，該流域3月和9月徑流變化較為特別，可能與徑流的滯后特點有關，需要深入分析。

本文數據的時間序列較短，只有4年，研究結論難免粗糙，尚需細致積累數據，以提高研究結論的精準度，深入揭示小流域尺度徑流變化的機制及其驅動因素。