1960-2006年河北省張家口氣候變化及地下水影響分析

1960-2006年河北省張家口氣候變化及地下水影響分析

根據(jù)研究，世界平均氣溫從20世紀(jì)50年代的0.5u上升到5.5。20世紀(jì)90年代，中國(guó)的年平均氣溫比去年增加了0.68。河北省的年平均氣溫也有上升趨勢(shì)。全國(guó)降水量的變化趨勢(shì)是南澇北旱,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響,河北省的年降水和夏季降水量均呈減少的趨勢(shì)。張家口市地處河北省西北山地,屬干旱半干旱地區(qū)。多年平均降水量400mm左右,平均水資源總量21.91億m3,人均水資源占有量不足500m3,約占全國(guó)人均水量的1/5;耕地畝均水資源占有量不足160m3。全市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水占總用水量的75%,是全國(guó)水資源緊缺地區(qū)之一。在氣候變暖的大背景下,張家口水資源短缺的矛盾更加突出、干旱災(zāi)害頻繁發(fā)生、農(nóng)業(yè)損失加重。目前,研究氣候變化和水資源評(píng)價(jià)的較多,但把氣候、水資源、生態(tài)環(huán)境及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局結(jié)合在一起研究的尚不多見(jiàn)。因此,針對(duì)張家口壩上地區(qū)部分淺層機(jī)井干枯、地下水位下降等問(wèn)題,研究氣候變化及出現(xiàn)的一系列水資源和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,對(duì)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。1資料及資料說(shuō)明1960-2006年氣溫、降水等氣象資料來(lái)自張家口市氣象局資料室;同期徑流深、徑流量采用張家口清水河水文站資料,來(lái)源于市水文勘察局;大青溝水庫(kù)地下水埋深為1983-2003年,其它地下水埋深年月資料為2003-2006年,水庫(kù)、湖泊等資料為1960-2004年,均來(lái)自張家口市水務(wù)局;蔬菜種植面積等資料來(lái)自張家口市農(nóng)業(yè)局。張家口河流主要水系有永定河、內(nèi)陸河和清水河。本文所選水資源資料為內(nèi)陸河和清水河,資料范圍涵蓋壩上四縣及壩下大部縣市,具有一定的代表性。變化趨勢(shì)分析采用計(jì)算累積距平的方法。2結(jié)果與分析2.1氣候變化分析2.1.1年齡與累積距的變化表1為張家口年季平均氣溫變化趨勢(shì)和顯著性檢驗(yàn),由表中可見(jiàn),47a來(lái),當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁爻蕵O顯著增加趨勢(shì),平均升速為0.40℃/10a;年氣溫累積距平(圖1)顯示,氣溫變化表現(xiàn)出明顯的兩個(gè)階段,1986年以前氣溫較低,累積距平呈明顯下降,1986年后氣溫較高,累積距平開(kāi)始上升,一直持續(xù)到2006年。由表1和圖1可見(jiàn),各季氣溫的變化趨勢(shì)不同。冬、春、秋季的氣溫均為明顯的增加趨勢(shì),冬季平均升高速率為0.68℃/10a,春、秋季平均升速為0.43℃/10a;相應(yīng)地(圖1),冬季的氣溫累積距平變化過(guò)程與年平均氣溫一致,但幅度較大,說(shuō)明1986年以前冬季氣溫更低,1986年以后冬季的升溫幅度更大。春季氣溫從1997年以后升高的速度較快。可見(jiàn),張家口年平均氣溫升高主要是冬季和春季引起的。2.1.2水總體的變化由表2可見(jiàn),47a來(lái),張家口地區(qū)年、季降水量的變化趨勢(shì)均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn),說(shuō)明年和夏季降水總體上的變化趨勢(shì)不明顯;但從降水量累積距平變化過(guò)程(圖2)可見(jiàn),年降水量與夏季降水量一樣,均有兩個(gè)較明顯的上升階段,分別是:1966-1979年和1990-1996年;有兩個(gè)下降階段,分別是:1980-1989年和1997-2006年。其它季節(jié)降水量沒(méi)有明顯的變化。2.2流量分析2.2.1年徑流與降水的關(guān)系圖3為張家口清水河1960-2006年的年徑流深變化過(guò)程。由圖3a可見(jiàn),47a來(lái)年徑流深變化幅度較大,在波動(dòng)中呈顯著的減少趨勢(shì),1980-1989年,由82.0mm減少到6.4mm、1996-2005年由66.9mm減少到5.0mm。年徑流深距平累積圖(圖3b)顯示,1960-1979年和1992-1998年徑流深為增加階段,1980-1991年和1997年后為減少階段,尤其是1999年以后,徑流深直線減少。說(shuō)明20世紀(jì)60、70年代和90年代中期為豐水期、而20世紀(jì)80年代和20世紀(jì)末到21世紀(jì)初為枯水期。對(duì)比圖3與圖2可見(jiàn),河道年徑流深與降水量關(guān)系密切,相關(guān)分析顯示,年徑流深與年降水量、夏季降水量的相關(guān)系數(shù)分別為0.59和0.62,均通過(guò)了0.001顯著性檢驗(yàn),說(shuō)明張家口清水河徑流的主要補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水,而大氣降水主要集中在夏季的6-8月,夏季降水量對(duì)河流的豐枯有決定作用。同時(shí),分析顯示,1960-2006年徑流量和年降水量的變異系數(shù)分別為0.51和0.19,說(shuō)明河道徑流變化除受降水量的影響外,還有下墊面等其它因素的影響,徑流的變化幅度大于降水;而時(shí)間上也有一定的滯后。2.2.2水下埋深的顯著性檢驗(yàn)典型地區(qū)地下水埋深變化調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表3和圖4。圖4a是尚義縣大青溝水庫(kù)1983-2003年年平均地下水埋深變化,可以看出,分析期內(nèi)尚義縣大青溝水庫(kù)的地下水埋深有明顯加深的趨勢(shì)(通過(guò)了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)),尤其是1996年以后加深趨勢(shì)較為明顯;圖4b是張北縣兩面井2003年7月-2006年1、4、7、10月地下水埋深變化,同樣有明顯加深趨勢(shì)(通過(guò)了0.05水平的顯著性檢驗(yàn))。張北縣兩面井的地下水埋深由2003年7月的5.1m下降到2006年10月的11.8m,3a下降了近7m。表3是壩上地區(qū)的張北、尚義、康保縣2003-2006年地下水埋深變化,期間各地地下水埋深的普遍加深幅度在3～8m。2.2.3黃蓋吾水庫(kù)干的原因安固里淖屬內(nèi)陸河流域,是河北省北部最大的天然湖泊,由于其面積較小稱為淖。位于張北縣西北部,正常蓄水量1.2億m3,水深1.2～4m,水面4000～6000hm2,靠自然降水、地表徑流和地下水補(bǔ)水。根據(jù)市水務(wù)局關(guān)于安固里淖干涸現(xiàn)象的調(diào)查報(bào)告和張北縣年降水距平百分率整理分析(表4),20世紀(jì)50年代,安固里淖為優(yōu)美的游牧區(qū),水草豐盛、牛羊成群,生產(chǎn)鯉魚(yú);1962-1966年連年少雨,1965-1966年淖水干涸見(jiàn)底;1967年降水偏多恢復(fù)水面;1970-1972年連旱,1973年再次干涸;1974年7月大暴雨補(bǔ)水2000萬(wàn)m3,恢復(fù)水面;80年代初連續(xù)4a少雨,1984年再度干涸;90年代初水面連年減少;1996、1998年黃蓋淖水庫(kù)兩次放水3760萬(wàn)m3,水面恢復(fù)到約4700hm2;1999-2002年連年干旱,水面逐年萎縮,2003年水面急劇縮小;2004年8月干涸見(jiàn)底至今。由此看出,降水少的年份水面減小,降水量連年偏少時(shí)水庫(kù)干涸。說(shuō)明降水少、氣溫高、蒸發(fā)量大連年干旱,是造成湖水干涸的主要原因。黃蓋淖水庫(kù)位于張北縣安固淖東偏北15km左右。該淖原本為安固里淖的主要水源補(bǔ)充地,最高水位101.26m,1998年因水庫(kù)除險(xiǎn)加固,將余水全部下泄至安固里淖,1998年至今,水面一直未能恢復(fù)。3農(nóng)業(yè)干旱頻發(fā),地下水開(kāi)放系統(tǒng)和多樣性下降張家口年平均氣溫呈整體升高趨勢(shì),以0.40℃/10a的速度上升;年平均氣溫的升高主要是冬季和春季升溫引起的。夏季降水量占年降水量70%左右,河道徑流形成主要是夏季降水量的補(bǔ)給,1980-1989、1997-2006年夏季降水量為明顯的偏少階段,相應(yīng)地,1980-1991年和1997年后河道的年徑流為少水期。氣候的這種變化趨勢(shì)造成張家口地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害頻繁發(fā)生且程度加重。據(jù)分析,1960-2004年重旱發(fā)生頻率為36%,1990-2004年重旱發(fā)生機(jī)率為46%,1996-2004年重旱發(fā)生的頻率增加為56%,且全部為重夏旱,農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害有頻繁發(fā)生且加重的趨勢(shì)。降水量減少?gòu)亩叵滤a(bǔ)給量減少是導(dǎo)致地下水位下降的一個(gè)原因,但過(guò)度開(kāi)采是地下水位迅速下降的主要原因。以蔬菜種植為例,據(jù)統(tǒng)計(jì),1998年以前張家口蔬菜種植面積僅300hm2左右,21世紀(jì)初,壩上地區(qū)逐漸興起錯(cuò)季無(wú)公害蔬菜生產(chǎn),蔬菜種植面積連年增加,2001年增加到5～6萬(wàn)hm2,2005年為7萬(wàn)hm2,2007年達(dá)到8萬(wàn)hm2(壩上四縣占60%左右)。蔬菜是高耗水作物,按菜地灌溉用水400m3/667m2、種植面積7萬(wàn)hm2計(jì)算,僅蔬菜產(chǎn)業(yè)年用水2.8億m3。蔬菜生產(chǎn)90%依靠地下水灌溉,近幾年氣溫升高,自然降水、河道徑流逐年減少,耗水量加大與需水量增加不匹配,造成對(duì)地下水資源的開(kāi)采力度逐年加大,出現(xiàn)了局部地下水開(kāi)采過(guò)度、地下水位下降、淺層農(nóng)用井報(bào)廢、水庫(kù)湖泊水體減少等一系列水環(huán)境問(wèn)題。據(jù)調(diào)查,尚義縣蔬菜主產(chǎn)區(qū)地下水位10a中下降了30m。2007年壩上地區(qū)遭受歷史罕見(jiàn)的大旱,尚義縣4-8月降水量?jī)H161.8mm,不足常年的5