哈萨克斯坦水资源变化

时间：2022-10-12 百科知识版权反馈

【摘要】：在干旱地区包括哈萨克斯坦尤为明显，最终，这些区域将荒漠化。遗憾的是，计算哈萨克斯坦气候性径流变化是困难的，因为所有大型河流的径流都受水库的影响。图2所示为哈萨克斯坦东部大型河流布赫塔尔玛河和额尔齐斯河的年径流量累积曲线，其中，额尔齐斯河源自中国，布赫塔尔玛河属于山间河流。如果径流不存在变化，它将接近于直线。

哈萨克斯坦水资源变化

Р.И·加尔别林^[1]

（哈萨克斯坦国立大学干旱地质系）

【摘　要】本文论述了三个问题:其一，根据近140年气候变化的特点及哈萨克斯坦、俄罗斯气候变化的实际情况，肯定了全球气候变暖的趋势；其二，介绍了哈萨克斯坦不同地域河流径流量变化的特点以及计算研究成果；最后探讨了根据不同类型大气循环模式预测大气中温室气体浓度的增加情况，预测河流径流量变化的方法及存在问题。

【关键词】全球气候变暖，水资源，径流量，大气循环模式

Variations of Water Resources of Kazakhstan

R.E.Gal Perin（ГальперинР.И.）

（The Drought and Geological Department of Kazakhstan National University）

【Abstract】Three questions were discussed in this study:First，according to the characteristics of the climate change and the actual situation of Kazakhstan and Russia in the last 140 years，the trend of global warming is believable.Second，the characteristics of the changes in river runoff in different regions in Kazakhstan，as well as the achievement of computing research were introduced；Finally，this paper discussed the increase in the concentration of greenhouse gases in atmosphere predicted according to the different types of atmospheric circulation patterns，forecasted the ways of the changes in river runoff and probed the existing problems.

【Key words】Global warming，water resources，runoff，atmospheric circulation patterns

1.关于气候变化

众所周知，河流、水资源都是气候的产物。现在，气候具有变暖的趋势，那是不容置疑的。

从1861～2000年，140年内全球气温的变化总体是上升的，但并不平衡（图1）。有两个显著的升温时期:①1910年到20世纪40年代初；②从20世纪70年代中期到现在。图1中没有显示近些年的情况，但大家都知道气温是持续升高的。据俄罗斯的研究，自1995～2006年12年中，有11年是150年里最热的时期。

图1　干旱地区和海面近地大气层全球气温的140年距平值变化图

Fig.1　Variations of average value in global temperature in the atmosphere near surface in arid areas and on the sea surface in the last140 years

对大气局部温度和全球温度变化的评价:

（1）气候变暖的特点:全球温度:近100年升高（0.7±0.2）℃。

（2）俄罗斯:近100年年均气温值升高1.5℃，冬季升高2.5℃，1972～2006年升高（1.35±0.4）℃。

（3）哈萨克斯坦:在1954～2003年年均气温升高1.5℃，某些站点（巴甫洛达尔，谢米巴拉基斯克）升高2.5℃^［3］。在准格尔阿拉套山脉，气温升高率为0.2℃/10年。

全球气候变暖是现存的一种自然现象，但在俄罗斯更为明显。在干旱地区包括哈萨克斯坦尤为明显，最终，这些区域将荒漠化。在两个变暖的时期内，变暖的特征不一样:第一个变暖时期，主要是在极地（称之为阿尔克基克变暖），变暖是在夏秋季；第二个时期是全球性的，变暖是在冬春季。

2.河流变化及其计算问题

气候变暖加剧了水循环，对流域径流量的影响很明显。俄罗斯地区水文循环要素的变化遵循下式:

X＝Z＋Y，

式中，X为降水，Z为蒸发，Y为径流。

增加量:降水量（X）增加6%，蒸发量（Z）增加7%，径流量（Y）增加5%。

俄罗斯的观测资料表明，径流增加出现在冬季所有的月份，但在以仪表观测的整个时期，未出现大的月径流值；夏秋季径流有所增加，最小径流值也增加；相反，洪水期时径流减小（例如，在伏尔加流域、得涅波拉河、顿河径流减少10%～30%）。总体来看，年径流量是增加的。然而，并非所有的情况都是这样，如在俄罗斯南部，径流量则是减少的。在一些小型供水区，随着地下水的补给减少，径流亦在减少。

图2　河流年径流量累积曲线　Fig.2　Cumulative curve of annual runoff

a.额尔齐斯河　b.布赫塔尔玛河　a.Ye Er Jisi River　b.Buhe Ta Erma River

那么，在上述的情况下，是否意味着哈萨克斯坦境内多处地区气候变暖呢？根据沃维奇的分类，仅靠融雪补给的河流称为冰雪补给型河流，河流年径流量取决于冰雪消融的水量，也就是春季的径流量。夏天时，地下水补给较低，小的河流通常会干涸。遗憾的是，计算哈萨克斯坦气候性径流变化是困难的，因为所有大型河流的径流都受水库的影响（例如，额尔齐斯河、锡尔河、伊犁河、乌拉尔河）。现在使用的径流资料都不是大型河流的资料。

图2所示为哈萨克斯坦东部大型河流布赫塔尔玛河和额尔齐斯河的年径流量累积曲线，其中，额尔齐斯河源自中国，布赫塔尔玛河属于山间河流。拟合曲线是将年水量值按顺序叠加所得。如果径流不存在变化，它将接近于直线。从图2可见，20世纪70年代中期，线的中间部有折点，说明从这一时期起年径流量减少。

评价:额尔齐斯河上游年径流量从20世纪70年代减少了13%。在哈萨克斯坦中部和北部也观察到类似的情况（见图3和图4），图3和图4是萨雷苏河（位于哈萨克斯坦中部）和托古萨克河（位于哈萨克斯坦北部）的年径流量曲线和差分累积曲线图，由图可见，萨雷苏河是从60年代起出现折点，而托古萨克河的年径流量曲线从70年代中期出现折点。以上曲线说明两种情况:丰水年（位于第Ⅰ部分）和枯水年（位于第Ⅱ部分）。

图3　萨雷苏河189号断面上累积曲线和差分累积曲线

Fig.3　Cumulative curve and differential cumulative curve of No.189 section on Salei Su River

图4　托古萨克河年径流量的累积曲线和差分累积曲线

Fig.4　Cumulative curve and differential cumulative curve of annual runoff of Tuogusake River

哈萨克斯坦西部一些河流在丰水年的径流变化如图5和图6所示。

图5　科普达河年径流量累积曲线和差分累积曲线

Fig.5　Cumulative curve and differential cumulative curve of annual runoff of Kepu Da watershed

图6　奥伊尔河年径流量累积曲线和差分累积曲线

Fig.6　Cumulative curve and differential cumulative curve of annual runoff of Ao Yier River

另外一个趋势是年内径流量随时间的变化。这一趋势线是使用20年的数据计算均方差得出的。见图7和图8。

图7　萨雷苏河189号断面均方差图

Fig.7　Mean square error of No.189 sections of Salei Su River

图8　布克特尔玛河均方差图

Fig.8　Mean square error of the Booker Thelma River

当然，并不是所有的河流都是这样的变化的，例如，图尔盖河的径流变化趋势（位于哈萨克斯坦中部的乌拉尔左岸）是逐渐增加（见图9）。

图9　图尔盖－托苏姆河年径流量累积曲线和差分累积曲线

Fig.9　Cumulative curve and differential cumulative curve of annual runoff of Togay－Kisumum River

总体上看，从20世纪70年代中期开始，哈萨克斯坦北部径流量的减少是与气候变化有关，同时年径流量的变化率也在减少（均方差）。

小结:哈萨克斯坦从20世纪70年代中期开始对径流数据进行观测，以反映当地近代气候的变化特征。根据对观测结果的分析可得出以下基本结论:

哈萨克斯坦所有水事活动的决策，都是建立在水文计算系统的基础上；所有水利设施的设计，也都是建立在气候和水文特征稳定的基础上。只有长期观测才有可能获得稳定的径流参数估值。实际上，过去气候和径流的状况，都会以稳定的状态延续到将来。有关对气候和径流稳定的认识，实际上是统一的和公认的。

但是我们也应看到，气候及其产物——河流是随时间变化的。总之，气候和水文环境长期稳定的特征不仅只反映了现在，而且反映了将来的发展趋势。合理的研究方法取决于气候条件的稳定性。在分析讨论时，为了统一评价径流标准，对计算时间作了限定。俄罗斯的水文工作者在这方面已作了很多工作。在哈萨克斯坦，我们也开展了研究工作，其中包括确定计算时期。为了评价水资源现状及其特征，从1974年起，在确定计算时期时，评价径流量的标准采用两个方案:计算丰水年和当年的径流量。

3.径流的预测问题

毋庸置疑，预测某区径流量，评价水资源问题是人类关切的主要问题之一。近100年来地球上的居民已经增加了4倍，而需水量也增加了2倍多。由于水资源紧缺所引发的争端，令世界各国担忧。在世界气象组织的文件中，我们经常可以看到这样的内容和标题:“全世界的水足够吗？”“水是人类存亡的关键问题”；“水资源处于紧张状态中”；“水枯竭的世界”等等；足见人类对水问题的关注。

众所周知，必须精确计算某区域的许多学者认为水资源量，预测将来的水量。尽管当今准确预测气候尚有一定困难，但在将来预测水资源还是可能的。全球气候的变化量是可以预测的。目前在气候研究方面，存在一些大气和海洋的总循环模型，以此为基础，可模拟大气中温室气体浓度增加的情况。在研究全球温度变化和大气降水方面，由于一些模型的预测范围很大，在挑选模型进行预测的过程中，当然难免会存在一定的主观性。

对区域的预测，一般与实际也很少相符，因为所选模型未考虑区域的地形（要知道这是最重要的因素），也没有考虑气候因素的周期变化，对气候变化预测的研究仍处于探索中。

至于径流的预测，研究人员一般很少提供，因为受条件限制，对径流的预测一般只限于面积小于100万km²的流域。

预测蒸发量是不能实现的，根据我们的经验，以水平衡方程预测实际的径流也是不可能的。在哈萨克斯坦北部，我们预测近10年的径流，是根据大气循环模式，采用瓦戈盖姆的大气过程——地表高纬区的典型大气过程。该过程主要发生于近地面，气压的变化会形成气旋和反气旋。典型的高纬度区大气循环类型如图10。

图10　地球高纬度地区的三种循环模式（Ш，С，Е）

Fig.10　Three cycle modes at high latitudes on the Earth（Ш，С，Е）

图10中主要包括三种地表高纬区大气循环类型:

类型Ш:大气在地表高纬区沿纬向运动，与经向无关，由于各纬度之间大气环流交换弱，导致赤道到极地大气的热力梯度变化增强。此类大气循环类型，导致高纬区不同纬度间的大气状况不同^［6］。

类型Е:在中纬区局部大气环流交换较强。冷空气从哈萨克斯坦北部侵入，导致冬季极为寒冷。

类型С:与类型Е相反，气压变化是由于大气从哈萨克斯坦南部侵入，各纬度间大气环流交换强。

这三种类型在哈萨克斯坦都有各自不同的特点和气象条件。

通过观察可以发现一些大气循环过程对哈萨克斯坦北部主要河流的径流量所产生的影响，同时研究了一些评价方法。其中一个方法是:当某种典型的大气循环过程占主导时，计算各主要河流的多年平均径流模数（见表1。年径流模数是指某年单位集水截面产生的径流量；表中的市、村等地，为各主要河流计算多年平均径流模数的地点—译者）。

表1　不同大气微循环模式对应的多年平均径流模数

Table 1　Average runoff modulus of different atmospheric microcirculation models corresponding to many years

分析上述评价方法（表1）可得出结论:

在哈萨克斯坦北部，最大的河流径流量与Ш＋С循环模式对应:多数情况下伴随Ш循环模式的出现，径流量增加；部分径流量增加与С循环模式有关。

当出现Е循环模式时，各主要河流径流量普遍降低，但沿图尔盖河（位哈萨克斯坦中部）情况相反。

图尔盖河的径流量只在Е循环模式出现时增加，而在С循环模式出现时降低。应当指出，除图尔盖河和萨雷苏河（位哈萨克斯坦中部）外，80%的情况是:丰水年（挑选了五个丰水年）与С和С＋Ш循环模式的出现对应。除图尔盖河，枯水年多对应Е循环模式出现，这并不奇怪，因为在哈萨克斯坦冬天是反气旋天气。

因此研究大气循环的出现规律，可以预测主要河流的径流量。

研究表明，大气循环过程的多年变化是与太阳系的环境或者地球的物理过程有关。根据西多廉夫和奥尔洛夫的资料，大气循环的特征与地球自转有关。其中，С循环模式与地球自转速度减小有直接关系，这些都与太阳黑子的活动有联系。德米特里耶夫和别良佐指出:太阳光斑也具有万有引力，该环境会引起各行星系统的引力发生变化。两位作者预测大气循环过程的类型是与乌拉诺斯（天王星）沿轨道方向运动的时间有关。在表2中，作者预测了不同类型大气循环过程出现的时期和过去出现的类似时期。

表2　不同类型大气循环预测时期及过去出现的类似时期的循环特点^［8］

Table 2　Cycle characteristics of different types of atmospheric microcirculation arised in forecast period and a similar period

在此基础上我们设计了三个方案，预测了哈萨克斯坦5个水域的情况（表3）。

表3　按照三个方案预测的水资源总量（km³）

Table 3　Predictable amount of water in accordance w ith the three schemes

预测自然水资源，未考虑人为活动的影响，预计2020～2030年的水资源量将比丰水年的水资源量有所增加，尤其是在2030年。这个预测与С大气循环的出现有关，而这个循环对径流量的增加是有利的。但在2012～2021年的10年间，当Е大气循环类型出现时，将不利于河流总径流量的增加，径流量预计为43.59km³/a，低于丰水年的15.5%，也低于1974～2007年间总径流量的12%。

上述哈萨克斯坦北部五个流域位于平原地区。哈萨克斯坦南部和哈萨克斯坦东南部分布着山脉，且靠近平原区。在这些地区径流反而是增加的，这是由于该区域径流的形成于一些有冰的山间河流，此外，也与全球气温上升、冰川退化有关。

河流径流变化与集水区冰冻的例子:

如图11所示，从20世纪80年代末期起，集水区的径流剧增，这很大程度上与冰雪消融有关，尽管从50年代起开始消融，10年间消融的水积蓄在其下方的库容中，只是在晚些时候才汇入河流网。

然而由于没有考虑水事活动，所有的资料只反映了与天然径流或者河流有关。哈萨克斯坦的问题在于水资源匮乏，而且44%的径流量都是从邻国沿着过境水汇入到哈萨克斯坦的径流区，亦即我们不是这些水的主人。由于从这些河流中取水量增加，不可避免地增加了额外的用水量。水事活动专家对这部分额外的水资源进行了预测，结果是完全不如人意的。

图11　a）卡拉塔尔河水量差分累积曲线　b）科克苏河水量差分累积曲线Fig.11　a）Differential cumulative curve of water yield of Carla Tal River

b）Differential cumulative curve of water yield of Kekesu River

表4　哈萨克斯坦地区水体平衡量（km³/a）

Table 4　Equilibrium am ount of water in Kazakhstan

表4中预测数字没有考虑气候变化对径流的影响，这一部分原因在于集水区增加的水量都源自邻国的过境河流。由表4可知，预计的水资源量，在枯水年水资源量缺口很大，因此，哈萨克斯坦的水问题是一个亟待解决的问题。

（俄译中:李军媛；中译英:付恒阳）

参考文献（Reference）

［1］Современныеизмененияприроднойсреды.Т.1.М.:Научныймир，2006. 696с.

［2］МелешкоВ.П.идр.КлиматРоссиивХХ1веке.Часть1.Новыесвидетельства антропогенногоизмененияклиматаисовременныевозможностиегорасчета//Метеорологияи гидрология，2008，№6.С.5－19.