<strong>1879</strong>－
  <strong>2015</strong>年巴尔喀什湖水位变化及其主要影响因素分析

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2021.088

地球科学进展 ›› 2021, Vol. 36 ›› Issue (9): 950 -961. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.088

1879－ 2015年巴尔喀什湖水位变化及其主要影响因素分析

段伟利 ^1, ²(

),邹珊 ^1, ^2, ^3, ⁴,陈亚宁 ^1, ²(

),李稚 ^1, ²,方功焕 ^1, ²

^1.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011
^2.中国科学院大学资源与环境学院，北京 100049
^3.中国科学院中亚生态与环境研究中心，新疆乌鲁木齐 830011
^4.根特大学地理系，比利时根特 9000

收稿日期:2021-01-13 修回日期:2021-09-15 出版日期:2021-09-10
通讯作者: 陈亚宁 E-mail:duanweili@ms.xjb.ac.cn;chenyn@ms.xjb.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目“中哈巴尔喀什湖流域水资源变化及优化配置模拟”(41971149);新疆自治区高层次人才引进项目“中哈巴尔喀什湖流域水资源评估及模拟”(Y941181)

Analysis of Water Level Changes in Lake Balkhash and Its Main Influencing Factors during 1879-2015

Weili DUAN ^1, ²( ),Shan ZOU ^1, ^2, ^3, ⁴,Yaning CHEN ^1, ²( ),Zhi LI ^1, ²,Gonghuan FANG ^1, ²

^1.State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology，Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011，China
^2.College of Resources and Environment，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^3.Research Center for Ecology and Environment of Central Asia，Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011，China
^4.Department of Geography，Ghent University，Ghent 9000，Belgium

Received:2021-01-13 Revised:2021-09-15 Online:2021-09-10 Published:2021-10-15
Contact: Yaning CHEN E-mail:duanweili@ms.xjb.ac.cn;chenyn@ms.xjb.ac.cn
About author:DUAN Weili (1986-), male, Lengshuijiang City, Hunan Province, Professor. Research areas include sustainable development of water resources. E-mail: duanweili@ms.xjb.ac.cn
Supported by:
the National Nature Science Foundation of China "Research on water resource change and optimal allocation in the Balkhash Lake Basin of the Sino-Kazakhstan"(41971149);The Program for High-Level Talents Introduction in Xinjiang Uygur Autonomous Region "Assessment and simulation of water resources in the Balkhash Lake Basin of the Sino-Kazakhstan"(Y941181)

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近年来因气候变暖和人类活动影响，巴尔喀什湖水位下降，造成了湖泊及周边区域的生态危机，引起了国际关注。基于巴尔喀什湖流域1879—2015年的湖泊水位、河川径流、降水、气温和土地利用等数据，采用趋势分析、突变检验、周期分析和相关性分析等方法，定量解析了流域湖泊水位、气候和土地利用等变化特征，综合探讨了巴尔喀什湖水位的影响因素。结果表明：1879—2015年，巴尔喀什湖水位在340~344 m呈明显丰枯周期性的变化，变化周期为48~52年；1988—2015年，水位呈现显著上升趋势，增速约为6.91 cm/a。巴尔喀什湖流域主要河流的入湖水量均呈减少趋势，东部主要支流甚至出现断流现象，使得伊犁河入湖水量占比约80%，且不断增大；中国伊犁河流入哈萨克斯坦境内的水量呈增加趋势，但由于普恰盖水库截流蓄水，导致伊犁河下游水量急剧减少。巴尔喀什湖流域农业用地从1928年左右开始到现在经历了“增加—减少—增加—平稳”的变化过程，伊犁河中下游哈萨克斯坦的农业用地扩张和水利工程建设造成了伊犁河入湖水量减少，是巴尔喀什湖水位下降的根本原因。研究结果可为中哈跨境流域水资源合理利用、生态环境保护等提供一定参考。

关键词: 伊犁河, 水位, 径流, 气候变化, 土地利用, 相关性分析

In recent years， impacts of climate warming and human activities have brought irregular fluctuations of Balkhash Lake's water level into focus as the issue draws growing attention from the public and politicians. This study uses trend and correlation analysis to quantitatively analyze the changes of lake level， river discharge， precipitation， temperature， and land cover in the Balkhash Lake Basin， and comprehensively explore the influencing factors of lake levels.

Results

show that the water level of Balkhash Lake exhibited obvious periodic variations between 340~344 m during 1879-2015， and the change period was between 48~52 years. A significant upward trend was detected for the water level from 1988 to 2015， with an increasing speed of about 6.91 cm/a. A decreasing trend was observed for runoff from major rivers flowing into the lake； among them， the amount of water from the Ili River accounted for about 80% with an upward trend. Also， The Ili River's runoff flowing into Kazakhstan from China has been increasing， suggesting that the water utilization in China does not cause the decrease in the lower stream of the Ili River. The first water storage of the Kapchagay Reservoir directly lead to a sharp decrease in runoff in in the lower reaches of the Ili River， which eventually caused a significant downward trend in lake levels. During this period， the lowest level was about 340.68 m in 1987， suggesting a decrease of nearly 2.3 m. Since the Soviet period， agriculture land of the Balkhash Lake Basin has undergone four periods： increasing period， decreasing period， increasing period， and stable period， and the expansion of agricultural land and water conservancy projects in the middle and lower reaches of Kazakhstan resulted in a decrease in the amount of water flowing into the lake from the Ili River.

Results

obtained from this study could offer a useful reference for the rational utilization of water resources and ecological environment protection in the Sino-Kazakh cross-border river basin.

Key words: The Ili River, Lake leve, River discharge, Climate change, Land cover, Correlation analysis

中图分类号:

P343.3

图1 巴尔喀什湖流域水系及主要水文站点分布

Fig. 1 Location of Lake Balkhash Basin and hydrological stations

图2 1879—2015年巴尔喀什湖水位时间序列变化（a）、水位小波周期分析（b）及数据拟合（c）结果

Fig. 2 Changes of the Balkhash Lake's levels （a）， and results of the wavelet analysis for periodic analysis （b） and data fitting （c） during the period 1879-2015

图3 巴尔喀什湖流域主要水文站点径流变化

Fig. 3 Changes in river discharges at main hydrological stations in Lake Balkhash Basin

图4 巴尔喀什湖流域1901—2015 年的降水和气温时空分布

Fig. 4 Maps of values in mean annual precipitation and temperature during 1901-2015 in the Balkhash Lake Basin红色的点（a）~（d）表示该网格的时间序列趋势变化通过显著性检验（95%的置信区间）Red solid dots in figure（a）~（d） indicate grid points with changes that are significant at the 95% confidence level

表1 1901— 2015年巴尔喀什湖流域降水及气温趋势分析结果

Table 1 Precipitation and temperature changes in the Balkhash Lake Basin during 1901-2015

时段	降水/mm					气温/℃
时段	最大值（年份）	最小值（年份）	均值	倾斜率（10 a）	P值	最大值（年份）	最小值（年份）	均值	倾斜率（10 a）	P值
年	392.4（1958）	164.4（1944）	270.6	2.58	<0.05	7.4（2002）	3.4（1906）	5.5	0.17	< 0.01
春	158.3（1958）	31.0（1917）	84.5	0.79	>0.05	10.3（2015）	1.7（1901）	6.4	0.22	< 0.01
夏	131.5（1958）	34.8（1944）	75.5	0.43	>0.05	22.0（2015）	17.8（1902）	20.1	0.11	< 0.01
秋	101.1（1976）	22.3（1997）	60.7	0.73	>0.05	8.4（1971）	3.3（1923）	6.2	0.16	< 0.01
冬	77.7（2009）	21.0（1967）	49.9	0.56	>0.05	-6.4（2009）	-17.5（1997）	-10.9	0.19	< 0.01

表1 1901— 2015年巴尔喀什湖流域降水及气温趋势分析结果

Table 1 Precipitation and temperature changes in the Balkhash Lake Basin during 1901-2015

时段	降水/mm					气温/℃
时段	最大值（年份）	最小值（年份）	均值	倾斜率（10 a）	P值	最大值（年份）	最小值（年份）	均值	倾斜率（10 a）	P值
年	392.4（1958）	164.4（1944）	270.6	2.58	<0.05	7.4（2002）	3.4（1906）	5.5	0.17	< 0.01
春	158.3（1958）	31.0（1917）	84.5	0.79	>0.05	10.3（2015）	1.7（1901）	6.4	0.22	< 0.01
夏	131.5（1958）	34.8（1944）	75.5	0.43	>0.05	22.0（2015）	17.8（1902）	20.1	0.11	< 0.01
秋	101.1（1976）	22.3（1997）	60.7	0.73	>0.05	8.4（1971）	3.3（1923）	6.2	0.16	< 0.01
冬	77.7（2009）	21.0（1967）	49.9	0.56	>0.05	-6.4（2009）	-17.5（1997）	-10.9	0.19	< 0.01

表2 巴尔喀什湖流域 1992— 2015年土地利用变化情况列表

Table 2 Land cover changes in the Balkhash River Basin from 1992 to 2015

	变量	农业用地	林地	草地	荒地	湿地	建设用地	水体
流域	1992年面积/10³ km²	46.05	9.94	284.83	41.68	8.93	0.14	19.75
	2015年面积/10³ km²	59.60	13.72	277.56	30.89	9.06	0.88	19.61
	Z值	6.40	5.32	-2.71	-6.58	5.53	6.71	-0.28
	变化速率/10³ km²	0.740	0.215	-0.440	-0.550	0.006	0.033	-0.002
	P值	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	>0.05
中国境内	1992年面积/10³ km²	14.63	3.21	31.72	2.96	0.0184	0.04	0.14
	2015年面积/10³ km²	15.77	5.26	28.48	2.72	0.0183	0.29	0.18
	Z值	6.42	5.91	-6.80	-4.92	-3.30	6.82	5.15
	变化速率/（10³ km²/a）	0.058	0.115	-0.171	-0.014	-0.4×10⁵	0.010	0.002
	P值	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01
哈国境内	1992年面积/（10³ km²/a）	31.42	6.73	253.11	38.72	8.91	0.10	19.61
	2015年面积/（10³ km²/a）	43.83	8.46	249.08	28.17	9.04	0.59	19.43
	Z值	6.13	4.02	-2.26	-6.67	5.84	6.82	-1.81
	变化速率/（10³ km²/a）	0.683	0.100	-0.269	-0.539	0.006	0.024	-0.005
	P值	<0.01	<0.01	<0.05	<0.01	<0.01	<0.01	>0.05

表2 巴尔喀什湖流域 1992— 2015年土地利用变化情况列表

Table 2 Land cover changes in the Balkhash River Basin from 1992 to 2015

	变量	农业用地	林地	草地	荒地	湿地	建设用地	水体
流域	1992年面积/10³ km²	46.05	9.94	284.83	41.68	8.93	0.14	19.75
	2015年面积/10³ km²	59.60	13.72	277.56	30.89	9.06	0.88	19.61
	Z值	6.40	5.32	-2.71	-6.58	5.53	6.71	-0.28
	变化速率/10³ km²	0.740	0.215	-0.440	-0.550	0.006	0.033	-0.002
	P值	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	>0.05
中国境内	1992年面积/10³ km²	14.63	3.21	31.72	2.96	0.0184	0.04	0.14
	2015年面积/10³ km²	15.77	5.26	28.48	2.72	0.0183	0.29	0.18
	Z值	6.42	5.91	-6.80	-4.92	-3.30	6.82	5.15
	变化速率/（10³ km²/a）	0.058	0.115	-0.171	-0.014	-0.4×10⁵	0.010	0.002
	P值	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01	<0.01
哈国境内	1992年面积/（10³ km²/a）	31.42	6.73	253.11	38.72	8.91	0.10	19.61
	2015年面积/（10³ km²/a）	43.83	8.46	249.08	28.17	9.04	0.59	19.43
	Z值	6.13	4.02	-2.26	-6.67	5.84	6.82	-1.81
	变化速率/（10³ km²/a）	0.683	0.100	-0.269	-0.539	0.006	0.024	-0.005
	P值	<0.01	<0.01	<0.05	<0.01	<0.01	<0.01	>0.05

图5 巴尔喀什湖流域1992—2015年的土地利用变化

Fig. 5 The changes of land use for the whole Balkhash Lake Basin during 1992-2015

图6 巴尔喀什湖水位（a）、伊犁河水文站点A（b）和水文站点D（c）年均径流与降水和气温的关系

Fig. 6 Scatter-plot of lake levels （a）， river discharges at A station （b） and D station （c） versus precipitation and temperature in the Balkhash Lake Basin

图7 伊犁河Ka-up水文站流量与Ka-down水文站流量在1930—1969年、1970—1997年和1998—2014年3个时段的相关变化

Fig. 7 Scatter-plot of annual discharge at Ka-up station versus Ka-down station during the period 1930-1969， 1970-1997， and 1998-2014

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