气候变化与人类活动对渭河源区近30年径流量影响研究

贾 杰，姜丽红

(甘肃省定西水文水资源勘测局，甘肃 定西 743000)

气候变化与人类活动对渭河源区近30年径流量影响研究

贾 杰，姜丽红

(甘肃省定西水文水资源勘测局，甘肃 定西 743000)

利用渭河源区渭源水文站和气象站1981—2010年气温、降水、蒸发以及径流实测资料,运用坎德尔秩次相关、斯波曼秩次相关、线性趋势回归检验法对水文气象要素变化趋势进行检验，利用双累积曲线以及累积距平曲线找出年径流量突变年份，运用定量分析法计算气候变化与人类活动对径流量变异的贡献程度。结果显示：渭河源区年均降水量与年径流量均呈减少趋势,年均气温与年蒸发量呈显著上升趋势；渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量、年径流量均发生显著性突变；年均降水量与年径流量相关性最高，降水量是影响渭河源区年径流量衰减主要气象因素；气候变化与人类活动对径流量变化的贡献率分别为23.2%和76.8%。人类活动是渭河源区流域径流量变异的关键驱动因素，对径流量变化的影响远大于气候变化影响程度。

渭河源区；径流量；气候变化；人类活动

近年来，气候变化和人类活动对径流量变化的影响分析，已成为国内外水文学者们研究的热点问题之一。定量分析和分离气候变化和人类活动对径流量变化的影响，对于新形势下的水资源管理具有重要的科学意义。近30年来，渭河源区径流量呈明显减少趋势，这主要是由于受到降水量减少和水利工程建设等人类活动增加的双重影响。因此，随着气候变化和人类活动的双重影响，致使渭河源区径流量发生减少，加之峡口水库运行加剧其径流量变化，引起了渭河源区的流域水资源供需矛盾，气候变化和人类活动对径流量变化程度如何，其各自贡献率多少，目前尚没有进行定量分析。基于统计分析理论，运用定量分析法分析了气候变化和人类活动对渭河源区径流量变化的贡献率，旨在深入了解渭河源区径流量变化过程和峡口水库运行管理提供决策依据和参考，对渭河源区流域水资源管理与水资源优化配置提供科学依据与技术支撑。

1 研究区概况

清源河系渭河源头河流，发源于甘肃省渭源县南部的豁豁山，地形特征南部高，北部低，流域内有天然林分布，下垫面条件较好。流域地处内陆，属温带大陆性季风气候，流域多年平均气温约6.1℃。清源河上游现已建成峡口水库，总库容745万 m3，控制流域面积34.7 km2，是渭河第一库[1]。

源区设渭源水文站在甘肃省渭源县张家湾村，地理坐标为东经104°11′、北纬35°06′，集水面积100 km2，至河口距离6 km；布设雨量站3处，分别为池沟、年家寨、渭源雨量站。

2 数据来源与研究方法

本次研究数据来源于1981～2010年渭河源区渭源水文站以及渭源气象站月年气温、降水、蒸发以及径流实测资料。主要应用坎德尔秩次相关、斯波曼秩次相关、线性趋势回归检验法[2]对渭河源区水文气象要素变化趋势进行检验；坎德尔秩次相关、斯波曼秩次相关、线性趋势回归检验法等统计检验方法是分析水文气象数据的有效方法，当给定显著水平α后，查得相应的临界值，当统计值大于临界值时，水文序列变化趋势显著，当统计值小于临界值时，则趋势不显著。利用双累积曲线以及累积距平曲线找出年径流量突变年份；双累积曲线主要用来分析不同变量之间的一致性及其变化，被广泛用于检验水文气象要素的趋势性变化。绘制的降水-径流双累积曲线，若为一条直线，则认为没有人类活动影响，若直线斜率发生突变，则意味存在人类活动的影响，且斜率突变点即为区分径流有无人类活动影响的时间[3]。通过绘制累积距平曲线观察距平值的变化趋势，若在某一年份前是增加(或减少)趋势，在这一年份后是减少(或增加)趋势，则该年份就是序列的突变点[4]。通过多个突变检验方法对序列进行检验，可以使突变点的选取更为全面合理。最后运用定量分析法计算了气候变化与人类活动对渭河源区径流量变化的贡献程度[5]。

3 结果与分析

3.1 径流量的年内变化分析

本文通过年内分配百分比、不均匀系数及集中程度[6]等来反映径流量的年内变化。渭河源区多年平均月径流量呈高度集中分布，集中于5—10月，其中5—10月多年平均径流量占全年径流量的78.5%。

利用渭河源区渭源水文站实测径流量资料，计算不同年代径流量的不均匀系数、集中度、集中期，结果列于表1。从表1可以看出，各年代不均匀系数在2.62～3.46之间，集中度在0.369～0.512之间，集中日期均出现在7月上旬。说明渭河源区径流量年内分布极不均匀，月最大径流量出现在7月上旬，集中期径流量占全年径流量的14.8%。

表1 渭河源区径流量年内分配指标统计 万 m3

3.2 径流量变化趋势及突变分析

3.2.1 径流量的年际、年代际变化规律及趋势分析

绘制渭河源区渭源水文站年径流量过程线图(见图1)所示，渭河源区渭源水文站多年平均径流量为2 081万 m3，从20世纪80年代开始到21世纪最初10 a，年径流量存在减少趋势，趋势线具有513.0万 m3/10a负倾向率。20世纪80年代多年平均径流量为2 708万 m3，90年代多年平均径流量为1 820万 m3，21世纪最初10年多年平均径流量为1 715万 m3，20世纪80年代多年平均径流量大于多年平均值，从90年代开始径流量小于多年平均值，呈明显递减趋势。趋势变化分析情况[7](见表2)。从表2可以看出，渭河源区渭源水文站年径流量呈显著减少趋势。

图1 渭河源区渭源水文站年径流量过程线

站名趋势项检验方法(α=0．05)坎德尔秩次相关斯波曼秩次相关线性趋势相关U(α/2)=1．96T(α/2)=2．01T(α/2)=2．01趋势程度渭源3．3373．753．42减少、显著

3.2.2 径流量突变分析

绘制渭河源区年均降水量-年径流量双累积曲线图和年径流量累积距平图，如图2、图3所示，从图2可以看出，年均降水量和年径流量双累积曲线(直线)斜率在1993年发生了突变。从图3可以看出，年径流量的突变点也发生在1993年。姚玉璧[8]等通过M-K法对渭河源区径流量年际变化序列进行了突变检测，发现突变点也在1993年，因此，将1993年视为渭河源区年径流量变化的突变点是合理的。将1993年之前作为不受人类活动影响的基准期，1993年之后作为受人类活动影响的时期。

图2 渭河源区年均降水量-年径流量双累积曲线图

图3 渭河源区年径流量累积距平曲线图

对渭河源区渭源水文站年径流量进行突变统计检验，综合判断系列资料的突变情况，若统计量大于临界值T(a/2)，则表明a=0.05的显著水平下突变显著[9]。以突变点为界，分别计算突变前后的均值及跳跃量，计算结果见表3。从表3得出，基准期年均径流量为2 671万 m3，影响期的年均径流量为1 630万 m3，跳跃点前后年均径流量减少了1 041万 m3，减少了39%。

表3 渭河源区渭源水文站径流量均值跳跃性趋势检验 万 m3

3.3 径流量对气候变化与人类活动响应

流域气候变化特征最直接的反映表现为气温的变化。气温变化导致流域水循环条件的改变，影响到降水特性的改变，最终体现在流域径流量变化，所以对流域水文环境的影响主要体现为径流量的变化。气候变化和人类活动是影响河川径流的主要因素。

3.3.1 气温、降水量、蒸发量变化特征

绘制渭河源区年均气温距平图(见图4)，可以看出20世纪80年代～90年代中期多为负距平，年均气温低于多年平均值，20世纪90年代中期以后年均气温多为正距平，高于多年平均值。1996年以后年均气温出现明显的升高趋势。渭河源区多年平均气温为6.1℃，年均最高气温为7.1℃，出现在2006年，年均最低气温为4.8℃，出现在1984年。年均气温的总体变化趋势呈上升趋势，具有0.4℃/10a倾向率。

图4 渭河源区年均气温距平图

图5 渭河源区年均降水量距平图

绘制渭河源区年均降水量距平图(见图5)，可以看出20世纪80年代～90年代中期多为正距平，年均降水量高于多年平均值，20世纪90年代中期以后年均降水量多为负距平，低于多年平均值。1993年以后年均降水量出现明显的减少趋势。渭河源区多年平均降水量为651.5 mm，年均最大降水量为841.7 mm，出现在2003年，年均最小降水量为415.0 mm，出现在1997年。年均降水量的总体变化趋势呈减少趋势，具有33.7 mm/10a负倾向率。

绘制渭河源区年蒸发量距平图(见图6)，可以看出20世纪80年代～90年代中期多为负距平，年蒸发量低于多年平均值，20世纪90年代中期以后年蒸发量多为正距平，高于多年平均值。渭河源区多年平均年蒸发量为1 076.1 mm，年最大蒸发量为1 267.4 mm，出现在2010年，年最小蒸发为915.1 mm，出现在1984年。1994年以后年蒸发量出现明显的升高趋势。年蒸发量总体变化趋势呈上升趋势，具有58.0 mm/10a倾向率。

图6 渭河源区年蒸发量距平图

渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量趋势变化分析检验情况(见表4)。从表4可以看出，渭河源区年均气温、年蒸发量均呈显著增加趋势，年均降水量呈减少趋势，但不显著。

渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量均值跳跃性趋势检验情况(见表5)。从表5可以看出，渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量均发生显著性跳跃，年均气温跳跃点为1996年，跳跃点前后均值增加0.8℃，增加了14%，年均降水量跳跃点为1993年，跳跃点前后均值减少了76.3 mm，减少了11%，年蒸发量跳跃点为1994年，跳跃点前后均值增加了111.0 mm，增加了11%。

3.3.2 气温、降水量、蒸发量变化对径流量的影响

对30年渭河源区年径流量和年均气温资料作相关分析，得出两者之间呈负相关关系，相关系数达0.608，经检验，在a=0.05时达到显著水平，表明渭河源区年径流量随年均气温的升高呈显著减少趋势。

对30年渭河源区年径流量和年蒸发量资料作相关分析，得出两者之间呈负相关关系，相关系数为0.837，经检验，在a=0.05时达到显著水平，表明渭河源区年径流量随年蒸发量的增加呈显著减少趋势，年蒸发量与年径流量的相关性高于年均气温与年径流量的相关性。

对30年来渭河源区年径流量和年均降水量进行相关分析，得出两者之间呈正相关关系，相关系数高达0.877，经检验，在a=0.05时达到显著水平，表明渭河源区年径流量随年均降水量的减少呈显著减少趋势。点绘年径流量和年均降水量变化曲线图(见图7)，从图中可以看出，年径流量和年均降水量都存在减少趋势，但年径流量的减少趋势大于年均降水量的减少趋势。年径流量和年均降水量的年际变化在20世纪90年代中期以前一致性很好，20世纪90年代中后期年径流量和年均降水量变化曲线发生了偏离，这应该与流域内人类活动影响(上游修建峡口水库)有关。总体而言，降水量是影响渭河源区径流量衰减的主要气象因素。

表4 渭河源区水文气象因子趋势检验

表5 渭河源区水文气象因子均值跳跃性趋势检验

图7 渭河源区径流量和降水量变化曲线图

3.4 定量分析气候变化与人类活动对径流量影响

以降水量为气候变化影响代表因素，建立数学模型，定量分析气候变化与人类活动对径流量变化的影响，人类活动对径流量变化的贡献率与气候变化对径流量变化的贡献率之和为1。

令R=W/P

式中：R为径流率，W为径流量，P为降水量。令突变前平均径流量为W1、降水量为P1、径流率为R1，突变后平均径流量为W2、降水量为P2、径流率为R2。对径流量W=R*P取全微分，并以差分形式表示为

4 结语

综上所述，近30年来渭河源区气候变化与人类活动对径流量的影响研究结果表明：

(1)渭河源区年均降水量与年径流量均呈减少趋势，年径流量的减少趋势大于年均降水量的减少趋势，年径流量呈显著减少趋势，具有513.0万 m3/10a负倾向率,年均降水量减少趋势不显著, 具有33.7 mm/10a负倾向率；年均气温与年蒸发量均呈显著上升趋势,分别具有0.4℃/10a倾向率和58.0 mm/10a倾向率。

(2)渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量、年径流量均发生显著性突变，突变年份分别为1996年、1993年、1994年、1993年，年均气温跳跃点前后均值增加0.8℃，增加了14%，年均降水量跳跃点前后均值减少了76.3 mm，减少了11%，年蒸发量跳跃点前后均值增加了111.0 mm，增加了11%，年径流量跳跃点前后均值减少了1 041万 m3，减少了39%。

(3)渭河源区年径流量随年均气温、年蒸发量的升高均呈显著减少趋势，随年均降水量的减少呈显著减少趋势，经相关分析，年均降水量与年径流量相关性最高，可见降水量是影响渭河源区年径流量衰减的主要气象因素。

(4)20世纪90年代中期以前气候变化对径流量的变化起主导作用，20世纪90年代中期以后人类活动对径流量的变化起主导作用。气候变化与人类活动对径流量变化的贡献率分别为23.2%和76.8%，人类活动对径流量变化的影响要远大于气候变化的影响程度。

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Climate change and human activities have studied the effects of nearly 30 years of runoff on Wei River Source Region

JIA Jie，JIANG Li-hong

(Dingxi Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Gansu Province,Gansu Dingxi 743000)

From 1981 to 2010 temperature, precipitation, evaporation and runoff data on Weiyuan hydrological station and meteorological station of Wei River Source Region, to test the change trend of hydrological and meteorological elements regression test method using Kandel rank correlation and Spomann rank correlation, linear trend, by using double cumulative curve and cumulative anomaly curve, the annual variation of annual runoff was found, and the contribution degree of climate change and human activities to runoff variation was calculated by quantitative analysis method. The results showed that the average annual rainfall and annual runoff are decreasing on Wei River Source Region, and annual temperature and annual evaporation are significantly increasing; the annual average temperature, annual precipitation, annual evaporation and annual runoff on Wei River Source Region have significant mutation; annual precipitation is the most correlated with annual runoff, and precipitation is the main meteorological factor affecting the annual runoff on Wei River Source Region; climate change and human activity contributed 23.2 percent and 76.8 percent respectively. Human activities are the key drivers for the variation of runoff on Wei River Source Region, and the impact on runoff is much greater than that of climate change.

Wei River Source Region; runoff; climate change; human activities

2017-03-16

贾杰(1987-)，男，甘肃定西人，工程师，主要从事水文水资源监测、评价和研究工作。

P332.4

A

1004-1184(2017)04-0130-04