黄河源区降水径流一致性及影响因素分析

孙永寿 刘弢 李燕

摘 要：受全球暖濕化影响，青海省水资源呈现出明显由枯转丰的变化，降水量持续偏丰使全省水资源量呈显著增加趋势，流域产流机理也相应发生了明显变化，但在黄河源区呈现出降水增加、径流减小的态势。依据黄河源区1956—2016年水文气象资料，通过趋势、突变、距平等分析方法，初步分析进入21世纪以来黄河源区各水文气象要素的变化特征及规律，源区降水与径流变化趋势不一致的原因。结果表明：近年来黄河源区气温升高，蒸发量总体呈增加趋势;门堂以上、玛曲以下降水量呈增加趋势，门堂至玛曲区间降水量呈减小趋势;受气温和蒸发量增加的影响，源区产流系数明显减小，使径流变幅较降水变幅更大，由于降水增加区产生的径流增加量小于降水减小区产生的径流减小量，因此整个黄河源区总体上呈现出降水增加而径流减小的趋势;气温升高蒸散发能力增强、流域耗损量增加、产流系数降低是降水和径流变化产生差异的主要原因。

关键词：降水径流;差异分析;影响因素;黄河源区

中图分类号：TV121;TV882.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.10.010

引用格式：孙永寿，刘弢，李燕.黄河源区降水径流一致性及影响因素分析[J].人民黄河，2021，43（10）：51-55，101.

Abstract： Affected by global warming and humidification， water resources in Qinghai Province have changed significantly from dry to rich since 2005. The continuous high rainfall has caused a significant increase in the provinces water resources and the mechanism of river basin runoff generation has also been changed significantly. However， in the source area of the Yellow River， the precipitation is increased and runoff decreased. Based on the hydrological and meteorological data of the source area of the Yellow River from 1956 to 2016， through the analysis methods of trends， mutations and distances， this paper preliminarily analyzed the changing characteristics and laws of various hydro-meteorological elements in the source region of the Yellow River since the 21th century and the reasons for the inconsistent trend of precipitation and runoff in the source region. The results show that in recent years， the evaporation of the source area of the Yellow River is increased with the increase of temperature. The precipitation above Mentang and below Maqu shows an increasing trend， while the precipitation between Mentang and Maqu shows a decreasing trend. Affected by the increase of temperature and evaporation， the runoff yield coefficient in the source area is significantly reduced， making the runoff variation larger than the precipitation variation. As the runoff increment generated by precipitation increasing area is less than the runoff decrease generated by precipitation decreasing area， the whole source area of the Yellow River presents a trend of precipitation increasing and runoff decreasing. The increase of temperature， the enhancement of evapotranspiration， the increase of watershed consumption and the decrease of runoff yield coefficient are the main reason for the difference between precipitation and runoff.

Key words： precipitation runoff; difference analysis; influencing factors; source area of the Yellow River

進入21世纪以来，青海省黄河流域乃至整个黄河流域呈现降水增加、径流减小的态势，2001—2016年青海省黄河流域降水量仅有26%形成了河川径流，较1956—2000年减少13%，剩余74%消耗于地表水体、植被的蒸散发及潜水蒸发，整个黄河流域只有近15%的降水形成了河川径流，消耗比例更高。黄河源区唐乃亥以上人类活动强度较弱，河川径流接近天然状态，研究该区域各水文要素之间的关系、变化特征及演变规律，对黄河源区生态环境保护和水资源管理具有十分重要的意义。

目前针对气候变化对黄河源区径流变化的影响，已取得了较多研究成果[1-6]，主要从气候变化对水文的影响，径流变化的影响因素，降水、径流年内、年际演变规律等方面进行分析。年际间不同的降水、径流尺度下，各水文要素之间的关系存在明显的差异，甚至呈现出相反的趋势。笔者引进同等降水、径流尺度，分析各水文要素变化规律及相互之间的关系，进一步分析黄河源区降水和径流变化规律不一致的原因。

1 资料及方法

本文所采用的气温、降水、蒸发、径流、泥沙资料均来自水文、气象部门整编成果，资料代表性好，可靠程度高。气温资料系列为1960—2016年，其他资料系列为1956—2016年，对部分缺测的月、年资料采用上下游及邻近站点相关方法进行插补，资料基本可靠。主要采用Kendall秩次检验法、Spearman秩次检验法、线性趋势回归检验法、Mann-Kendall（M-K）突变检验法及距平分析法等方法[7]，分析各要素变化规律及趋势。黄河源区水系及水文、气象站点分布见图1。

2 气温变化

在全球气候变暖的影响下，黄河源区气温与全球变暖有着明显的对应关系，以黄河源区玛多、达日、久治、玛沁、泽库、兴海气象站年均气温平均值分析气温的变化趋势（见图2（a）），1960—2016年黄河源区年平均气温上升了2.1 ℃，上升倾向率为0.37 ℃/10 a，平均气温上升趋势非常显著。采用M-K突变检验法进行分析（见图2（b）），在20世纪80年代后期UF值超过U0.05（1.96）水平，气温进入持续上升的通道，且上升趋势显著。2001—2016年平均气温为0.3 ℃，较1960—2000年平均气温（-1.0 ℃）上升了1.3 ℃，四季平均气温也表现出显著的升高趋势，春夏秋冬平均气温上升倾向率分别为0.26、0.31、0.39、0.56 ℃/10 a，其中冬季升温最为明显。

3 蒸发量变化

流域蒸发是水循环的基本要素之一，水面蒸发量是反映地区蒸发能力的重要指标。对黄河源区资料系列较完整的玛多、达日、久治、玛曲、玛沁、同德、泽库、兴海气象站1956—2016年水面蒸发量过程线及线性趋势进行分析（见图3）。

黄河玛曲以上各站水面蒸发量总体呈增加趋势，2001年以后增加趋势明显，玛曲站以下泽库站、玛沁站、兴海站水面蒸发量呈下降趋势，同德站呈增加趋势。通过Kendall秩次检验法、Spearman秩次检验法、线性趋势回归检验法，对1956—2016年各站水面蒸发量进行趋势检验（见表1），在显著性水平α=0.05下（3种检验指标的显著性域值分别为1.96、2.004、2.004），达日站、久治站、同德站水面蒸发量呈显著上升趋势，泽库站呈显著下降趋势。2001—2016年年均水面蒸发量与1956—2000年相比，除泽库站减小5.9%外，其余站点均有所增加，增加比例为1.7%～16.7%，说明2001年以来黄河源区蒸发量总体呈增加趋势，其增加原因主要与源区气温升高有关。

4 降水量变化

采用泰森多边形法计算各水文站控制区间1956—2016年

逐年面降水量，各水文站控制区间降水站点见表2。通过Kendall秩次检验法、Spearman秩次检验法、线性趋势回归检验法进行趋势检验（见图4、表3），在显著性水平α=0.05下，黄河沿以上、黄河沿至吉迈区间降水呈显著上升趋势，吉迈至门堂、玛曲至军功、军功至唐乃亥略有上升，但趋势不显著，门堂至玛曲区间降水呈下降趋势，下降趋势不显著。

2001—2016年年均降水量与1956—2000年相比，门堂以上、玛曲以下降水量偏多，平均偏多7.0%，门堂至玛曲降水量偏小3.4%。

5 径流深及产流系数变化

以黄河源区黄河沿、吉迈、门堂、玛曲、军功、唐乃亥水文站1956—2016年径流资料分区间分析其变化趋势，通过Kendall秩次检验、Spearman秩次检验、线性趋势回归法进行趋势检验，在显著性水平α=0.05下，1956—2016年门堂至玛曲区间径流深呈显著下降趋势，其他区间径流上升或下降趋势不显著（见图5、表4）。2001—2016年年均径流深与1956—2000年相比，吉迈以上、军功至唐乃亥区间有所增大，平均增大5.2%。吉迈至门堂、门堂至玛曲、玛曲至军功区间径流深均有所减小，平均减小14.3%，其中门堂至军功区间径流深减幅最大，为20.1%。

以黄河源区各区间1956—2016年年均面降水量（P）、径流深（R）分析2000年前后各站（区间）同等降水尺度下产流系数（R/P）的变化特征（见表5）。

对比分析2001—2016年和1956—2000年系列降水、径流的变化情况，在特枯、偏枯、平水、偏丰、特丰水年，及同等降水尺度下，除玛曲至军功平水年、军功至唐乃亥偏枯年份径流系数有所提高外，其他区间不同水平年2001—2016年径流系数较1956—2000年均有所减小，平均减小了0.07（减幅为19.6%），说明2001年以来黄河源区产流能力呈显著降低趋势。黄河沿站受上游扎陵湖、鄂陵湖湖泊蒸发影响，产流系数不足0.1。

6 降水径流变化不一致的原因分析

黄河源区2001—2016年与1956—2000年相比，降水量、径流量、水面蒸发量变化情况见表6，各区间降水距平变化范围在-3.4%～10.0%之间，径流距平变化范围在-20.1%～6.2%之间，年均蒸发耗损量在5.1亿～8.6亿m3之间，平均耗损量7.2亿m3。采用算术平均法或面积权重法计算各区间多年平均水面蒸发量，分析各区间水面蒸发量及降水产生径流的耗损量之间的关系，经分析，各区间2001—2016年与1956—2000年相比，水面蒸发量均有所增加，距平在2.8%～12.3%之间，各区间水面蒸发量变化趋势与降水产流耗损量变化趋势基本一致，且大于其耗损量。根据黄河水文水资源科学研究院2018年《黄河河源区径流情势变化研究》报告[8]，黄河源区径流减小的主要原因是气温升高导致水面蒸发能力提升，其次新增的植被消耗量也起到了一定的作用。

当降水量距平较大，降水增加量大于耗损量时，降水、径流距平关系一致，均为正值，如黄河沿、黄河沿至吉迈、军功至唐乃亥区间降水距平分别为9.8%、6.8%、10%，径流距平为4.7%、6.2%、4.6%，均为正值;当降水量距平较小，降水增加量小于耗损量时，降水距平为正、径流距平为负，如吉迈至门堂、玛曲至军功区间降水距平分别为2.8%、5.5%，径流距平为-9.4%、-13.5%。门堂至玛曲降水距平-3.4%，受耗损量影响，径流距平达到-20.1%。受气温升高、蒸散发能力增强影响，植被消耗量增加，产流系数明显降低，源区降水增加区产生的径流增加量小于降水减小区产生的径流减小量，使整个黄河源区呈现降水增加（5.3%）、径流减小（-4.6%）的总趋势。

7 结 论

（1）1960—2016年，黄河源区年平均气温上升了2.1 ℃，上升倾向率为0.37 ℃/10 a，上升趋势非常显著，在20世纪80年代后期，气温持续上升，且上升趋势显著，2001—2016年平均气温较1960—2000年平均气温上升了1.3 ℃，四季平均以冬季升温最为明显。受气温升高影响，整个源区蒸发能力明显增强。

（2）經趋势检验分析，1956—2016年黄河源区降水量整体呈增加趋势，径流量呈减小趋势;2001—2016年年均降水量与1956—2000年相比，门堂以上、玛曲以下降水量偏多，门堂至玛曲区间降水量偏小3.4%;吉迈以上、军功以下径流量偏多，吉迈至门堂区间径流量偏少。

（3）受气温升高蒸发能力增强、植被消耗量增加等影响，2001年以来，同等降水尺度下，整个源区产流系数明显减小，由于降水量增加区产生的径流增加量小于降水量减小区产生的径流减小量，因此整个黄河源区呈现出降水量增加、径流量减小的总趋势。气温升高蒸散发能力增强、流域耗损量增加、产流系数降低是降水和径流变化产生差异的主要原因。

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【责任编辑 张 帅】