洮河博峪沟2017—2020年月径流对降水和气温的响应

张克栋，陈徵尼，赵彩娥，仲怡铭

（1.甘肃洮河国家级自然保护区管护中心，甘肃 卓尼 747600；2.甘肃省林业科学研究院，甘肃 兰州 730020；3.甘肃省兴隆山森林生态系统国家定位观测研究站，甘肃 榆中 730100）

上世纪90年代以来，黄河源区径流呈显著减少趋势[1]，造成区域生态环境严重退化[2]。洮河是黄河上游右岸最大一级支流，分析洮河流域径流变化特征，揭示其驱动因子和机制，既有实践意义也有学术价值。大气降水、地表蒸发和平均气温是影响地表径流的主要因子[3]。以月为单位、以小流域为对象研究气候因子与径流的关系，比以年为单位、以大流域为对象的研究分辨率高，更能揭示客观现象的本质[4]。本文以洮河重要水源补给区的卓尼县博峪沟小流域为对象，研究月际径流变化特征，并分析其与降水、气温的相关性，旨在细致了解黄河上游径流对区域气候因子的响应。

1 研究区概况

卓尼县博峪沟为洮河未级小流域，位于洮河自然保护区内，海拔2 400～3 800 m，面积57.33 km2。高原大陆性季风气候，植被属青藏高原植被区的森林草原地带；植被的坡向分异明显，森林主要分布于阴坡和半阴坡，阳坡主要分布灌丛、草原和草甸；主要建群针叶树种有岷江冷杉Abies fargesiivar.faxoniana、青海云杉Picea crassifolia等，主要建群阔叶树种有红桦Betula albosinensis、白桦B. platyphylla等，主要建群灌木树种有杜鹃Rhododendron simsii、山生柳Salix oritrepha等。土壤类型包括褐土、栗钙土、暗棕壤、山地草甸土、高山草甸土和粗骨土6个土类。

2 数据与方法

径流数据取自“甘肃林业生态效益监测网络平台”卓尼县博峪沟水文站，月降水量、月均气温数据来自卓尼县气象局，年限为2017—2020年。全部数据经标准化距平值无纲化处理后用于分析。

径流监测采用薄壁型直角三角堰结合压力式水位传感器（北京雨根，型号RR-9120WL），自动记录，采样间隔10 min。

IBM SPSS Statistics 19.0软件计算皮尔逊（Pearson）相关系数，Microsoft Excel 2007软件制作图表。

3 结果与分析

3.1 月际变化趋势分析

由图1可见，2017年研究区月径流量与月均气温曲线均大致呈钟形，二者比较贴近，月均气温峰顶出现在7月，月径流量峰顶则滞后1个月；月降水量则在7月份出现浅谷底，8月急剧上升，与9月构成平缓峰顶，之后与月径流量一起急剧下降，总体趋势与月径流量曲线相近。2018年研究区月径流量大致呈穹顶状，但在8月份出现浅的谷底；月均气温曲线与月径流量曲线相近，但在8月份呈平缓峰顶，与同月的月径流量浅谷底恰恰相反；月降水量曲线在5—7月出现波动式双峰后直线下降，与月径流量的曲线偏移较大。2019年研究区月径流量曲线波动较大，2月上升，3、4月下降至谷底，5月急剧上升至峰顶，之后呈波动式平缓下降，至12月份仍然维持接近平均值的较高水平；月均气温呈钟形，6—8月构成平缓峰顶，与月径流量曲线的偏移较大；月降水量曲线与月均气温曲线贴合较近，但在7月份出现尖锐峰顶，同样与月径流量曲线的偏移较大。2020年研究区月径流量曲线呈偏斜钟形，7—9月构成比较平缓的峰顶后急剧下降；月均气温曲线与月径流量曲线贴合较近，峰顶则提前1个月；月降水量曲线与月径流量曲线偏移较大，5月份上升至接近峰顶，至9月小幅波动升至峰顶后急剧下降。综合研究区4年变化趋势，月均气温曲线与月径流量曲线贴合较近，5—9月期间月径流曲线多出现浅的谷底；月降水量曲线与月径流量曲线贴合较差，二者多数月份升降趋势相近，5—9月会出现升降相反的形式。上述结果表明，研究区月径流对降水和平均气温存在一定程度的响应，在5—9月间响应度较差。

图1 2017—2020年研究区径流、降水、气温的月际变化

3.2 相关性分析

由表1可见，研究区月径流总量与月降水量、月均气温相关系数均在0.01置信水平上有统计学意义，说明月径流总量与月降水量、月均气温存在明显的相关性。一般说来，相关系数绝对值0～0.33时为弱相关，0.33～0.67为中等相关，0.67～1为强相关[6]。表1可见，研究区月径流总量与月降水量、月均气温均属中等相关，说明其相关程度并不十分紧密，即各自均存在较大程度的独立性。

表1 研究区月径流、降水、气温相关性

综合上述分析，研究区月径流总量与月降水量、月均气温均属中等相关，月径流对月降水、月均气温存在一定程度的响应，在5—9月间响应度较差。说明研究区月径流对降水和平均气温的响应，5—9月响应程度较差，变化复杂，其余月份响应程度中等。

4 结论与讨论

2017—2020年，洮河博峪沟小流域，月径流在5—9月间对降水和平均气温的响应程度较差，变化复杂，其余月份响应程度中等。

降水、地表蒸发和平均气温是地表径流的主要影响因子[3]，孙卫国等研究发现，黄河源区月径流量与区域月降水量、月均气温的相关系数分别达到0.734、0.638[4]。本文研究表明，博峪沟小流域月径流量与月降水量、月均气温的相关系数均不足0.6，小于孙卫国等人的研究结果。分析其原因，其一，两者研究区域不同，黄河源区高寒草甸植被稀疏，博峪沟小流域植被覆盖率高且类型丰富，既有森林，又有高寒草原和草甸，而植被也是径流的重要影响因子；黄河源区人为活动少，径流受人为干扰较少，博峪沟小流域人为干扰较大。其二，两者研究区内降水类型不同，博峪沟小流域夏季常出强降雨天气，加之其汇水区呈沿海拔梯度展布的近长方型区域，坡面超渗径流会及时反映在出沟径流中。其三，博峪沟小流域5—9月的降水和径流波动幅度较大，变化比较复杂，径流与降水的相关程度弱，拉低了二者的总体相关系数。本文研究表明，5月径流量在各年度均有显著升高的趋势，这可能与冬季冻融的水量补充有关；10月至次年2月降水量急剧减少，径流的水量补充应主要为地下渗流；值得注意的是，该流域3月和9月径流变化较为特别，可能与径流的滞后特点有关，需要深入分析。

本文数据的时间序列较短，只有4年，研究结论难免粗糙，尚需细致积累数据，以提高研究结论的精准度，深入揭示小流域尺度径流变化的机制及其驱动因素。