近50年氣候和人類活動對錫林河流域徑流的影響

焦瑋，朱仲元，宋小園，隋佳碩，席小康，董志兵

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，010018，呼和浩特)

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近50年氣候和人類活動對錫林河流域徑流的影響

焦瑋，朱仲元?，宋小園，隋佳碩，席小康，董志兵

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，010018，呼和浩特)

摘要：氣候變化和人類活動是影響河川徑流變化的2大主要因素?；?963—2011年錫林浩特水文站的實(shí)測水文數(shù)據(jù)資料，采用累積距平法(CA)對錫林河近50年徑流年際變化序列的趨勢進(jìn)行分析，確定出2個(gè)拐點(diǎn)年份為1985和1999年，其中1999年為突變年，運(yùn)用修正后的的累積量斜率變化率比較分析法(SCRCQ)定量計(jì)算了氣候及人類活動對徑流變化的貢獻(xiàn)率。以初始研究階段T1(1963—1985年)為基準(zhǔn)期，不考慮潛在蒸散量變化的影響，T2(1986—1999年)和T3(2000—2011年)時(shí)期的降水量減少對于徑流量減少的貢獻(xiàn)率分別為26.30%和57.36%，人類活動對于徑流量減少的貢獻(xiàn)率分別為73.70%和42.64%；如果考慮潛在蒸散量變化，T2、T3時(shí)段的潛在蒸散量減少對于徑流量減少產(chǎn)生的負(fù)貢獻(xiàn)率分別為-23.47%和-52.25%，而人類活動對錫林河流域徑流變化的貢獻(xiàn)率分別增至97.17%和94.89%。顯然，人類活動是該區(qū)間錫林河流域徑流量減少的最重要的驅(qū)動因素。

關(guān)鍵詞：徑流量； 氣候變化； 人類活動； 貢獻(xiàn)率； 累積距平法； 累積量變化率比較分析法； 錫林河流域

項(xiàng)目名稱： 國家自然科學(xué)基金“內(nèi)蒙古典型草原水文過程及其擾動與觸發(fā)草地退化的水文臨界條件實(shí)驗(yàn)與模擬研究”(51269014)；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金“天然榆樹疏林草地蒸散發(fā)及其與環(huán)境因子的關(guān)系研究”(2013MS0607)；內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目

氣候變化和人類活動是影響河川徑流變化的2大主要因素[1]。氣候變化在一定程度上可以導(dǎo)致水資源時(shí)空上的重新分布，甚至?xí)黾雍闈场⒏珊禐?zāi)害發(fā)生的可能性，進(jìn)而影響到區(qū)域水資源的可持續(xù)利用[2-4]。氣候變化對于河川徑流量的影響主要體現(xiàn)在降水量和氣溫的變化。大量研究認(rèn)為降水量的變化是影響產(chǎn)流的主導(dǎo)因素，往往不考慮氣溫因子，然而氣溫變化會導(dǎo)致潛在蒸散量變化，從而影響產(chǎn)流量的大小。在全球變暖的大背景下，我國的區(qū)域氣候逐漸升溫，水資源問題頻現(xiàn)，河流徑流量減少[5-7]。近幾十年來，隨著人類社會的進(jìn)步，人口增加、社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市化進(jìn)程加快，加劇了水資源供需矛盾，水短缺問題日益凸顯；因此，學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)為在研究流域河川徑流量變化時(shí)應(yīng)當(dāng)是氣候和人類活動二者疊加后的效應(yīng)。

國內(nèi)學(xué)者對于流域徑流變化方面的研究已逐步從定性分析過渡到定量解析的階段[8-12]，對于徑流貢獻(xiàn)率分解也進(jìn)行了許多探討[13-17]。我國北方干旱半干旱地區(qū)水資源時(shí)空分布變異性大，人均占有量不均勻，生態(tài)環(huán)境問題頻現(xiàn)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重，在草原型內(nèi)陸河流域地區(qū)尤為顯著[18]。研究此區(qū)域的徑流年際變化情況，定量分解有關(guān)影響因子的貢獻(xiàn)率，為將來流域水資源可持續(xù)利用和有效配置提供參考依據(jù)，對于認(rèn)識變化環(huán)境下內(nèi)陸河流域的水文循環(huán)過程演變規(guī)律具有重要意義。

1研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)內(nèi)陸河流域面積約54.5萬km2，其中有69條河流的流域面積超過1 000 km2。錫林河干流全長175 km，流域面積1.1萬多km2，是內(nèi)蒙古典型的草原型內(nèi)陸河。河流發(fā)源于赤峰市克什克騰旗寶爾圖，自東向西流經(jīng)赤峰市和錫林郭勒盟，最后流入查干諾爾沼澤，屬查干淖爾水系。近年來，隨著城市新區(qū)的建立，該流域承載著城市工農(nóng)業(yè)用水及景觀用水的功能，錫林河生態(tài)濕地周邊大力發(fā)展建設(shè)，開采利用地下水及地表水，錫林河水庫建成后致使下游斷流，直接影響錫林河流域的徑流變化。錫林河流域位于E 115°32′～117°16′，N 43°26′～44°39′之間，屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。春季風(fēng)大干燥，蒸發(fā)強(qiáng)度大；夏季炎熱，雨水多集中在6—8月；秋季涼爽短暫；冬季漫長寒冷，風(fēng)雪交加[19-21]。根據(jù)錫林浩特氣象站1955—2013年資料統(tǒng)計(jì)，年均氣溫1.7 ℃，多年平均降雨量282.5 mm，多年平均蒸發(fā)能力為1 862.89 mm。

2數(shù)據(jù)來源

圖1　錫林河流域及相關(guān)氣象站水文站位置Fig.1　Xilin River Basin and location of hydro-meteorological stations

筆者選取錫林浩特水文站1963—2011年的日徑流序列實(shí)測數(shù)據(jù)。錫林浩特水文站設(shè)立于1957年7月，系國家基本站點(diǎn)，位于錫林河流域中游，E 116°10′，N 43°49′，控制流域面積3 852 km2。由于該站水文觀測資料時(shí)間序列較長且完整，控制流域出口，因此選擇該站實(shí)測徑流量數(shù)據(jù)作為分析數(shù)據(jù)。研究區(qū)降水?dāng)?shù)據(jù)根據(jù)流域內(nèi)錫林浩特市氣象站，周邊2個(gè)氣象站(阿巴嘎旗和林西縣)1963—2011年的年降水量實(shí)測數(shù)據(jù)，利用ArcGIS平臺Kriging方法差值計(jì)算得到。各臺站的年降水?dāng)?shù)據(jù)收集自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn/home.do)，各站位置見圖1。

3研究方法

累積距平法(CA)[22]是通過觀察差積曲線判斷數(shù)據(jù)點(diǎn)離散程度和變化趨勢的一種非線性統(tǒng)計(jì)方法：

(1)

該方法可以判斷離散數(shù)據(jù)與其均值之間離散幅度的大小，本文使用SPSS軟件將序列進(jìn)行量綱歸一化處理后對其進(jìn)行累積距平，若得到的累積距平值>0，表明離散數(shù)據(jù)>均值，反之則<均值，如果差積曲線包括以上2部分，則可用來確定變化趨勢的拐點(diǎn)。CA法可以直接反映不同時(shí)期徑流量的變化進(jìn)程，判斷降水量和徑流量的突變年份，同時(shí)避免了近年來廣泛使用的降水量—徑流量雙累積曲線法(DMC)判斷突變拐點(diǎn)時(shí)的人為因素的局陷性[10]，采用累積距平法診斷出的突變點(diǎn)較為清晰，雙累積量在拐點(diǎn)前后的線性擬合程度較好。以確定出的突變年份為界分為基準(zhǔn)期和措施期，與基準(zhǔn)期相比，在措施期人類活動對于徑流的影響擾動較大。

分析累積徑流量、累積降水量及累積潛在蒸散量趨勢變化時(shí)采用統(tǒng)計(jì)分析方法，定量分解降水量和其他影響因素對河川徑流量的貢獻(xiàn)率應(yīng)用累積量變化率比較分析法(SCRCQ)[10]。該方法可以更為客觀地分析各因子的貢獻(xiàn)率，引入累積量旨在降低實(shí)測年際資料的影響，在影響因子以及徑流量變化不明顯的情形，利用SCRCQ法仍能達(dá)到定量分析影響程度的目的。

SCRCQ法的原理是，將降水量和其他影響因素的總和定義為100%；各影響因素對因變量的影響程度等于其在時(shí)間序列上的累積斜率變化率與因變量累積斜率變化率的比值。因其具有良好適應(yīng)性的特點(diǎn)，本文具體采用修正后的SCRCQ法來研究氣候變化和人類活動對于徑流量的影響程度，計(jì)算過程如下：

(2)

式中：CPi為降水量因子對徑流量變化的貢獻(xiàn)率，%；SRi2和SRi1為拐點(diǎn)年份前后累積徑流量-年份線性關(guān)系式的斜率，108m3/a；SPi2和SPi1為累積降水量-年份線性關(guān)系式的斜率，mm/a。

同理，可求得

(3)

式中：CEi為蒸散量(氣溫)因子對徑流量變化的貢獻(xiàn)率，%；SEi2和SEi1為拐點(diǎn)年份前后累積蒸散量-年份線性關(guān)系式的斜率，mm/a。

在求得上述氣候因子的貢獻(xiàn)率后，根據(jù)水量平衡原理，可得到

CHi=100-CPi-CEi。

(4)

式中CHi為人類活動對徑流量減少的貢獻(xiàn)率，%。

圖2　錫林河流域1963—2011年徑流量和降水量變化特征Fig.2　Variations in annual runoff and precipitation at the Xilin River Basin from 1963 to 2011

由于研究區(qū)缺乏長系列持續(xù)觀測的蒸散量數(shù)據(jù)，本文采用L. Zhang等[23]提出的張氏公式計(jì)算潛在蒸散量來代替實(shí)測蒸散量。

(5)

式中：E為潛在蒸散量，mm；p為年均降水量，mm；q為森林覆蓋率，%。

采用該方法的前提是在要區(qū)分人類活動和自然因素2方面的影響；因此，排除人工林地只需搜集天然林所占研究區(qū)的面積比例，即天然林覆蓋度[11]。由于研究區(qū)缺乏詳盡的天然林覆蓋度的相關(guān)資料，本文采用中科院遙感所制作的中國區(qū)的GLC2000土地覆蓋數(shù)據(jù)，在ArcGIS平臺將GLC2000矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成grid柵格數(shù)據(jù)，根據(jù)研究區(qū)的流域外邊界圖裁剪得到錫林河流域2000年的土地覆蓋數(shù)據(jù)，提取常綠針葉林、落葉闊葉林和灌叢的面積，進(jìn)而計(jì)算得到研究區(qū)的森林覆蓋率為3.89%。已有研究[24-26]表明錫林河流域范圍內(nèi)雖然灌木林增幅較大；但因?yàn)槠渥陨碓济娣e很小，所以森林覆蓋率變化不明顯。因此，可近似認(rèn)為在本文研究期內(nèi)流域的森林覆蓋率大致保持該水平不變。

4結(jié)果與分析

4.1徑流量和降水量年際變化特征

錫林河流域在1963—2011年的徑流量年際變化特征如圖2所示。年徑流量在波動中整體以11萬m3/a的速度減少，其中1963—1979年變幅較小且走勢平穩(wěn)，1979—1985年有較大幅度下降，1985—2000年間波動幅度較大，1993年達(dá)到最高值，后期總體呈現(xiàn)下降的趨勢，雖有小幅回升但程度有限。

流域的年均降水量整體以0.963 mm/a的速度減少，19世紀(jì)60年代初至70年代末呈增長態(tài)勢(圖2)，到80年代及以后的降水量變化幅度加大，總體具有減少的趨勢。由徑流量和降水量的5點(diǎn)滑動平均值變化可知在80年代中期前后二者均發(fā)生明顯變化而且整體趨勢呈現(xiàn)良好的同步性。

4.2降水量和徑流量拐點(diǎn)年份

如圖3所示，降水量-徑流量雙累積曲線(DMC)中雙累積量之間具有非常好的線性擬合關(guān)系(R2>0.98，P<0.000 1)，判斷拐點(diǎn)年份為1979年和1999年。可以看到20世紀(jì)80年代前后雙累積曲線的拐點(diǎn)并不明顯，這對拐點(diǎn)年份的選擇產(chǎn)生了不確定因素。

圖3　　錫林河流域年降水量-徑流量雙累積曲線　變化趨勢及拐點(diǎn)年份Fig.3　　Changing trend of the double cumulative curve 　of precipitation and runoff showing the years 　of inflexion points at the Xilin River Basin

圖4　錫林河流域量綱歸一化序列累積距平曲線Fig.4　Cumulative anomalous curve of standardized annual runoff(a) and precipitation variations(b) at the Xilin River Basin

如圖4(a)中的徑流量量綱歸一化序列累積距平曲線所示，1963—1979年徑流量的年際變化有小幅波動，1979—1985年間年徑流的累積距平分布小幅度下降，1985年是典型枯水年，1993—2006豐水期，1999年徑流量累積距平達(dá)到峰值，前后總體發(fā)生了增加到減少的突變。圖4(b)顯示在整個(gè)時(shí)間序列錫林河流域的年降水量的拐點(diǎn)年份與同期年徑流量累積距平表現(xiàn)出相似性，1979年由增加轉(zhuǎn)變?yōu)闇p少，以1985年附近為界由減少轉(zhuǎn)為增加，1998年發(fā)生了由增加趨勢到減少趨勢的突變。

綜上所述，確定徑流量和降水量的拐點(diǎn)年份分別為1985和1999年，其中1999年為突變年。在拐點(diǎn)1985年之前人類活動較為輕微；因此氣候因素的影響是導(dǎo)致徑流量變化的主要因素，將1963—1985年確定為基準(zhǔn)期。1985年之后是氣候因子和人類活動共同作用的措施期。徑流量在1999年發(fā)生突變說明受氣候和人類活動的影響程度加大。

4.3氣候和人類活動對錫林河流域徑流量減少的貢獻(xiàn)率分析

以上述確定的拐點(diǎn)年份為界，將各變量累積量的變化過程劃分為3個(gè)時(shí)期1963—1985年(T1)，1986—1999年(T2)和2000—2011年(T3)，分別對年份與累積徑流量、累積降水量進(jìn)行線性擬合，其相關(guān)線性回歸方程見圖5，相關(guān)程度非常高。根據(jù)SCRCQ法中相關(guān)系數(shù)的獲取原則，將各線性回歸方程的斜率提取至表1。T1為基準(zhǔn)期，之后各時(shí)期的變量變化率都是與基準(zhǔn)期相比，若變化率>0，趨勢減少；<0，則增加。

3個(gè)時(shí)期的年份-累積徑流量的線性擬合方程的斜率分別為0.178/(108m3·a-1)，0.234/(108m3·a-1)，0.114/(108m3·a-1)(表1)，與基準(zhǔn)期T1相比，T2時(shí)段徑流量減少了31.65%，T3時(shí)段徑流量增長了35.75%；T3與T2相比徑流量增加了51.20%，增幅較為明顯。根據(jù)公式(2)～(4)分別估算各影響因素對于徑流量減少的貢獻(xiàn)率，T2和T3時(shí)段的貢獻(xiàn)率均是與基準(zhǔn)期作比較得到，結(jié)果見表2。在不考慮潛在蒸散量的影響時(shí)，措施期T2(1985—1999)和T3(2000—2011)時(shí)段降水量減少對于徑流量減少的貢獻(xiàn)率分別為26.30%和57.36%，人類活動對于徑流減少的貢獻(xiàn)率分別為73.70%和42.64%，可見在T3時(shí)期，人類活動對徑流量影響程度最大。如果考慮潛在蒸散量變化，在措施期潛在蒸散量的減少對徑流變化產(chǎn)生的負(fù)貢獻(xiàn)率分別為-23.47%和-52.25%，人類活動的貢獻(xiàn)率分別增至97.17%和94.89%。顯而易見，人類活動是該流域地表徑流量縮減的最重要驅(qū)動因素。

SD為標(biāo)準(zhǔn)差。SD is standard deviation圖5　錫林河流域年份與累積徑流量和累積降水量之間的關(guān)系Fig.5　Changes of variations in cumulative runoff and precipitation over years at the Xilin River Basin

表1　不同時(shí)期年份與各累積量斜率變化率

Note:SRishows that the slopes of the linear relationship between year and cumulative runoff.SPishows that the slopes of the linear relationship between year and cumulative precipitation.SEishows that the slopes of the linear relationship between year and cumulative potential evapotranspiration.

表2不同時(shí)期氣候因子和人類活動對徑流量變化的貢獻(xiàn)率

Tab.2Quantitative impact of climatic factors and human activities on runoff change at the Xilin River Basin during different periods

時(shí)期PeriodsCPi/%CEi/%(CEi+CHi)/%CHi/%T1————T226.30-23.4773.7097.17T357.36-52.2542.6494.89

Note:CPiis the contribution rate of precipitation factor of runoff change;CEiis the contribution rate of evaporation factor of runoff change;CHiis the contribution rate of human activities on the reduction of runoff.

4.4人類活動因素分析

結(jié)果表明：錫林河流域徑流變化主要受人類活動影響，下面對不同人類活動的影響作進(jìn)一步分析。以流域所在的錫林郭勒盟為例，分別從人口及載畜量變化、生態(tài)保護(hù)措施以及水庫建設(shè)等方面對此進(jìn)行討論。

錫林河流域自20世紀(jì)80年代以來，隨著人口急劇增長，城市化進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)用地面積和有效灌溉面積均有不同程度的增加[27]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，錫林郭勒盟人口從1960年的50.34萬人增至2011年的103.31萬人，在進(jìn)入20世紀(jì)80年代及21世紀(jì)之后增速較快(圖6(a))。錫林郭勒盟有效灌溉面積從1988年的0.17萬hm2增至2011年的3.94萬hm2，增長約22倍，2000年以后大幅增長(圖6(b))。研究區(qū)城鎮(zhèn)用地面積20年間增加36.35 km2。

已有研究[28]表明，錫林河流域自1985年以來其實(shí)際載畜量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常水平，超出天然草地的承載能力。統(tǒng)計(jì)顯示，流域范圍內(nèi)牲畜總量在近20年間增加約2倍。過度放牧和超載養(yǎng)畜等不合理的人類活動會引起流域植被的退化，降低地表對降雨徑流的緩沖攔蓄作用，加速水土流失[29]。2000年開始，錫林郭勒盟開展了一系列的生態(tài)保護(hù)工作，包括“退耕還林還草”“圍封禁牧”“天然林保護(hù)工程”“京津風(fēng)沙源治理”等水土保持措施。統(tǒng)計(jì)[30]顯示，錫盟水土流失治理面積從2000年的1.49萬hm2增長至2011年的2.69萬hm2。

根據(jù)朝博等[31]對內(nèi)蒙古草原水資源開發(fā)利用狀況的研究，為改善草原牧區(qū)生態(tài)環(huán)境，國家實(shí)施了大量生態(tài)恢復(fù)工程，其中還林、造林工程均為水資源“大用戶”，消耗大量水資源。據(jù)水行政主管部門統(tǒng)計(jì)，2005年末錫盟機(jī)電井供水量2.69億m3，其中51%用于農(nóng)業(yè)灌溉，19%用于工業(yè)生產(chǎn)。退牧還草工程使部分牧民轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)民，開墾草原種植作物，表面減輕了草場的負(fù)擔(dān)，實(shí)則加重了對水資源的需求。王軍等[20]96對錫林河流域水資源狀況的研究表明，該地區(qū)煤炭資源豐富，大量工礦企業(yè)以地下水作為供水水源，造成地下水位下降，市區(qū)地下水開采已接近警戒線[32]，流域南部已有降落漏斗形成。2010 年流域水資源開發(fā)利用總量占可利用總量的93.19%,基于目前需水現(xiàn)狀，到2020年錫林河流域?qū)⒂? 513.85萬m3的缺水口，缺水程度達(dá)19.47%。

水庫對調(diào)節(jié)河流徑流量有著獨(dú)特的功能，2012年全盟已建成大、中、小型水庫35座，總庫容5.2億m3，其中錫林河水庫是一座以防洪為主、兼顧工業(yè)供水及灌溉、養(yǎng)殖和旅游等綜合利用的中型水庫。部分?jǐn)r蓄滯留的地表水用以生態(tài)工程和農(nóng)業(yè)灌溉以及景觀觀賞，這些水量部分通過水循環(huán)作用蒸散到大氣中[29]185，從而間接作用其徑流量的變化。

錫林河流域從20世紀(jì)80年代中期開始頻繁人類活動，人口和載畜量快速增長，與1985年徑流量出現(xiàn)拐點(diǎn)相一致；進(jìn)入21世紀(jì)后，人口擴(kuò)張和工業(yè)發(fā)展，農(nóng)業(yè)灌溉以及水利工程的修建等人類活動共同影響流域徑流，水土保持工作的展開使人類活動對徑流的影響有所減輕。

數(shù)據(jù)來源于錫林郭勒盟統(tǒng)計(jì)局。data in the graph from Xilingol league area Bureau of Statistics. 圖6　錫林郭勒盟部分人類活動變化過程Fig.6　Variations of some human activities in Xilin Gol League

5結(jié)論與討論

1)1963—2011年間，錫林河流域徑流量和降水量分別以11萬m3/a和0.963 mm/a的速度減少，在20世紀(jì)80年代中期前后二者均發(fā)生明顯變化而且整體趨勢呈現(xiàn)良好的同步性。

2)本研究采用累積距平法(CA)診斷拐點(diǎn)年份，確定徑流量和降水量的突變年份為1999年，拐點(diǎn)年份為1985年和1999年。

3)以T1(1963—1985)為基準(zhǔn)期(人類活動輕微)，在不考慮潛在蒸散量變化的影響時(shí)，措施期T2(1985—1999)和T3(2000—2011)時(shí)段降水量減少對于徑流變化的貢獻(xiàn)率分別為26.30%和57.36%，人類活動對于徑流減少的貢獻(xiàn)率分別為73.70%和42.64%；如果考慮潛在蒸散量變化，在T2和T3時(shí)期潛在蒸散量變化對徑流減少產(chǎn)生的負(fù)貢獻(xiàn)率分別為-23.47%和-52.25%，而人類活動的貢獻(xiàn)率分別增至97.17%和94.89%。

4)人類活動是導(dǎo)致錫林河流域徑流量減少的最重要的驅(qū)動因素，其中人口及載畜量變化，工業(yè)發(fā)展與農(nóng)業(yè)灌溉以及水利工程的修建等因子共同影響流域徑流，水土保持工作的展開使人類活動對徑流的影響有所減輕。

前人對于錫林河流域徑流量變化的影響因素已做過一些研究，但楊力哲等[26]307沒有細(xì)致地分析徑流在年際上的突變特征，僅判斷出徑流量累積值發(fā)生偏移的年代，未查明拐點(diǎn)年份，只定性的分析了氣候因素、人類活動及下墊面變化等潛在因素對錫林河徑流產(chǎn)生的影響；而本研究通過累積距平法確認(rèn)出的拐點(diǎn)年份與楊力哲的研究結(jié)果一致，并且通過劃分不同時(shí)段對徑流變化的影響因素進(jìn)行了定量解析，結(jié)果更具說服力。本文分解出的人類活動影響的貢獻(xiàn)率包含了所有類型的人類活動對徑流變化的影響，由于各因子間的相互作用十分復(fù)雜；因此，如何進(jìn)一步定量區(qū)分各因子對徑流變化的影響有待深入研究。

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(責(zé)任編輯：程云郭雪芳)

Impacts of climate change and human activities on runoff yield of the

Xilin River Basin over nearly 50 years

Jiao Wei, Zhu Zhongyuan, Song Xiaoyuan, Sui Jiashuo, Xi Xiaokang, Dong Zhibing

(Hydraulics and Civil Engineering College,Inner Mongolia Agricultural University, 010018, Hohhot, China)

Abstract:Climate change and human activities are two main factors influencing the runoff change. To some extent, climate change can lead to the spatial-temporal redistribution of water resources. The effect of climate change on river runoff yield is mainly reflected in the change of precipitation and temperature. With the increase of population, rapid development of economy and society, and the accelerated process of urbanization, a serious contradiction arise between supply and demand of water resources, and the question of water resource shortage is increasingly concerned. A prevailing thought is that research on river runoff changes should take into account the combination of climate change and human activities. In this study, Xilin River, a typical inland river basin in arid and semi-arid region of Inner Mongolia, was selected as our research object. Based on the observed data of Xilinhot Hydrological Station during 1963—2011, we used the method of cumulative anomaly (CA) to analyze the runoff sequence interannual trend of Xilin River over nearly 50 years, in order to determine the years of inflection point, i.e., 1985 and 1999. Using the revised slope change ratio of cumulative quantity (SCRCQ), we calculated quantitatively the contribution rate of the precipitation, potential evapotranspiration and human activities on runoff. With years of inflection point as a boundary, change process of cumulants of the variables was divided into three periods, 1963—1985 (T1), 1986—1999 (T2) and 2000—2011 (T3). The linear regression equation was adopted to analyze the relationship between accumulated runoff and time. The slope of the linear regression equation was obtained, and then the rate of change was calculated. Compared with the benchmark stage T1, runoff during the T2period decreased by 31.65%, and that during T3period increased by 35.75%. If not considering the effect of evapotranspiration in the area, the reduced precipitation contributed to the runoff reduction by respectively 26.30% and 57.36% respectively during the period of T2and T3, and the contribution rate of human activity to the runoff reduction was 73.70% and 42.64% respectively, with the initial research phase T1(1963—1985) as a benchmark. On the contrary, regarding to the influence of potential evapotranspiration, the contributions of reduced potential evapotranspiration to the runoff yield change were -23.47% and -52.25% during the period of T2and T3respectively, and the contributions of human activities to the runoff yield change were increased to 97.17% and 94.89% respectively. Obviously, human activities were the dominant factor influencing the runoff yield changes of the Xilin River Basin. The human activities include population explosion, livestock grazing, industrial development, agricultural irrigation and water conservancy projects, and the influence of human activities on runoff is mitigated because of soil and water conservation projects. Since the interaction between various factors is very complex, how to further quantitatively measure influence of each factor on runoff changes need intensive study.

Keywords:runoff yield; climate change; human activities; contribution rate; cumulative anomaly (CA); slope change ratio of cumulative quantity; Xilin River Basin

通信作者?簡介： 朱仲元(1956—)，男，教授，博士。主要研究方向：水文水資源與草原生態(tài)。E-mail: nmgzzy@tom.com

作者簡介：第一 焦瑋(1992—)，女，碩士研究生。主要研究方向：水資源利用與保護(hù)。E-mail: jw731011410@126.com

收稿日期：2015-05-15修回日期： 2015-11-03

中圖分類號：K903

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-3007(2015)06-0012-08