《地理科学》：近45年来降水变化和人类活动对潮河流域年径流量的影响（李子君、李秀彬）

第28卷第6期 地理科 VoL 28 No 6 2008年12月 SC IEN TA GEOGRAPH CA SNCA Dee,2008 近45年来降水变化和人类活动对 潮河流域年径流量的影响 李子君李秀彬2 (L山东师范大学人口·资源与环境学院,山东济南250014,-2中国科学院地理科学与资源硏究所,北京100101) 摘要:近45a来,随着流域降水量减少,以及修建水利工程、引水、实施水土保持等人类活动的增加,潮河流域年 径流量呈明显减少趋势。利用降水ˉ径流经验统计模型,定量评估了潮河流域降水变化与人类活动对流域年径 流量的影响程度。结果表明:1981~199、1991~20002001~2005、1981~2005年,受人类活动影响所产生的年 均减水量分别为132、067、146、109×0m3,占相应时段总减水量的951%,989%,607%和832%;受降 水变化影响所产生的年均减水量分别为007、001、095、022×103m3,占相应时段总减水量的49%,11% 393%和168%。人类活动因素的贡献率远大于降水因素 关键词:降水变化;人类活动;年径流量;降水·径流经验统计模型;潮河流域 中图分类号:P426613文献标识码:A文章编号:1000-0690(2008)06-080905 随着全球气候变化和人类活动的加剧,水资程中起到多大的作用,过去对这些问题研究大都为 源短缺已成为世界性的问题,是当前人类面临的重定性分析,定量评估欠缺,而对于这一问题的回答 要挑战之一3。从全球、区域和流域不同尺度和关系到流域管理的正确决策。为此,本文选取潮河 交叉学科途径,探讨变化环境下的水资源问题,成流域作为硏究区域,分析影响流域径流量变化的因 为当今国内外资源与环境科学领域的研究热素,定量评估流域尺度上的降水变化和人类活动对 年径流量的影响程度,为流域水资源的合理调控和 近年来,北京市人均水资源量不足300m3,相生态建设提供依据。 矛盾日益突出。北京市主要供水源地一密云1研究区概况 水库来水量减少的趋势十分明显,与1960~1979 潮河干流发源于河北省丰宁满族自治县黄旗 年段相比,1980~1997年的年均来水量减少了4×镇北部,流经丰宁县中部滦平县西部,经密云县的 lo3m3l特别是199年以来,北京遭受连续7a古北口镇流入密云水库。本研究中的潮河流域指 (1999~2005年)千旱,年均降水量400mm左右,潮河流域密云水库以上部分,流域总面积487525 密云水库的年均入库水量仅为251×0m3,供水km2,占密云水库以上集水流域面积的31%,涉及 形势非常严峻。山区集雨区是华北地区尤其是北到河北省的丰宁满族自治县11个乡镇、滦平县11 京市等大城市供水的重要水源地,山区水源地来水个乡镇以及北京市密云县的一部分。流域北接内 量的大幅度减少给当地和中下游地区的经济社会蒙古高原,南邻华北平原,燕山山脉横贯流域南部, 发展和生态建设带来很大的影响。潮河流域是山地面积占总面积的80%。气候类型属于中温带 密云水库的重要山区集雨区之一。有些研究认为,向暖温带过渡、半干旱向半湿润过渡的大陆性季风 密云水库来水量衰减的原因除与降水减少有关外 气候,多年平均降水量约494mm。土壤类型以棕 还受潮河流域人类活动的影响1-61。 壤和褐土分布最广,占总面积的80%以上。植被 山区入库径流变化的主要原因究竟是降水变类型丰富,以针阔叶混交林为主,林草覆盖度达到 化还是人类活动他们究竞在山区来水量减少的过40%。 收稿日期:2008-02-08,修订日期:2008-06-25 基金项目:国家林业科技支撑计划专题项目(2006BAD03A020)、中国科学院知识创新项目(KxCX2-Yw+01-2)、中国科学院知识创新 目( CX DG-A0407)资助 作者简介:李子君(1974-),女,山东日照人,博士,主要从事土地利用变化方面的研究。 Email: liza@ 201994-2009ChinaAcademicournalElectroniePublishingHousedllrightsreservedhttp:/hwww.cnki.ner

收稿日期 : 2008 - 02 - 08; 修订日期 : 2008 - 06 - 25 基金项目 :国家林业科技支撑计划专题项目 (2006BAD03A020)、中国科学院知识创新项目 ( KZCX22YW 240122)、中国科学院知识创新项 目 (CX IOG2A04207)资助。 作者简介 :李子君 (19742) ,女 ,山东日照人 ,博士 ,主要从事土地利用变化方面的研究。E2mail: lizj@ sdjzu. edu. cn 近 45年来降水变化和人类活动对 潮河流域年径流量的影响 李子君 1 ,李秀彬 2 (1. 山东师范大学 人口 ·资源与环境学院 , 山东 济南 250014; 2. 中国科学院地理科学与资源研究所 , 北京 100101) 摘要 :近 45 a来 ,随着流域降水量减少 ,以及修建水利工程、引水、实施水土保持等人类活动的增加 ,潮河流域年 径流量呈明显减少趋势。利用降水 - 径流经验统计模型 ,定量评估了潮河流域降水变化与人类活动对流域年径 流量的影响程度。结果表明 : 1981～1990、1991～2000、2001～2005、1981～2005年 ,受人类活动影响所产生的年 均减水量分别为 1. 32、0. 67、1. 46、1. 09 ×10 8 m 3 ,占相应时段总减水量的 95. 1% , 98. 9% , 60. 7%和 83. 2% ;受降 水变化影响所产生的年均减水量分别为 0. 07、0. 01、0. 95、0. 22 ×10 8 m 3 ,占相应时段总减水量的 4. 9% , 1. 1% , 39. 3%和 16. 8%。人类活动因素的贡献率远大于降水因素。 关 键 词 :降水变化 ;人类活动 ;年径流量 ;降水 - 径流经验统计模型 ;潮河流域 中图分类号 : P426. 61 + 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 0690 (2008) 06 - 0809 - 05 随着全球气候变化和人类活动的加剧 ,水资 源短缺已成为世界性的问题 ,是当前人类面临的重 要挑战之一 [ 1, 2 ]。从全球、区域和流域不同尺度和 交叉学科途径 ,探讨变化环境下的水资源问题 ,成 为当今国内外资源与环境科学领域的研究热 点 [ 3～12 ]。 近年来 ,北京市人均水资源量不足 300 m 3 ,相 当于全国人均水资源占有量的 1 /8 [ 1 ] ,水资源供需 矛盾日益突出。北京市主要供水水源地 ———密云 水库来水量减少的趋势十分明显 ,与 1960～1979 年段相比 , 1980～1997年的年均来水量减少了 4 × 10 8 m 3 [ 13 ]。特别是 1999年以来 ,北京遭受连续 7 a (1999～2005年 )干旱 ,年均降水量 400 mm左右 , 密云水库的年均入库水量仅为 2. 51 ×10 8 m 3 ,供水 形势非常严峻。山区集雨区是华北地区尤其是北 京市等大城市供水的重要水源地 ,山区水源地来水 量的大幅度减少 ,给当地和中下游地区的经济社会 发展和生态建设带来很大的影响 [ 13 ]。潮河流域是 密云水库的重要山区集雨区之一。有些研究认为 , 密云水库来水量衰减的原因除与降水减少有关外 , 还受潮河流域人类活动的影响 [ 14～16 ]。 山区入库径流变化的主要原因究竟是降水变 化还是人类活动 ,他们究竟在山区来水量减少的过 程中起到多大的作用 ,过去对这些问题研究大都为 定性分析 ,定量评估欠缺 ,而对于这一问题的回答 关系到流域管理的正确决策。为此 ,本文选取潮河 流域作为研究区域 ,分析影响流域径流量变化的因 素 ,定量评估流域尺度上的降水变化和人类活动对 年径流量的影响程度 ,为流域水资源的合理调控和 生态建设提供依据。 1 研究区概况 潮河干流发源于河北省丰宁满族自治县黄旗 镇北部 ,流经丰宁县中部、滦平县西部 ,经密云县的 古北口镇流入密云水库。本研究中的潮河流域指 潮河流域密云水库以上部分 ,流域总面积 4 875. 25 km 2 ,占密云水库以上集水流域面积的 31% ,涉及 到河北省的丰宁满族自治县 11个乡镇、滦平县 11 个乡镇以及北京市密云县的一部分。流域北接内 蒙古高原 ,南邻华北平原 ,燕山山脉横贯流域南部 , 山地面积占总面积的 80%。气候类型属于中温带 向暖温带过渡、半干旱向半湿润过渡的大陆性季风 气候 ,多年平均降水量约 494 mm。土壤类型以棕 壤和褐土分布最广 ,占总面积的 80%以上。植被 类型丰富 ,以针阔叶混交林为主 ,林草覆盖度达到 40%。 第 2 8卷 第 6期 2 0 0 8年 1 2月 地 理 科 学 SCIENTIA GEOGRAPH ICA SIN ICA Vol. 28 No. 6 Dec. , 2 0 0 8 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

10 28 2研究数据与方法 的趋势不明显,但径流量下降的趋势相当明显。 1991~2000年的流域年径流量平均值为1961 21研究数据 1970年的909%,减少幅度较大。潮河流域降水 潮河流域的14个雨量站和3个水文站均积累和径流变化趋势的非一致性,说明人类活动造成流 了长系列的观测资料。为了分析流域多年来的径域下垫面改变,可能对径流变化起很大作用。 流和降水变化,本文收集了流域出口控制站下会站32人类活动对流域年径流量的影响 1961~2005年逐年流量数据、流域内17个雨量站 1)流域蓄水工程的影响。潮河流域蓄水工 包括3个水文站)1961~2005年逐年降水数据,程主要是小型水库和塘坝,大部分建成于20世纪 这些数据来源于河北省水文总站。还收集了流域70年代末至80年代初。流域内现有小型水库12 内丰宁和滦平2个气象站点1961~2005年逐年降座,总库容量为101525×10m3,总控制流域面 水数据这些数据分别来源于国家气象局和滦平县积占潮河流域面积的592%。流域内建有塘坝13 气象局。采用泰森多边形方法求得流域平均年降座,总容量为2533×105m3,由于设计标准不高或 水量。为了分析流域内的人类活动,收集了流配套设施不全,大部分塘坝已经废弃。小型水库的 域1961~2005年水利工程数据、逐年用水量数据修建使得部分径流被拦蓄于库内,这无疑对潮河流 和逐年水土保持措施面积数据,这些数据主要来源域径流量的减少起到了一定作用 于丰宁县水务局和滦平县水务局的《水利综合统 2)流域引水的影响。对潮河流域近20a 计年报等相关的统计资料 (1986~2005年)的用水量数据进行分析,农业用 22研究方法 水量占全部用水量的91%,工业用水量占4%,生 本文的研究方法主要是经验统计分析方活用水量占5%。总用水量中取用地下水量比例 法18~2,是评价降水变化与人类活动对河川径流为35%。由此可见,潮河流域所引用水量大部分 量影响的常用方法。径流的形成受降水及下垫面是地表水,主要是满足农业灌溉的需求。对流域 条件的制约,人类活动可以改变流域下垫面状况,1961~2005年的引用地表水量数据进行分析,结 但不可能显著改变流域降水条件。因此,可以认为果表明该时段流域的引用地表水量呈现出明显增 降水是不受人类活动的影响的。据此,分别对人类大的趋势。1961~1970、1971~1980、1981~1990 活动影响较小时期(基准期)的降水、径流实测资1991~20002001~2005年,各时段平均年用水量 料和人类活动影响显著时期措施期)的降水、径分别为016027、023、045、048×103m3,占相 流实测资料进行回归分析,建立两个时期的年径流应各时段平均年径流量的54%,71%,109% 量与降水量之间的经验统计模型,通过对这两个时161%和46%。 期降水-产流关系的分析比较,区别出降水变化和 图1点绘了潮河流域1961~2005年实测年径 人类活动对流域径流量变化的影响程度。人类活流量与年用水量的关系,两者之间表现出明显的负 动影响较小时期〔基准期)的降水-径流经验统计相关,这说明随着流域用水量的增加,部分径流被 模型的精度及降水资料的可靠性是该方法计算的引出河道,使潮河的年径流量减少 关键 2,23 3结果分析 31流域年降水量和径流量的变化趋势 Mann- Kenda秩次相关法是检验水文时间序 列变化趋势的良好方法2。根据潮河流域1961 2005年的降水资料和实测径流资料,计算得年降 00.10.20.30.40.50.60.7 水的肯德尔标准化变量Mp=-Q09,年径流的肯 流城年用水量(10′m3) 德尔标准化变量则为M=-234。取显著性水平 图1潮河流域实测年径流量与年用水量的关系 a=005,则相应的检验临界值为M。=196。由于 Fig I Observed annual runoff versus annual water 5M5<<Ma,5M5Ma,所以潮河流域降水量下降 consumpton of the Chao River Basin 201994-2009ChinaAcademicJounalElectronicPUblishingHouseAllrightsreservedhttp:/nnw.cnkiner

2 研究数据与方法 2. 1 研究数据 潮河流域的 14个雨量站和 3个水文站均积累 了长系列的观测资料。为了分析流域多年来的径 流和降水变化 ,本文收集了流域出口控制站下会站 1961～2005年逐年流量数据、流域内 17个雨量站 (包括 3个水文站 ) 1961～2005年逐年降水数据 , 这些数据来源于河北省水文总站。还收集了流域 内丰宁和滦平 2个气象站点 1961～2005年逐年降 水数据 ,这些数据分别来源于国家气象局和滦平县 气象局。采用泰森多边形方法求得流域平均年降 水量 [ 17 ]。为了分析流域内的人类活动 ,收集了流 域 1961～2005年水利工程数据、逐年用水量数据 和逐年水土保持措施面积数据 ,这些数据主要来源 于丰宁县水务局和滦平县水务局的《水利综合统 计年报 》等相关的统计资料。 2. 2 研究方法 本文的研究方 法主要 是经验统 计分析方 法 [ 18～21 ] ,是评价降水变化与人类活动对河川径流 量影响的常用方法。径流的形成受降水及下垫面 条件的制约 ,人类活动可以改变流域下垫面状况 , 但不可能显著改变流域降水条件。因此 ,可以认为 降水是不受人类活动的影响的。据此 ,分别对人类 活动影响较小时期 (基准期 )的降水、径流实测资 料和人类活动影响显著时期 (措施期 )的降水、径 流实测资料进行回归分析 ,建立两个时期的年径流 量与降水量之间的经验统计模型 ,通过对这两个时 期降水 - 产流关系的分析比较 ,区别出降水变化和 人类活动对流域径流量变化的影响程度。人类活 动影响较小时期 (基准期 )的降水 - 径流经验统计 模型的精度及降水资料的可靠性是该方法计算的 关键 [ 22, 23 ]。 3 结果分析 3. 1 流域年降水量和径流量的变化趋势 Mann - Kendall秩次相关法是检验水文时间序 列变化趋势的良好方法 [ 14, 24 ] 。根据潮河流域 1961～ 2005年的降水资料和实测径流资料 ,计算得年降 水的肯德尔标准化变量 M P = - 0. 09,年径流的肯 德尔标准化变量则为 MR = - 2. 34。取显著性水平 α= 0. 05,则相应的检验临界值为 Mα = 1. 96。由于 0M P0 M a ,所以潮河流域降水量下降 的趋势不明显 ,但径流量下降的趋势相当明显。 1991～2000年的流域年径流量平均值为 1961～ 1970年的 90. 9% ,减少幅度较大。潮河流域降水 和径流变化趋势的非一致性 ,说明人类活动造成流 域下垫面改变 ,可能对径流变化起很大作用。 3. 2 人类活动对流域年径流量的影响 1) 流域蓄水工程的影响。潮河流域蓄水工 程主要是小型水库和塘坝 ,大部分建成于 20世纪 70年代末至 80年代初。流域内现有小型水库 12 座 ,总库容量为 1 015. 25 ×10 4 m 3 ,总控制流域面 积占潮河流域面积的 5. 92%。流域内建有塘坝 13 座 ,总容量为 25. 33 ×10 4 m 3 ,由于设计标准不高或 配套设施不全 ,大部分塘坝已经废弃。小型水库的 修建使得部分径流被拦蓄于库内 ,这无疑对潮河流 域径流量的减少起到了一定作用。 2) 流域引水的影响。对潮河流域近 20 a (1986～2005年 )的用水量数据进行分析 ,农业用 水量占全部用水量的 91% ,工业用水量占 4% ,生 活用水量占 5%。总用水量中取用地下水量比例 为 35%。由此可见 ,潮河流域所引用水量大部分 是地表水 ,主要是满足农业灌溉的需求。对流域 1961～2005年的引用地表水量数据进行分析 ,结 果表明该时段流域的引用地表水量呈现出明显增 大的趋势。1961～1970、1971～1980、1981～1990、 1991～2000、2001～2005年 ,各时段平均年用水量 分别为 0. 16、0. 27、0. 23、0. 45、0. 48 ×10 8 m 3 ,占相 应各时段平均年径流量的 5. 4% , 7. 1% , 10. 9% , 16. 1%和 46%。 图 1点绘了潮河流域 1961～2005年实测年径 流量与年用水量的关系 ,两者之间表现出明显的负 相关 ,这说明随着流域用水量的增加 ,部分径流被 引出河道 ,使潮河的年径流量减少。 图 1 潮河流域实测年径流量与年用水量的关系 Fig. 1 Observed annual runoff versus annual water consump tion of the Chao River Basin 810 地 理 科 学 28卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

李子君等:近45年来降水变化和人类活动对潮河流域年径流量的影响 8l1 3)流域水土保持的影响。国家和地方政府存在一个变点。两变点均通过了置信度95%的检 为防治水土流失、保护密云水库的水质,20世纪80验。根据变点分析结果,潮河流域径流的演化过程 年代以来,在潮河流域开展了大规模的水土保持综可分为三个阶段,即1961~1980年、1981~1998 合治理。1989~2000年期间,潮河流域被水利部年和1999~2005年。1961~1980年,流域内水利 设立为国家级水土保持重点治理区,流域内实施了水保措施较少,引水影响相对较小。1981~1998 大量的水土保持措施;林业部退耕还林还草政策从年,流域内实施了大量的水土保持措施,建成于20 1998年开始推行;自2001年起,国家正式启动了世纪70年代末至80年代初的水利工程也开始发 21世纪初期首都水资源可持续利用规划”项目,挥效益,流域引水量增加,这些人类活动因素都会 对潮河流域水土流失进行系统监测和重点治理。使径流量减少,造成了流域径流趋势性的改变。 截至2005年底,流域内累计保存下来的水土保持199~2005年,水利水保措施继续发挥拦蓄径流 措施面积为273569kn 的作用,人类大量引水,加上1999年以来连续干 图2点绘了潮河流域1%61~2005年还原年径旱,流域内产流量也少,再次造成流域径流趋势性 流量(实测年径流量与用水量之和)与水土保持措的改变 施面积的关系,两者之间表现出明显的负相关,这 上述分析结果表明,1981年以前潮河流域受 说明随着流域水土保持措施面积的增加,流域径流人类活动的影响相对较小,故可把1961~1980 量呈减少的趋势。水土保持措施对流域内的降水作为基准期,1981年以后人类活动的影响显著 和径流进行拦蓄,增加入渗,截留的降水还部分消把1981~2005年作为措施期 耗于蒸散发,这在一定程度上减少了流域的产水 2)降水-径流经验统计模型的建立及检验。 量,也减少了进入河川的径流量。 分别对基准期和措施期的年降水量数据、年径流量 数据进行曲线拟合分析,两时期指数函数的复相关 y=-0.0528x+4.26 系数分别为0924、0803,显著性水平优于0001 说明两个时期两个变量之间均存在高度显著的指 数函数关系。 图3点绘了1961~2005年潮河流域年径流量 与年降水量的关系,并且给出了相应的拟合曲线和 340回归方程。与1961~1980年的拟合曲线相比 流域水土保持措施面积(10hm2) 1981~2005年的曲线显著下降,说明在相同的降 图2潮河流域还原年径流量与水土保持 水条件下,流域径流量确实减少了 措施面积的关系 Fig 2 Restored annual runoff versus areas of soil and water 1961~1980年 conservation of the Chao r ver basin 1981~2005年 R1=0.2288e 0.8535 33降水变化、人类活动与流域年径流量的定量 指数(1981~2005年) 关系 1)基准期与措施期的划分。为了评价人类 3a%8% 活动对流域年径流量的影响,首先要划分人类活动 0035040 60600650700750 影响较小的“基准期”和人类活动影响显著的措昔 年降水量( 施期”,然后对这两个时期的径流量进行比较。基 图3潮河流域年径流量与年降水量的关系 准期和措施期的划分可通过分析流域径流演变的 Fig 3 Annual runoff versus annual precipitaton 阶段性而判定。应用Mann- Kendall变点检测技 of the chao r iver basin 术13对下会站45a(1961~2005年)的实测径流 相应于基准期和措施期的方程分别为 量进行变点分析,结果发现在1999年发生了一次 R1=Q2288021(}=08535)(1) 径流突变,采用该法对1961~1998年这一时段的 资料做进一步的分析,所得结果表明在1981年还 0644) 201994-2009ChinaAcademicJoumalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:/nnr.cnkiner

3) 流域水土保持的影响。国家和地方政府 为防治水土流失、保护密云水库的水质 , 20世纪 80 年代以来 ,在潮河流域开展了大规模的水土保持综 合治理。1989～2000年期间 ,潮河流域被水利部 设立为国家级水土保持重点治理区 ,流域内实施了 大量的水土保持措施 ;林业部退耕还林还草政策从 1998年开始推行 ;自 2001年起 ,国家正式启动了 “21世纪初期首都水资源可持续利用规划 ”项目 , 对潮河流域水土流失进行系统监测和重点治理。 截至 2005年底 ,流域内累计保存下来的水土保持 措施面积为 2 735. 69 km 2。 图 2点绘了潮河流域 1961～2005年还原年径 流量 (实测年径流量与用水量之和 )与水土保持措 施面积的关系 ,两者之间表现出明显的负相关 ,这 说明随着流域水土保持措施面积的增加 ,流域径流 量呈减少的趋势。水土保持措施对流域内的降水 和径流进行拦蓄 ,增加入渗 ,截留的降水还部分消 耗于蒸散发 ,这在一定程度上减少了流域的产水 量 ,也减少了进入河川的径流量。 图 2 潮河流域还原年径流量与水土保持 措施面积的关系 Fig. 2 Restored annual runoff versus areas of soil and water conservation of the Chao River Basin 3. 3 降水变化、人类活动与流域年径流量的定量 关系 1) 基准期与措施期的划分。为了评价人类 活动对流域年径流量的影响 ,首先要划分人类活动 影响较小的“基准期 ”和人类活动影响显著的“措 施期 ”,然后对这两个时期的径流量进行比较。基 准期和措施期的划分可通过分析流域径流演变的 阶段性而判定。应用 Mann - Kendall变点检测技 术 [ 14, 25 ]对下会站 45 a (1961～2005年 )的实测径流 量进行变点分析 ,结果发现在 1999年发生了一次 径流突变 ,采用该法对 1961～1998年这一时段的 资料做进一步的分析 ,所得结果表明在 1981年还 存在一个变点。两变点均通过了置信度 95%的检 验。根据变点分析结果 ,潮河流域径流的演化过程 可分为三个阶段 ,即 1961～1980年、1981～1998 年和 1999～2005年。1961～1980年 ,流域内水利 水保措施较少 ,引水影响相对较小。1981～1998 年 ,流域内实施了大量的水土保持措施 ,建成于 20 世纪 70年代末至 80年代初的水利工程也开始发 挥效益 ,流域引水量增加 ,这些人类活动因素都会 使径流量减少 ,造成了流域径流趋势性的改变。 1999～2005年 ,水利水保措施继续发挥拦蓄径流 的作用 ,人类大量引水 ,加上 1999年以来连续干 旱 ,流域内产流量也少 ,再次造成流域径流趋势性 的改变。 上述分析结果表明 , 1981年以前潮河流域受 人类活动的影响相对较小 ,故可把 1961～1980年 作为基准期 , 1981年以后人类活动的影响显著 ,可 把 1981～2005年作为措施期。 2) 降水 - 径流经验统计模型的建立及检验。 分别对基准期和措施期的年降水量数据、年径流量 数据进行曲线拟合分析 ,两时期指数函数的复相关 系数分别为 0. 924、0. 803,显著性水平优于 0. 001, 说明两个时期两个变量之间均存在高度显著的指 数函数关系。 图 3点绘了 1961～2005年潮河流域年径流量 与年降水量的关系 ,并且给出了相应的拟合曲线和 回归方程。与 1961 ～1980 年的拟合曲线相比 , 1981～2005年的曲线显著下降 ,说明在相同的降 水条件下 ,流域径流量确实减少了。 图 3 潮河流域年径流量与年降水量的关系 Fig. 3 Annual runoff versus annual p recip itation of the Chao River Basin 相应于基准期和措施期的方程分别为 : R1 = 0. 228 8e 0. 005 2 P1 ( r 2 = 0. 853 5) (1) R2 = 0. 092 3e 0. 006 P2 ( r 2 = 0. 644) (2) 6期 李子君等 :近 45年来降水变化和人类活动对潮河流域年径流量的影响 811 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

812 28 式中,R1、R2分别为基准期和措施期的年径流量,10期中各年的降水量代入基准期的方程(1),可求出 P1、P分别为基准期和措施期的年降水量,mm。假定未受人类活动影响的每一年的径流量,再减去 3)不同时段降水变化、人类活动对流域年径相应年的实测径流量,即可得到受人类活动影响的 流量的影响。基准期的方程相关系数较高,故可用径流减少量(表1)。 于估算人类活动对流域年径流量的影响。将措施 表1人类活动和降水变化对潮河流域年径流量影响的计算结果 Table 1 Calculating results of mpacts of human activities and precipitaton changes on annual runoff of the Chao R iver Basin 人类活动 降水影响 时段(年) 时的年均径流量 实测年均径流量 占总减水量 减水量 占总减水量 103m3/a (103m3/a) 981~1990 3.38 132 991~2000 989 2001~2005 0092 注降水变化导致的减水量系由基准期的流域年平均径流量345×03m3减去假定只受降水影响时的径流量而求得 表1可知,1981~1990、1991~2000、2001~的贡献率分别为168%和832%。人类活动因素 2005年,受人类活动影响所产生的年均减水量分的贡献率远大于降水因素。 别为132、067、146×05m3,占相应时段总减水 量的951%,989%和607%;受降水变化影响所 参考文献 产生的年均减水量分别为007、001、095×101]李树德再论水资源问题[北京大学学报(自然科学版) m3,占相应时段总减水量49%,11%和393% 00,36(6):799~823 在1981~2005年整个措施期,受人类活动的影响 [2]邓伟,翟金良,闫敏华水空间管理与水资源的可持续性 和降水变化影响所导致的年均减水量为109和(3施雅风气候变化对西北华北水资源的影响[M济南山东 022×10m3,分别占总减水量的832%和 科学技术出版社,1995 168%,人类活动因素的贡献率远大于降水因素。41 World Water Council World Water V isin20251. London Earthscan Publicatons L td 2000. 4结论与讨论 [5」邓慧平,李秀彬,张明,等.气候与地表覆被变化对梭磨河 流域水文影响的分析[J]地理科学,2001,21(6):493 潮河流域是北京市的重要水源地。在对将近 45a流域降水变化以及修建水利工程、引水、水土6」王国庆,王云璋,史忠海,等.黄河流域水资源未来变化趋势 保持等人类活动因素进行分析的基础上,利用降水 分析[J]地理科学,2001,21(5):396-~400 径流经验统计模型评估了降水变化和人类活动 7]孙力,安刚,高枞亭,等.中国东北地区地表水资源与气 对流域年径流量的影响程度,结论如下 候变化关系的研究[J]地理科学,2004,24(1):42~49 [8] Chen Liqun, Liu Changm ing, Li Yanp ing, et al mpacts of clr 1)利用Mann- Kendal次相关法对潮河流 matic factors on runoff coeffic ients in source regions of the 域45a的降水、径流变化趋势进行检验,结果表明 Huanghe R ier[J]. Chinese Geographical Science, 2007, 17 流域降水量下降的趋势不明显,但径流量呈显著减 (1):47-55 少趋势 [9]何云玲,张一平,杨小波中国内陆热带地区近40年气候变 化特征[J地理科学,2007,27(4):499~505 2)应用 Mann- Kendal点检测技术将潮河(10房巧敏,龚道溢,毛睿中国近46年来冬半年日降水变化 流域径流的演化过程分为 特征分析[地理科学,2007,27(5):711~717 1998和1999~2005年3个阶段。以1981年为转徐彦伟,康世昌,周石硚等青藏高原纳木错流域夏、秋季大 折点,1961~1980年划为基准期,1981~2005年划 气降水中8O与水汽来源及温度的关系[J地理科学, 为措施期 2007,27(5):718~723 [12]李红军江志红,魏文寿近40年来塔里木河流域旱涝的气 3)1981~2005年,降水减少和引水、水利水 候变化[J]地理科学,2007,27(6):801~807 保措施等人类活动使得潮河径流量不断减少,二者[13]夏军,刘孟雨,贾绍凤,等华北地区水资源及水安全问题 201994-2009ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouseallrightsreservedhttp:/hnnw.cnkiner

式中 , R1、R2 分别为基准期和措施期的年径流量 , 10 8 m 3 ; P1、P2 分别为基准期和措施期的年降水量 ,mm。 3) 不同时段降水变化、人类活动对流域年径 流量的影响。基准期的方程相关系数较高 ,故可用 于估算人类活动对流域年径流量的影响。将措施 期中各年的降水量代入基准期的方程 (1) ,可求出 假定未受人类活动影响的每一年的径流量 ,再减去 相应年的实测径流量 ,即可得到受人类活动影响的 径流减少量 (表 1)。 表 1 人类活动和降水变化对潮河流域年径流量影响的计算结果 Table 1 Calculating results of impacts of human activities and p recip itation changes on annual runoff of the Chao River Basin 时段 (年 ) 假定只受降水影响 时的年均径流量 (10 8 m 3 / a) 实测年均径流量 (10 8 m 3 / a) 人类活动影响 减水量 (10 8 m 3 / a) 占总减水量 的比例 ( % ) 降水影响 减水量 (10 8 m 3 / a) 占总减水量 的比例 ( % ) 1981～1990 1991～2000 2001～2005 3. 38 3. 44 2. 50 2. 06 2. 77 1. 04 1. 32 0. 67 1. 46 95. 1 98. 9 60. 7 0. 07 0. 01 0. 95 4. 9 1. 1 39. 3 1981～2005 3. 23 2. 14 1. 09 83. 2 0. 22 16. 8 注 :降水变化导致的减水量系由基准期的流域年平均径流量 3. 45 ×10 8 m 3 减去假定只受降水影响时的径流量而求得。 表 1 可知 , 1981～1990、1991 ～2000、2001 ～ 2005年 ,受人类活动影响所产生的年均减水量分 别为 1. 32、0. 67、1. 46 ×10 8 m 3 ,占相应时段总减水 量的 95. 1% , 98. 9%和 60. 7% ;受降水变化影响所 产生的年均减水量分别为 0. 07、0. 01、0. 95 ×10 8 m 3 ,占相应时段总减水量 4. 9% , 1. 1%和 39. 3%。 在 1981～2005年整个措施期 ,受人类活动的影响 和降水变化影响所导致的年均减水量为 1. 09和 0. 22 ×10 8 m 3 , 分 别 占 总 减 水 量 的 83. 2% 和 16. 8% ,人类活动因素的贡献率远大于降水因素。 4 结论与讨论 潮河流域是北京市的重要水源地。在对将近 45 a流域降水变化以及修建水利工程、引水、水土 保持等人类活动因素进行分析的基础上 ,利用降水 - 径流经验统计模型评估了降水变化和人类活动 对流域年径流量的影响程度 ,结论如下 : 1) 利用 Mann - Kendall秩次相关法对潮河流 域 45 a的降水、径流变化趋势进行检验 ,结果表明 流域降水量下降的趋势不明显 ,但径流量呈显著减 少趋势。 2) 应用 Mann - Kendall变点检测技术将潮河 流域径流的演化过程分为 1961 ～1980、1981 ～ 1998和 1999～2005年 3个阶段。以 1981年为转 折点 , 1961～1980年划为基准期 , 1981～2005年划 为措施期。 3) 1981～2005年 ,降水减少和引水、水利水 保措施等人类活动使得潮河径流量不断减少 ,二者 的贡献率分别为 16. 8%和 83. 2%。人类活动因素 的贡献率远大于降水因素。 参考文献 : [ 1 ] 李树德. 再论水资源问题 [J ]. 北京大学学报 (自然科学版 ) , 2000, 36 (6) : 799～823. [ 2 ] 邓 伟 ,翟金良 ,闫敏华. 水空间管理与水资源的可持续性 [J ]. 地理科学 , 2003, 23 (4) : 385～390. [ 3 ] 施雅风. 气候变化对西北华北水资源的影响 [M ]. 济南 :山东 科学技术出版社 , 1995. [ 4 ] World Water Council. World Water V ision 2025 [M ]. London: Earthscan Publications Ltd. , 2000. [ 5 ] 邓慧平 ,李秀彬 ,张 明 ,等. 气候与地表覆被变化对梭磨河 流域水文影响的分析 [ J ]. 地理科学 , 2001, 21 ( 6 ) : 493 ～ 497. [ 6 ] 王国庆 ,王云璋 ,史忠海 ,等. 黄河流域水资源未来变化趋势 分析 [J ]. 地理科学 , 2001, 21 (5) : 396～400. [ 7 ] 孙 力 ,安 刚 ,高枞亭 ,等. 中国东北地区地表水资源与气 候变化关系的研究 [J ]. 地理科学 , 2004, 24 (1) : 42～49. [ 8 ] Chen Liqun, Liu Changming, Li Yanp ing, et al. Impacts of cli2 matic factors on runoff coefficients in source regions of the Huanghe River [ J ]. Chinese Geographical Science, 2007, 17 (1) : 47 - 55. [ 9 ] 何云玲 ,张一平 ,杨小波. 中国内陆热带地区近 40年气候变 化特征 [J ]. 地理科学 , 2007, 27 (4) : 499～505. [ 10 ] 房巧敏 ,龚道溢 ,毛 睿. 中国近 46年来冬半年日降水变化 特征分析 [J ]. 地理科学 , 2007, 27 (5) : 711～717. [ 11 ] 徐彦伟 ,康世昌 ,周石硚 ,等. 青藏高原纳木错流域夏、秋季大 气降水中 δ18O 与水汽来源及温度的关系 [ J ]. 地理科学 , 2007, 27 (5) : 718～723. [ 12 ] 李红军 ,江志红 ,魏文寿. 近 40年来塔里木河流域旱涝的气 候变化 [J ]. 地理科学 , 2007, 27 (6) : 801～807. [ 13 ] 夏 军 ,刘孟雨 ,贾绍凤 ,等. 华北地区水资源及水安全问题 812 地 理 科 学 28卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

李子君等:近45年来降水变化和人类活动对潮河流域年径流量的影响 的思考与研究[J自然资源学报,2004,19(5):550 211~284 14』李丽娟,郑红星.华北典型河流年径流演变规律及其驱动力[20]穆兴民,李靖,王飞,等.基于水土保持的流域降水 分析—以潮白河为例[J]地理学报,200055(3):309~ 流统计模型及其应用[J水利学报,2004,(5):122~128 [21]许炯心人类活动和降水变化对嘉陵江流域侵蚀产沙的影响 5]高迎春,姚治君,刘宝勤,等.密云水库入库径流变化趋势及 [J]地理科学,2006,26(4):432~437 动因分析[J地理科学进展,2002,21(6):546~553 [22]冉大川,柳林旺,赵力仪,等黄河中游河口镇至龙门区间水 [16]孙宁,李秀彬,冉圣洪,等.潮河上游降水-径流关系演变 土保持与水沙变化[M]郑州:黄河水利出版社,2000 及人类活动的影响分析[J地理科学进展,2007,26(5) 130~137 41~47. [23]徐建华,牛玉国水利水保工程对黄河中游多沙粗沙区径流 17]黄锡荃,李惠明,金伯欣.水文学[MJ北京:高等教育出版 泥沙影响研究IM]郑州:黄河水利出版社,2000167~233 24]徐海量,叶茂,宋郁东塔里木河源流区气候变化和年径流 [18]许炯心,孙季近50年来降水变化和人类活动对黄河入海 量关系初探[J地理科学,2007,27(2):119~224 径流通量的影响[J]水科学进展,2003,15(6):690~695[25]闫敏华,邓伟,陈泮勤三江平原气候突变分析[J]地理科 19]陈江南,王云璋,徐建华,等.黄土高原水土保持对水资源和 学,2003,23(6):661~667 泥沙影响评价方法研究[M]郑州:黄河水利出版社,2004 m pacts of Prec ip ita tion Changes and Human Acti itie s on Ann l Runoff of Chao river Basin during Past 45 years LIZrjun, LIX (1 College of Population, Resoures and Envimnmn ent Shandong Nom al Uniersit, Jinan, Shandong 250014; 2 Institu te of Geog raphic Sciences and N annaI Resources Research, Chinese A caden y of Sciences Beijing 100101) Abstract: hn recent 45 years, the annual runoff of the Chao r iver Basin has dec lined significantly with decrea- sing p rec p itation and increasing human activities such as hydro p ojects construction, water diversion and mp le mentation of oil and water conservation mpacts of p rec p itation variatons and human activities on annual runoff of the Chao r iver Basin are evaluated quantitatively based on the rainfall-runoff emp irical statistical model The results show: During 1981-1990, 1991-2000, 2001-2005 and 1981-2005, the average annual runoff reduc- ton amounts influenced by human activities are l32×0m3,067×105m3,146×103m3and109×103 m respectively, tak ing up 951%,989%, 60% and 83 2% of the total runoff reducton amounts of corre ponding period; the ave rage annual runoff reduction amounts influenced by precipitaton variations are Q 07 X10' m3,001×05m3,095×0m3and22×x0m3 respectively,tkng唧p49%,11%,393%andl68% of the btal runoff reduction amounts of correspond ing period accord ingly. The contribution rates of human activr ties t runoff reduction are much higher than that of p rec p itation variations Key words: p rec pitation changes human activities, annual runoff rainfall-runoff emp irical statistical modeL Chao r iver b asin 201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishinghOuse.Allrightsreservedhttp:/hwww.cnki.net

的思考与研究 [J ]. 自然资源学报 , 2004, 19 (5) : 550～560. [ 14 ] 李丽娟 ,郑红星. 华北典型河流年径流演变规律及其驱动力 分析 ———以潮白河为例 [J ]. 地理学报 , 2000, 55 (3) : 309～ 317. [ 15 ] 高迎春 ,姚治君 ,刘宝勤 ,等. 密云水库入库径流变化趋势及 动因分析 [J ]. 地理科学进展 , 2002, 21 (6) : 546～553. [ 16 ] 孙 宁 ,李秀彬 ,冉圣洪 ,等. 潮河上游降水 - 径流关系演变 及人类活动的影响分析 [ J ]. 地理科学进展 , 2007, 26 ( 5) : 41～47. [ 17 ] 黄锡荃 ,李惠明 ,金伯欣. 水文学 [M ]. 北京 :高等教育出版 社 , 2003: 68～70. [ 18 ] 许炯心 ,孙 季. 近 50年来降水变化和人类活动对黄河入海 径流通量的影响 [J ]. 水科学进展 , 2003, 15 (6) : 690～695. [ 19 ] 陈江南 ,王云璋 ,徐建华 ,等. 黄土高原水土保持对水资源和 泥沙影响评价方法研究 [M ]. 郑州 :黄河水利出版社 , 2004: 211～284. [ 20 ] 穆兴民 ,李 靖 ,王 飞 ,等. 基于水土保持的流域降水 - 径 流统计模型及其应用 [J ]. 水利学报 , 2004, (5) : 122～128. [ 21 ] 许炯心. 人类活动和降水变化对嘉陵江流域侵蚀产沙的影响 [J ]. 地理科学 , 2006, 26 (4) : 432～437. [ 22 ] 冉大川 ,柳林旺 ,赵力仪 ,等. 黄河中游河口镇至龙门区间水 土 保持与水沙变化 [M ]. 郑州 :黄河水利出版社 , 2000: 130～137. [ 23 ] 徐建华 ,牛玉国. 水利水保工程对黄河中游多沙粗沙区径流 泥沙影响研究 [M ]. 郑州 :黄河水利出版社 , 2000: 167～233. [ 24 ] 徐海量 ,叶 茂 ,宋郁东. 塔里木河源流区气候变化和年径流 量关系初探 [J ]. 地理科学 , 2007, 27 (2) : 119～224. [ 25 ] 闫敏华 ,邓 伟 ,陈泮勤. 三江平原气候突变分析 [J ]. 地理科 学 , 2003, 23 (6) : 661～667. Im pacts of Prec ipita tion Changes and Human Activ ities on Annua l Runoff of Chao River Ba sin D ur ing Pa st 45 years L I Zi2jun 1 ,L I Xiu2bin 2 (1. College of Population, Resources and Environm ent, Shandong N orm al University, J inan, Shandong 250014; 2. Institute of Geographic Sciences and N atural Resources Research, Chinese Academ y of Sciences, B eijing 100101) Abstract: In recent 45 years, the annual runoff of the Chao River Basin has declined significantly with decrea2 sing p recip itation and increasing human activities such as hydro p rojects construction, water diversion and imp le2 mentation of soil and water conservation. Impacts of p recip itation variations and human activities on annual runoff of the Chao River Basin are evaluated quantitatively based on the rainfall2runoff emp irical statistical model. The results show: During 1981- 1990, 1991- 2000, 2001- 2005 and 1981 - 2005, the average annual runoff reduc2 tion amounts influenced by human activities are 1. 32 ×10 8 m 3 , 0. 67 ×10 8 m 3 , 1. 46 ×10 8 m 3 and 1. 09 ×10 8 m 3 respectively, taking up 95. 1% , 98. 9% , 60. 7% and 83. 2% of the total runoff reduction amounts of corre2 sponding period; the average annual runoff reduction amounts influenced by p recip itation variations are 0. 07 ×10 8 m 3 , 0. 01 ×10 8 m 3 , 0. 95 ×10 8 m 3 and 0. 22 ×10 8 m 3 respectively, taking up 4. 9% , 1. 1% , 39. 3% and 16. 8% of the total runoff reduction amounts of corresponding period accordingly. The contribution rates of human activi2 ties to runoff reduction are much higher than that of p recip itation variations. Key words: p recip itation changes; human activities; annual runoff; rainfall2runoff emp irical statistical model; Chao River Basin 6期 李子君等 :近 45年来降水变化和人类活动对潮河流域年径流量的影响 813 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net