气候变化和人类活动对东鱼河流域径流影响的探析

水资源开发与管理　２０１７年・第７期　ＤＯＩ：１０．１６６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．１０—１３２６／ＴＶ．２０１７．０７．０１９　气候变化和人类活动对东鱼河流域　径流影响的探析　张翠荣　（菏泽市东鱼河流域工程管理处，山东菏泽２７４０００）　【摘要】　２Ｏ世纪８Ｏ年代以来，山东东鱼河流域径流出现显著减小趋势，本文运用Ｍａｎｎ—Ｗｈｉｔｎｅｙ—Ｐｅｔｔｉｔｔ突变点分　析法和Ｍａｎｎ　Ｋｅｎｄａｌｌ检验法对东鱼河流域降水量和径流量序列突变点进行分析，并通过弹性系数法和水文模拟法　对气候变化和人类活动对东鱼河流域径流的影响过程及结果进行探讨。结果表明，人类活动是引起东鱼河流域径　流量减小的主要原因。　【关键词】　东鱼河流域；径流；气候变化；人类活动　中图分类号：ＴＶ２１１　文献标志码：Ａ　文章编号：２０９６￣１３１（２０１７）０７・００６６－０４　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃｌｉｍａｔｅ　ｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　ｈｕｍａｎ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｎ　ｒｕｎｏｆｆ　ｉｎ　Ｄｏｎｇｙｕ　Ｒｉｖｅｒ　ｂａｓｉｎ　ＺＨＡＮＧ　Ｃｕｉｒｏｎｇ　（Ｈｅｚｅ　Ｄｏｎｇｙｕｈｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｏｆｉｃｅ，Ｈｅｚｅｆ　２７４０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｄｏｎｇｙｕ　Ｒｉｖｅｒ　ｂａｓｉｎ　ｒｕｎｏｆｆ　ｓｕｆｆｅｒｓ　ｆｒｏｍ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｒｅｎｄ　ｓｉｎｃｅ　ｔｈｅ　１　９８０ｓ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，　Ｍａｎｎ—－Ｗｈｉｔｎｅｙ・－Ｐｅｔｔｉｔｔ　ｍｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｓｉｔｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ｍａｎｎ・－Ｋｅｎｄａｌｌ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｆｏｒ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｕｎｏｆｆ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｍｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｓｉｔｅｓ　ｉｎ　Ｄｏｎｇｙｕ　Ｒｉｖｅｒ　ｂａｓｉｎ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｃｌｉｍａｔｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ａｎｄ　ｈｕｍａｎ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｏｎ　ｒｕｎｏｆｆ　ｏｆ　Ｄｏｎｇｙｕ　Ｒｉｖｅｒ　ｂａｓｉｎ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｈｕｍａｎ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ａｒｅ　ｍａｉｎ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｌｅａｄｉｎｇ　ｔｏ　ｒｕｎｏｆｆ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｄｏｎｇｙｕ　Ｒｉｖｅｒ　ｂａｓｉｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｄｏｎｇｙｕｈｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ；ｒｕｎｏｆｆ；ｃｌｉｍａｔｅ　ｃｈａｎｇｅ；ｈｕｍａｎ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　１资料和研究方法　１．１　河流基本情况及数据选取　东鱼河是山东省内最大的人工河流，西起菏泽东　０．１８％ｏ，东鱼河最大流量９５０～２４５０ｍ　／ｓ，主要靠降水　补给，径流变差系数和年径流量变化较大。流域内自　然条件较为恶劣，降水少、蒸发大，水资源短缺，生态环　境脆弱，再加上人类开荒、兴修水利水电工程等活动的　不断影响，引起流域内水资源供需极不平衡，流域内气　象条件、下垫面一致性等均遭到一定程度的破坏。　明县刘楼村，向东流经牡丹区、曹县、定陶、成武、单县　等县市及济宁市属金乡县，于鱼台县城东部的西姚入　昭阳湖。东鱼河全长约１７２ｋｍ，流域面积５９２３ｋｍ。，河　为了保持各个站点资料序列的一致性，选取东鱼　河流域典型测站１９７０－－１９８９年和１９９０－－２０１０年两个　流深２．７～５．０ｍ，河口宽２９～２４０ｍ，比降为０．０７％ｖ～　・６６・　张翠荣／气候变化和人类活动对东鱼河流域径流影响的探　◆科学研究　时段的年均降水量与年径流量相关资料，对气候变化　ｆｔ．＝和人类活动对东鱼河流域径流的影响进行研究。　彘　。ｕｕ％　ＲＣ㈩　ｊ　（４）４）　　１．２气候变化和人类活动对径流影响的估算方法　１．２．１　弹性系数法　叼ｃ　——ＡＲ　×１００％叼ｃ：—Ｅ　以天然时期流域实测径流量为基准，则径流量实　测值与基准值之差是由气候变化和人类活动导致的，　根据式（１）可定量求得气候变化与人类活动对径流的　影响程度。　ＡＲＥ＝ＲＭ—ＲＢ＝Ｒｃ＋Ｒ日　（１）　式中ＡＲ　——径流量变化量；　Ｒ　——径流量实测值；　——径流量基准值；　Ｒ　Ｒ　——气候变化和人类活动所引起的径流　量变化量，其中　。计算公式为　Ｒ　＝ＡＰ＋差　（２）　式中△尸——降水量变化量；　ＡＥ　——潜在蒸散发；　塑ＯＰ——径流对降水量的敏感系数；　筹——径流对潜在蒸散发的敏感系数。　１．２．２水文模拟法　建立东鱼河流域水文模型，采用气候变化和人类　活动影响前的实测水文资料进行模型参数的率定，并　用以反映东鱼河流域天然产流状况。模型参数不变的　情况下，逐步将气候变化和人类活动显著影响后的气　象要素输入模型，计算相应时期流域天然径流量。通　过对比实测净流量和还原的天然径流量，便可分离出　气候变化和人类活动对流域径流的影响程度。　水文模拟法对所建立流域水文模型的精确度与适　应性有较高要求，可以采用美国农业部研发的综合考　虑了降水、气温、湿度、风速、太阳辐射等气象因子变动　情况的ＳＷＡＴ（ｓｏｉｌ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｔｏｏ１）模型进行　东鱼河流域水文模拟，并定量分析气候变化和人类活　动对东鱼河流域径流的影响。　ｓｇｎ　ｃ　一　＝｛　ｉ　ｉ　・６７・　水资源开发与管理　２们７年・第７期　方法，主要用于检验不遵从分布规律的非正态分布序　Ｋｅｎｄａｌｌ检验法对东鱼河流域年平均降水量、径流量及　自　／鲁Ｏ　列的趋势性。设水文序列为Ｘ＝｛　，　：，…，　｝，则　Ｍａｎｎ—Ｋｅｎｄａｌｌ检验的统计量ｚ为　ｒ（Ｓ一１）／　ｖａｒ（Ｓ）　Ｓ＞０　ｚ＝Ｊ　０　Ｓ＝０　（８）　１　（Ｓ＋１）／～　Ｓ＜０　其中　Ｓ＝∑∑ｓｇｎ（ｘｊ－－　）　ｖａｒ（ｓ）＝去［ｎ（ｎ一　２ｎ＋５）　一　（　一１）（２　＋５）］　Ｚ＞０表示水文序列　呈上升趋势；Ｚ＜０，则表示　呈下降趋势。在显著性水平为Ｏ／时，若ＩｚＩ＞Ｚ　一　（ｚ　为概率大于ａ／２时的标准正态分布值），则说　明水文序列　趋势性显著，否则说明　序列无显著的　趋势性。　２．１．３径流变化趋势　东鱼河流域降水主要集中在７—８月主汛期，其中　７月降水量年内最大，约为１４５ｍｍ，主汛期降水量约占　年内降水量的一半以上。受降水因素影响，径流主要　集中在汛期，主汛期径流量约占全年径流的５０％。图　１为东鱼河流域参政站实测径流量及降水量与蒸发量　的年内分配情况。　——潜在蒸发量　…一降水量一径流量　７０　ｌ　６０　５０　４Ｏ　３０　２０　１Ｏ　Ｏ　１　２　３　４　５　６　７　８　９　ｌ０　ｌ１　１２　月份　图１　东鱼河流域参政站潜在蒸发量、降水量和　径流量的年内分配　采用Ｍａｎｎ－Ｗｈｉｔｎｅｙ—Ｐｅｔｔｉｔｔ突变点分析法与Ｍａｎｎ一　・６８・　潜在蒸发量进行趋势及突变检验，结果见表１。　表１　降水量、径流量及潜在蒸发量趋势检验及结果　（显著性水平ｔｌｉｔ＇＝０．０５）　指　标　年平均值／ｍｍ　变化率／（ｒａｍ／ａ）　ＭＫ检验Ｚ值　降水量　４８８．５　０　２３　０．１Ｏ　径流量　６５．５　一１．２５　—３．２７　潜在蒸发量　１２１１．８　—４．３２　—５．１５　趋势及突变检验结果显示，东鱼河流域降水量呈　缓慢上升趋势，变化率为０．２３ｍｍ／ａ；径流量下降趋势　显著，变化率为一１．２５ｍｍ／ａ；潜在蒸发量下降趋势显　著，变化率为一４．３２ｍｍ／ａ。一般情况下，径流量与年　平均降水量正相关，而与蒸发量负相关，而表１趋势检　验结果表明，东鱼河流域年平均降水量缓慢上升的情　况下蒸发量显著减少，按照一般规律径流量应该呈增　加趋势，但径流量实测值反而呈下降趋势，由此可以推　断，降水量与蒸发量并不是引起东鱼河流域径流量下　降的主要原因。　２．１．４径流量序列突变点分析　利用Ｍａｎｎ—Ｗｈｉｔｎｅｙ—Ｐｅｔｔｉｔｔ突变点分析法确定东鱼　河流域降水量、径流量突变点后，采用Ｔ检验法进行突　变点前后序列一致性检验。结果表明，东鱼河流域降　水量突变发生在１９７２年，且Ｐ　＝０．６５５；径流量突变发　生在１９８４年，且Ｐ　＝０．００１。显著性水平　＝０．０５时，　Ｔ检验结果表明在突变点后径流量序列显著下降，这　说明东鱼河流域径流量突变并非由降水突变引起的。　根据Ｍａｎｎ—Ｗｈｉｔｎｅｙ—Ｐｅｔｔｉｔｔ突变点分析结果，将　１９７Ｏ一１９８４年设为天然基准期，１９８５－－２０１０年设为人　类活动影响期，并将人类活动影响期划分为ｌ９８５—　１９９４年、１９９５－－２００４年和２００５－－２０１０年三个时段。　２．２气候变化和人类活动对径流的影响　采用弹性系数法和水文模拟法计算气候变化和人　类活动对东鱼河流域径流量的影响，结果见表２。由　计算结果可知，在１９８５－－２０１０年整个人类活动影响期　间，两种方法所求得的气候变化和人类活动对径流的　张鍪　／气候变化和人类活动对东鱼河流域径流影响的探析　◆科学研究　影响基本一致，弹性系数法求得气候变化和人类活动　１０５．５％，气候变化对径流量产生积极影响，而人类活　对东鱼河流域径流量的贡献分别为一１１．２％和　动对径流量产生负面影响，且人类活动所引起的径流　１１０．７％，而水文模拟法求得的结果分别为一８．７％和　减少量远大于气候变化所引起的径流增加量。　表２　气候变化和人类活动对东鱼河流域径流量的影响程度　弹性系数法　水文模拟法　时　段　气候变化的影响　人类活动的影响　气候变化的影响　人类活动的影响　ＡＲｃ／（ｍｍ／ａ）　叼ｃ／％　ＡＲ日／（ｍｍ／ａ）　ｑ－Ｈ／％　ｈＲｃ／（ｍｍ／ａ）　叼ｃ／％　ＡＲ日／（ｍｍ／ａ）　Ｈ／％　１９８５－－１９９４矩　一８．５　ｌ６．２　—４５．７　８５．２　—２５．５　５Ｏ．２　—２Ｏ．８　５０．１　１９９５－－２００４正　１８．１　—８５．７　—３３．９　１８８．１　４４．５　—２０１．７　—６Ｏ．６　３０８．８　２００５－－２０１０焦　２．７　—３．９　—６２．８　１４１．５　—１２．７　１５．５　—５２．７　８２．７　１９８５—＿２０１０年　４．３　—１１．２　—４５．１　１１０．７　３．８　—８．７　—４５．５　１０５．５　２．３人类活动对径流的影响分析　的２．１３亿ｍ　增加到２０１０年的４．２１亿ｍ　，增长幅度　人类活动对径流量的不利影响主要表现为城市不　高达１００％，其中，城镇生产生活用水占比较大，约占　透水面积增加、人渗量减少、洪峰流量增大、工农业生　５５．３３％，而农业生产生活用水约占４４．２１％，这充分表　产用水量增加、水库工程等造成径流量减小，人类活动　明随着当地城镇化进程的加快，城镇人口数量增加，从　对东鱼河流域径流量的影响包括以下几方面。　而加大了用水量。　２．３．１　土地利用情况改变　３结论　从东鱼河流域土地利用情况看，１９８５－－２００５年东　鱼河流域未开发荒地面积不断减少，而耕地、林地、草　文章运用弹性系数法和水文模拟法对气候变化和　地面积不断增加，森林覆盖面积提高，到２００６年，耕　人类活动影响东鱼河流域径流量的过程与结果进行了　地、林地和草地占比分别为６０．５％、２２．７％和１６．５％，　量化分析，两种方法的结果具有一致性：气候变化引起　灌溉田与坝田面积大大增加，用水量增大，径流量减　流域径流量缓慢增加，人类活动导致径流量减小，其中　少，所以东鱼河流域森林覆盖度提高与耕地面积增加　人类活动是引起东鱼河流域径流量减小的主要原因，　引起该流域径流量的减小。　包括土地利用情况的改变、流域水利工程截流与蒸散　２．３．２工程截流与蒸散发损失　发损失、城镇人口取用水量的增大等方面。　东鱼河流域治理工程国家共投资６６３２万元，兴建桥、　参考文献　涵、闸、水库等建筑物１０８座，水库库容约０．１６３亿ｒｎ３，扬　［１］　张伟丽．气候变化和人类活动对永定河流域径流的影响　水站５５处，装机容量３６７５ｋＷ。此外，东鱼河流域塘　［Ｊ］．人民黄河，２０１５，３７（５）：２７－３０．　坝、提灌站更是不计其数，因此上游的节流也是造成东　［２］刘晨，董增川，方庆，等．气候变化与人类活动对滦河流域　鱼河流域径流量减小的原因。　径流变化响应［Ｊ］．水电能源科学，２０１３（９）：１２—１５．　２．３．３人工取用水　［３］　李刚．浅论菏泽市东鱼河水利工程施工中的防渗技术［Ｊ］．　据统计，１９９５年以后东鱼河流域用水量显著上　中国水运，２０１４（３）：２３６－２３８．　升，东鱼河水文站所控制的周围地区用水量从１９９０年　・６９・