不同驅(qū)動(dòng)因子對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流變化的影響

付曉花,董增川,劉　晨,徐　偉,談娟娟

(1. 河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇 南京　210098; 2. 蘇州相城區(qū)水利局太平水務(wù)站,江蘇 蘇州　215137)

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不同驅(qū)動(dòng)因子對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流變化的影響

付曉花1,董增川1,劉晨2,徐偉1,談娟娟1

(1. 河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇 南京210098; 2. 蘇州相城區(qū)水利局太平水務(wù)站,江蘇 蘇州215137)

摘要：基于漳衛(wèi)南運(yùn)河流域3期(1985年、1995年和2005年)的土地利用圖、土壤分布圖和主要水文氣象站1960—2010年溫度、降水、徑流等基本資料構(gòu)建SWAT分布式水文模型,建立了基于SWAT模型的氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)流域徑流影響的分項(xiàng)量化方法。在量化分析氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流影響的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)不同情景的模擬計(jì)算,定量分析了不同年代水土保持、城鎮(zhèn)化、水利工程和社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水等不同人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)流域徑流變化的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明:相對(duì)于基準(zhǔn)期(1960—1978年),不同年代氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流的影響程度不同,變化期(1979—2010年)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流變化的貢獻(xiàn)率為29.39%和70.61%;在不同人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)因子中,除城鎮(zhèn)化使徑流增加外,水土保持、水利工程和社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水均使徑流減少,且社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水對(duì)徑流變化的影響最大,超過(guò)人類活動(dòng)引起的徑流減少總量的50%。

關(guān)鍵詞：氣候變化;人類活動(dòng);驅(qū)動(dòng)因子;SWAT模型;徑流變化;貢獻(xiàn)率;漳衛(wèi)南運(yùn)河流域

河川徑流作為最重要的淡水資源,其演變與人類息息相關(guān)。河川徑流變化及其驅(qū)動(dòng)力研究已備受關(guān)注。氣候變化和人類活動(dòng)是徑流變化的主要驅(qū)動(dòng)因子,如何從發(fā)生變異的水文要素中分離出2種因子的貢獻(xiàn)率成為當(dāng)前流域水文研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。近年來(lái),很多學(xué)者紛紛開展量化分析氣候變化和人類活動(dòng)兩大主要驅(qū)動(dòng)因子對(duì)河川徑流變化的貢獻(xiàn)[2-9],而關(guān)于不同人類活動(dòng)因子對(duì)河川徑流的量化研究甚少[10-12]。量化分析不同驅(qū)動(dòng)因子對(duì)河川徑流變化的貢獻(xiàn),對(duì)于認(rèn)知徑流演變規(guī)律和實(shí)現(xiàn)水資源的綜合利用與綜合管理具有重要意義。

漳衛(wèi)南運(yùn)河是海河流域最南部的防洪骨干水系,屬于嚴(yán)重資源性缺水地區(qū),水資源短缺已嚴(yán)重影響流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。定量分析漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流變化的原因,是科學(xué)合理開發(fā)利用流域水資源的基礎(chǔ),對(duì)于保障流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)和諧社會(huì)建設(shè)具有重要價(jià)值。本文基于SWAT模型對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流進(jìn)行模擬,分析氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)流域徑流變化的影響,并定量分析氣候變化和不同人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流變化的貢獻(xiàn)率。

1資料來(lái)源和處理

漳衛(wèi)南運(yùn)河水系位于太岳山以東,滏陽(yáng)河、子牙河以南,黃河、馬頰河以北,流經(jīng)山西省、河南省、河北省、山東省及天津市,最后流入渤海。流域范圍為東經(jīng)112°～118°,北緯35°～39°,流域面積為37 700 km2,其中上游山區(qū)25 466 km2,中下游平原區(qū)12 234 km2。流域地處溫帶半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,春季干燥多風(fēng),夏季濕潤(rùn)多雨,秋季秋高氣爽,冬季寒冷少雪。由于地勢(shì)和氣候特性,該地區(qū)降水有明顯的帶性差異,且年內(nèi)、年際分配極不均勻。容易形成春季干旱、夏季集中暴雨洪水。

研究區(qū)域?yàn)檎暮雍托l(wèi)河交匯后衛(wèi)運(yùn)河臨清站以上部分,如圖1所示。臨清站以下部分為狹長(zhǎng)河道,水流演算相對(duì)簡(jiǎn)單,暫不考慮。SWAT模型需要輸入大量空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),包括流域數(shù)字高程模型(DEM)、土地利用圖、土壤分布圖、流域內(nèi)氣象數(shù)據(jù)、水文、水庫(kù)、取用水等,本文所使用的DEM數(shù)據(jù)為1∶250 000數(shù)字高程模型;3期(1985年、1995年、2005年)土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)Landsat衛(wèi)星TM影像數(shù)據(jù);土壤數(shù)據(jù)庫(kù)采用中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的1∶100萬(wàn)的土壤分布圖;溫度資料選用流域內(nèi)4個(gè)氣象站1960—2010年逐日觀測(cè)資料,數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng);降水資料選用研究區(qū)內(nèi)42個(gè)雨量站逐日降水資料;水文資料選用研究區(qū)域出口站—臨清站1960—2010年逐日流量資料,數(shù)據(jù)均來(lái)源于水文年鑒;水庫(kù)選取流域內(nèi)漳澤水庫(kù)、后灣水庫(kù)、岳城水庫(kù)和小南海水庫(kù)等4個(gè)大型水庫(kù)(均于1959年前后興建)逐日出庫(kù)流量以及相應(yīng)水庫(kù)渠道引水流量資料;用水量數(shù)據(jù)來(lái)源于水資源公報(bào)、水利年鑒等;水土保持?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)源于有關(guān)水土流失綜合治理、水土保持規(guī)劃、水土保持情況普查等資料;城鎮(zhèn)化數(shù)據(jù)來(lái)源于1985—2010年中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒。

圖1　研究區(qū)概況Fig. 1　Sketch map of study area

2研 究 方 法

2.1　基準(zhǔn)期和變化期劃分

采用流域水文模擬法分析氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流的影響,通常需要根據(jù)實(shí)測(cè)資料將流域水文序列劃分為基準(zhǔn)期和變化期。本文以臨清站為代表站,采用年徑流量累積曲線法來(lái)界定人類活動(dòng)顯著影響時(shí)期。關(guān)于年徑流量的累積曲線,對(duì)于正常的水文年,如果不受人類活動(dòng)干擾,各年的來(lái)水量雖然有豐枯變化,徑流累積點(diǎn)也會(huì)有波動(dòng),但沒(méi)有系統(tǒng)偏離。如果受到外界人類活動(dòng)影響,徑流累積點(diǎn)據(jù)會(huì)發(fā)生明顯的系統(tǒng)偏離[13]。

根據(jù)臨清站實(shí)測(cè)資料繪制的年徑流累積曲線如圖2所示。從圖2可以看出,臨清站在1964年第1次出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn),1978年左右再次出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn),曲線偏離了原來(lái)的趨勢(shì)。經(jīng)研究,在此期間漳衛(wèi)南運(yùn)河流域降水要素未發(fā)生突變[14-15],說(shuō)明漳衛(wèi)南運(yùn)河徑流在一定程度上受到人類活動(dòng)的影響?？紤]研究系列的長(zhǎng)度,綜合流域?qū)嶋H情況,參考相關(guān)文獻(xiàn)[14,16],最終選取1978年作為劃分基準(zhǔn)期和變化期的突變點(diǎn),即認(rèn)為1960—1978年為基準(zhǔn)期,1979—2010年為變化期。

圖2　漳衛(wèi)南運(yùn)河流域臨清站年徑流累積曲線Fig. 2　Accumulative curve of annual runoff at Linqing Station in Zhangweinan River Basin

2.2　模型構(gòu)建及參數(shù)率定

將DEM數(shù)據(jù)輸入SWAT模型,由于漳衛(wèi)南運(yùn)河水系DEM提取的河網(wǎng)與實(shí)際河網(wǎng)偏差較大,故將實(shí)際河網(wǎng)數(shù)字水系通過(guò)SWAT模型中的burn-in命令來(lái)輔助生成河網(wǎng)水系。通過(guò)一系列分析計(jì)算,最終將研究區(qū)域劃分為67個(gè)子流域(圖3)。

圖3　漳衛(wèi)南運(yùn)河流域子流域劃分Fig. 3　Sub-basin definition in Zhangweinan River Basin

輸入流域土地利用圖、土壤分布圖,并對(duì)坡度進(jìn)行劃分,按照模型要求進(jìn)行重分類,設(shè)定閾值后進(jìn)行疊加,最終將漳衛(wèi)南運(yùn)河流域劃分為2 276個(gè)水文響應(yīng)單元。

采用SWAT-CUP的SUFI2方法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行敏感性分析和率定,模型模擬過(guò)程中敏感性參數(shù)主要有深蓄水層滲透系數(shù)、淺層地下水徑流系數(shù)、土壤可利用水量、河岸基流α系數(shù)、SCS徑流曲線系數(shù)、主河道曼寧系數(shù)、地下水再蒸發(fā)系數(shù)、基流α系數(shù)、土壤蒸發(fā)補(bǔ)償系數(shù)等。根據(jù)基準(zhǔn)期和變化期的劃分,利用基準(zhǔn)期1960—1978年實(shí)測(cè)資料進(jìn)行模型率定和檢驗(yàn),其中1960—1961年實(shí)測(cè)資料作為預(yù)熱期,1962—1970年用于模型參數(shù)率定,1971—1978年用于模型驗(yàn)證。采用判定系數(shù)(R2)、納什系數(shù)(Nash-Suttcliffe)以及相對(duì)誤差(δ)對(duì)模擬誤差進(jìn)行分析。

從圖4可以看出,率定期月徑流模擬值和實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)基本一致,取得了較合理的模擬精度,其中R2、納什系數(shù)以及δ分別為0.88、0.87和-2.62%。驗(yàn)證期的模擬精度比率定期有所降低,其中R2、納什系數(shù)以及δ分別為0.74、0.74和4.99%,模型模擬精度達(dá)到校準(zhǔn)要求,表明SWAT模型在漳衛(wèi)南運(yùn)河流域應(yīng)用中具有較好的模擬能力和適用性。

圖4　漳衛(wèi)南運(yùn)河率定期和驗(yàn)證期月徑流模擬值與實(shí)測(cè)值比較Fig. 4　Comparison between simulated values and measured values in calibration and verification terms in Zhangweinan River

2.3　氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流影響量化方法

由于受基準(zhǔn)期和變化期劃分的影響,2個(gè)時(shí)期序列較短,進(jìn)行量化分析時(shí)氣候變化量受降水、溫度豐枯變化影響較大。故本文考慮降水、溫度豐枯變化影響,認(rèn)為變化期的實(shí)測(cè)徑流量與基準(zhǔn)期的基準(zhǔn)值之間的差值包括3部分:人類活動(dòng)影響部分、氣候變化影響部分、豐枯變化影響部分。具體氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流影響量化方法見文獻(xiàn)[17-18]、方案1和方案2參見文獻(xiàn)[17],分割原理圖如圖5所示。

3氣候變化及人類活動(dòng)對(duì)徑流變化影響分析

漳衛(wèi)南運(yùn)河流域研究時(shí)段內(nèi)的實(shí)測(cè)降水、溫度數(shù)據(jù)輸入模型模擬得到的徑流結(jié)果和以還原降水、溫度數(shù)據(jù)輸入模型模擬的徑流結(jié)果見表1。

表1　漳衛(wèi)南運(yùn)河氣候變化和人類活動(dòng)影響結(jié)果Table 1　Impacts of climate changes and human activities on runoff in Zhangweinan River Basin　m3/s

圖5　氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流變化定量分割原理Fig. 5　Quantitative segmentation principle for impacts of climate changes and human activities on runoff

表2　有無(wú)水土保持措施條件下漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流變化Table 2　Runoff variation with and without water and soil conservation measurements in Zhangweinan River Basin

由表1可以看出,變化期相對(duì)基準(zhǔn)期的豐枯變化影響量為25.02 m3/s,比氣候變化影響量13.74 m3/s大,各年代豐枯變化影響量均較大,計(jì)算結(jié)果證實(shí)了漳衛(wèi)南運(yùn)河流域內(nèi)豐枯變化對(duì)于分離氣候變化的影響較大,不可忽略。變化期氣候變化和人類活動(dòng)均使徑流減少,其影響量分別為13.74 m3/s和33.00 m3/s,兩者對(duì)徑流變化影響的貢獻(xiàn)率為29.39%和70.61%,由此可得出徑流變化的主要驅(qū)動(dòng)力為人類活動(dòng)影響,且各年代人類活動(dòng)對(duì)徑流量變化的貢獻(xiàn)率均在70%左右,分析結(jié)果與客觀實(shí)際認(rèn)同一致。

不同年代背景下,氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流的影響程度不同,20世紀(jì)80年代人類活動(dòng)對(duì)徑流變化的影響達(dá)到72.46%,是各年代中影響最大的。這個(gè)數(shù)據(jù)與流域該時(shí)期沿岸工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展,1981年和1985年開始通過(guò)民有渠、漳南渠分別向邯鄲市和安陽(yáng)市提供城市供水,四大灌區(qū)引水量增加等人類活動(dòng)對(duì)水資源的需求及影響日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)相符。

4不同人類活動(dòng)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)徑流變化的影響

4.1　水土保持對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流的影響分析

利用SWAT模型模擬有無(wú)水土保持措施條件下徑流變化過(guò)程。選取漳衛(wèi)南運(yùn)河流域臨清站實(shí)測(cè)水文過(guò)程,保持氣象資料等輸入條件不變,輸入漳衛(wèi)南運(yùn)河流域20世紀(jì)80年代土地利用資料,得到無(wú)水土保持措施條件下的徑流變化過(guò)程,該徑流模擬值與基準(zhǔn)期模擬徑流量的差值,即認(rèn)為是氣候變化引起;將不同年代水土保持措施數(shù)據(jù)分別應(yīng)用在20世紀(jì)80年代土地利用狀態(tài)下,輸入該土地利用資料,得到有水土保持措施條件下的徑流模擬變化過(guò)程,該徑流模擬值與無(wú)水體保持措施條件下的徑流模擬過(guò)程的差值,即認(rèn)為是水土保持措施對(duì)流域徑流量的影響量,模擬結(jié)果見表2。

由表2可以看出,水土保持措施減少了漳衛(wèi)南運(yùn)河流域的徑流量。其中20世紀(jì)80年代、20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)00年代貢獻(xiàn)量分別為2.51 m3/s、4.50 m3/s和8.73 m3/s,隨著水土保持措施的不斷加強(qiáng),流域內(nèi)治理水土流失面積不斷加大,而減少流域內(nèi)水土流失所帶來(lái)的人力、物力損失,對(duì)于促進(jìn)流域生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2　城鎮(zhèn)化對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流的影響分析

利用SWAT模型構(gòu)建城鎮(zhèn)化前后徑流模擬變化過(guò)程。保持氣象資料等輸入條件不變,輸入1985年漳衛(wèi)南運(yùn)河流域土地利用資料,得到的徑流模擬變化過(guò)程認(rèn)為是城鎮(zhèn)化前的徑流過(guò)程。根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒1985—2010年城鎮(zhèn)化面積的變化,改變土地利用條件,保持其他條件不變,模擬得到不同時(shí)期流域城鎮(zhèn)化后的徑流過(guò)程。城鎮(zhèn)化后與城鎮(zhèn)化前的徑流模擬過(guò)程的差值,即認(rèn)為是城鎮(zhèn)化對(duì)流域徑流量的影響量,模擬結(jié)果見表3。

表3　城鎮(zhèn)化前后漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流變化Table 3　Runoff variation before and after urbanization in Zhangweinan River Basin

由表3可以看出,城鎮(zhèn)化增加了漳衛(wèi)南運(yùn)河流域的徑流量,其中20世紀(jì)80年代、20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)00年代貢獻(xiàn)量分別為0.15 m3/s 、0.57 m3/s和1.35 m3/s。城鎮(zhèn)化對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流影響較大,隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,流域城鎮(zhèn)化面積不斷增加,改變了徑流匯流的下墊面條件,城鎮(zhèn)洪澇災(zāi)害將日益嚴(yán)重。流域內(nèi)城鎮(zhèn)化面積的顯著增加應(yīng)得到重視,流域內(nèi)相關(guān)部門在做好經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),應(yīng)合理控制城鎮(zhèn)化的飛速發(fā)展,為流域水資源的合理利用做出長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。

4.3　水利工程對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流的影響分析

利用SWAT模型構(gòu)建有無(wú)水庫(kù)條件下徑流模擬變化過(guò)程,利用漳衛(wèi)南運(yùn)河流域基準(zhǔn)期率定好的模型參數(shù),將變化期的氣象資料等輸入模型,不加載水庫(kù)資料,得到各水庫(kù)所在子流域出口流量過(guò)程,即無(wú)水庫(kù)情況下的徑流過(guò)程。保持其他輸入條件不變,分別加載各水庫(kù)資料,模擬得到有水庫(kù)條件下各水庫(kù)所在子流域出口流量過(guò)程。認(rèn)為有水庫(kù)和無(wú)水庫(kù)條件下各子流域出口流量的差值為各水庫(kù)對(duì)流域徑流量的影響量。分別對(duì)20世紀(jì)80年代、20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)00年代漳衛(wèi)南運(yùn)河流域漳澤水庫(kù)、岳城水庫(kù)、后灣水庫(kù)和小南海水庫(kù)對(duì)徑流的影響進(jìn)行分析,結(jié)果見表4。

表4　有無(wú)水庫(kù)條件下漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流變化Table 4　Runoff variation with and without reservoirs in Zhangweinan River Basin

水庫(kù)是在江河上筑壩(閘)所形成的能攔蓄徑流、調(diào)節(jié)水量的蓄水工程。通過(guò)水庫(kù)調(diào)節(jié),既可削減汛期洪水的下泄流量,減輕下游洪水災(zāi)害,又可以提高水的利用率,獲得發(fā)電、灌溉、供水、養(yǎng)殖以及發(fā)展旅游等綜合效益。在河流上興修水庫(kù)雖然效益明顯,但同時(shí)改變了天然河流的水文情勢(shì),其對(duì)河流及其周圍生態(tài)系統(tǒng)的破壞也是不言而喻的。20世紀(jì)60年代以后,漳衛(wèi)南運(yùn)河流域上游修建了大量的引水、蓄水工程,水資源開發(fā)量急劇增加,造成下游來(lái)水量劇減。跨流域引水改變了河流天然徑流的時(shí)空分布,為此有必要研究水利工程對(duì)流域徑流的影響程度,算清水賬,以全面、優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)資料為社會(huì)服務(wù)。

由表4可以看出,不同年代,岳城水庫(kù)、漳澤水庫(kù)和后灣水庫(kù)對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流的減少做出了貢獻(xiàn),20世紀(jì)80年代小南海水庫(kù)使徑流略有增加,但增加不明顯,這可能與水庫(kù)調(diào)節(jié)蓄水有關(guān),也可能由于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和模型誤差引起,具體原因有待進(jìn)一步深入探討。對(duì)比4個(gè)大型水庫(kù),岳城水庫(kù)對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流的減少貢獻(xiàn)量較大,其中20世紀(jì)80年代、20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)00年代分別使漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流減少5.50 m3/s、3.40 m3/s和4.06 m3/s?？梢?漳衛(wèi)南運(yùn)河流域水利工程對(duì)徑流影響較大。

4.4　社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流的影響分析

由于渠道取用水主要用于流域內(nèi)和流域外工業(yè)、農(nóng)業(yè)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,因此采用渠道取用水反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水對(duì)流域徑流的影響。利用SWAT模型構(gòu)建有無(wú)取水條件下徑流模擬變化過(guò)程。利用漳衛(wèi)南運(yùn)河流域基準(zhǔn)期率定好的模型參數(shù),將變化期的氣象資料等輸入模型,模擬得到的徑流量反映了原始土地利用和用水結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的產(chǎn)匯流過(guò)程,即無(wú)取水情況下的徑流過(guò)程,該徑流模擬值與基準(zhǔn)期模擬徑流量的差值,即認(rèn)為是由氣候變化引起;分別加載輸入不同年代漳衛(wèi)南運(yùn)河流域模型需要的狀態(tài)參數(shù),并在模型文件.wus中分別輸入實(shí)測(cè)各取水口流量資料,得到有取水情況下的徑流過(guò)程,該徑流量與基準(zhǔn)期徑流量之間的差值包括兩部分:一部分為氣候變化影響部分,另一部分為取用水影響部分。而有無(wú)取用水條件下徑流量的差值即為取用水對(duì)徑流量的影響量,結(jié)果見表5。

表5　有無(wú)取用水條件下漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流變化Table 5　Runoff variation with and without water consumption in Zhangweinan River Basin

由表5可以看出,取用水對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流的減少做出了較大貢獻(xiàn),其中20世紀(jì)80年代、20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)00年代貢獻(xiàn)量分別為25.00 m3/s、23.13 m3/s和21.56 m3/s。可見,取用水對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流減少的貢獻(xiàn)量逐年代遞減。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,流域內(nèi)對(duì)水資源的需求越來(lái)越大,大量開發(fā)地下水資源,導(dǎo)致地下水超采,不利于水資源的可持續(xù)利用。為使流域水資源得到合理利用,相關(guān)部門應(yīng)采取措施,合理控制社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水,為流域水資源的可持續(xù)利用做出合理規(guī)劃。

4.5　不同人類活動(dòng)因子對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流減少的貢獻(xiàn)率匯總

根據(jù)前文研究結(jié)果,給出不同人類活動(dòng)因子對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流減少的貢獻(xiàn)率,見表6。

表6　不同人類活動(dòng)對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流減少的貢獻(xiàn)率Table 6　Summary of contribution rates of different human activities on runoff reduction in Zhangweinan River Basin

由表6可以看出,不同人類活動(dòng)因子對(duì)徑流減少的貢獻(xiàn)率之和不為100%,這主要是由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和水文模型都不可避免地存在一定誤差。從表6中可以看到,漳衛(wèi)南運(yùn)河流域不同年代社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水對(duì)徑流減少的貢獻(xiàn)率最大,已超過(guò)人類活動(dòng)引起的徑流減少量的50%。而在這個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的社會(huì),一旦水資源緊張,便會(huì)產(chǎn)生城市和工業(yè)用水?dāng)D占農(nóng)業(yè)用水,農(nóng)業(yè)用水?dāng)D占生態(tài)用水,靠犧牲環(huán)境謀求一時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,從而導(dǎo)致生態(tài)、環(huán)境的大范圍急劇惡化。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,生態(tài)破壞如果得不到有效遏制,將影響民族的生存和繁衍,威脅社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。為此,相關(guān)部門應(yīng)采取相應(yīng)措施,合理利用水資源,高度重視流域生態(tài)問(wèn)題,抓好流域的水生態(tài)恢復(fù)和保護(hù)工作,這是現(xiàn)代水利的要求,更是水利工作者義不容辭的責(zé)任。

5結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用年徑流量累積曲線法界定人類活動(dòng)顯著影響時(shí)期,確定了漳衛(wèi)南運(yùn)河流域的基準(zhǔn)期(1960—1978年)和變化期(1979—2010年)。采用SWAT-CUP的SUFI2方法對(duì)SWAT模型參數(shù)進(jìn)行敏感性分析和率定,并采用判定系數(shù)(R2)、納什系數(shù)(Nash-Suttcliffe)以及相對(duì)誤差(δ)對(duì)模擬誤差進(jìn)行分析,結(jié)果表明SWAT模型在漳衛(wèi)南運(yùn)河流域應(yīng)用中具有較好的模擬能力和適用性。為削弱變化期降水、溫度豐枯變化對(duì)分離氣候變化和人類活動(dòng)影響量的干擾,將有無(wú)豐枯變化的2種氣候情景輸入模型中,構(gòu)建有無(wú)降水和溫度還原計(jì)算的SWAT模型,并建立了相應(yīng)的氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流影響量化方法,定量分析了漳衛(wèi)南運(yùn)河流域氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流變化的貢獻(xiàn)率。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)不同情景的模擬計(jì)算,定量分析了水土保持、城鎮(zhèn)化、水利工程和社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水等不同人類活動(dòng)因子對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流變化的貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明,1979—2010年氣候變化和人類活動(dòng)都對(duì)徑流的減少做出了貢獻(xiàn),而人類活動(dòng)是導(dǎo)致漳衛(wèi)南運(yùn)河流域徑流減少的主要原因,其貢獻(xiàn)率為70.61%。不同人類活動(dòng)因子中,除城鎮(zhèn)化使徑流增加外,其他各因子都對(duì)徑流的減少做出了貢獻(xiàn),其中20世紀(jì)80年代、20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)00年代水土保持對(duì)徑流的貢獻(xiàn)率分別為7.98%、15.50%、22.68%;城鎮(zhèn)化對(duì)徑流的貢獻(xiàn)率分別為-0.48%、-1.96%、-3.51%;水利工程對(duì)徑流的貢獻(xiàn)率分別為19.02%、19.04%、17.28%;社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水對(duì)徑流的減少貢獻(xiàn)率最大,各年代的貢獻(xiàn)率分別為79.43%、79.65%、56.61%?？梢?隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,流域?qū)λY源的需求越來(lái)越強(qiáng),相關(guān)部門應(yīng)采取綜合措施著力解決漳衛(wèi)南運(yùn)河流域水資源問(wèn)題,使經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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Impact of different driving factors on runoff in Zhangweinan River Basin

FU Xiaohua1, DONG Zengchuan1, LIU Chen2, XU Wei1, TAN Juanjuan1

(1.CollegeofHydrologyandWaterresources,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;

2.TaipingWaterStation,SuzhouXiangchengWaterConservancyBureau,Suzhou215137,China)

Abstract:Based on land-use maps and soil distribution maps of three years (1985, 1995, and 2005) and basic information, such as temperature, precipitation, and runoff, from the main hydrological stations in the Zhangweinan River Basin during the period from 1960 to 2010, this paper establishes a distributed hydrological model, soil and water assessment tool (SWAT) model, and proposes an itemized quantitative method to measure the impact of climate changes and human activities on runoff. By simulating different scenarios, the contribution rates of different human-activity driving factors, such as water and soil conservation, urbanization, hydraulic engineering, and social economy water consumption, to runoff in different eras were quantitatively calculated based on the quantitative analysis of the impact of climate changes and human activities on runoff in the Zhangweinan River Basin. The results show that there are different impact degrees of climate changes and human activities on runoff in different eras. Compared with the baseline period from 1960 to 1978, the contribution rates of climate changes and human activities to runoff of the changing period from 1979 to 2010 are 29.39% and 70.61%, respectively. All driving factors of human activities caused runoff to decrease, except for urbanization. The impact of social economy water consumption is greatest, accounting for more than 50% of the total runoff reduction caused by human activities.

Key words:climate change; human activity; driving factor; SWAT model; runoff variation; contribution rate; Zhangweinan River Basin

中圖分類號(hào)：TV121

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-1980(2015)06-0555-07

作者簡(jiǎn)介：付曉花(1990—),女,陜西西安人,博士研究生,主要從事水資源規(guī)劃與管理研究。E-mail:739678443@qq.com

基金項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201101017)

收稿日期：2014-11-14

DOI：10.3876/j.issn.1000-1980.2015.06.009 10.3876/j.issn.1000-1980.2015.06.010