人類活動和氣候變化對北洛河徑流變化的影響

樊晶晶,黃　強 ,劉登峰,王義民

(西安理工大學 陜西省西北旱區(qū)生態(tài)水利工程重點實驗室，陜西 西安 710048)

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人類活動和氣候變化對北洛河徑流變化的影響

樊晶晶,黃強 ,劉登峰,王義民

(西安理工大學 陜西省西北旱區(qū)生態(tài)水利工程重點實驗室，陜西 西安 710048)

[摘要]【目的】 研究氣候變化和人類活動對北洛河徑流變化的貢獻，分析徑流變化的主要驅(qū)動因子，為北洛河流域水資源的合理利用提供決策依據(jù)?！痉椒ā?以北洛河流域1956-2011年共56年的降水量以及實測、還原徑流深序列為研究對象，采用Mann-Kendall法、徑流系數(shù)法、降水-徑流雙累積曲線法進行變異點診斷，量化分析氣候變化、下墊面變化和其他人類活動對徑流變異的貢獻率。【結果】 北洛河流域1956-2011年降水量變化不明顯，但還原徑流深呈現(xiàn)出不顯著增加趨勢，變異點出現(xiàn)在1964和2001年。以變異點為分界點，將第一階段(1956-1963年)作為下墊面Ⅰ，第二階段(1964-2000年)作為下墊面Ⅱ建立降水-徑流關系式，模擬在下墊面Ⅰ和下墊面Ⅱ情景下第三階段(2001-2011年)的徑流序列，模擬結果顯示，建立的降水-徑流關系式能夠很好地反映不同下墊面徑流的變化情況。下墊面Ⅱ與下墊面Ⅰ情況下模擬徑流的變化量為-7.00 mm，表明徑流下墊面Ⅱ情況下的產(chǎn)流比下墊面Ⅰ大。定量分析下墊面變化、其他人類活動和氣候變化對徑流變異的貢獻，發(fā)現(xiàn)氣候變化的貢獻率為40%；人類活動為主要影響因素，總貢獻率為60%，其中下墊面變化的影響占19%，其他人類活動的影響占41%?！窘Y論】 人類活動是北洛河流域徑流變異的關鍵驅(qū)動因子，下墊面變化的影響也不可忽視。

[關鍵詞]北洛河流域；徑流變化；氣候變化；人類活動；下墊面

近年來，由于人類活動導致的下墊面變化以及氣候變化引起的地表熱量平衡改變、大氣環(huán)流異常等，使水循環(huán)要素，如降水、水的蒸散發(fā)、地表地下徑流、土壤水分等發(fā)生了相應改變，進而改變了全球水循環(huán)現(xiàn)狀，引起水資源在時空上的重新分配，導致水文序列產(chǎn)生劇烈變化，從而引發(fā)了徑流變異問題。因此，正確認識變化環(huán)境下水文序列的演變規(guī)律，研究徑流變異和量化影響因子的貢獻率，對于水資源的可持續(xù)利用、防災減災及水利工程安全高效運行管理、保證經(jīng)濟社會穩(wěn)定發(fā)展等具有重要的現(xiàn)實意義。

關于徑流序列變異點診斷及歸因問題已有許多學者進行了研究，并取得了一定的成果[1-3]。謝平等[4]以降水-徑流關系為依據(jù)，提出了水資源變異影響因素的歸因分析方法，定量分析了烏力吉木仁河三級區(qū)水資源變異的原因，認為人類活動是主要影響因素。趙陽等[5]研究表明，潮白河流域年徑流深存在明顯變異現(xiàn)象，氣候變化是導致徑流減少的主要原因，不同類型土地利用方式對徑流減少的貢獻率不同，其中林地較大，而草地和耕地較小。張士鋒等[6]分析了三江源區(qū)氣候變化對徑流的影響，認為降水對徑流有促進作用，而潛在蒸發(fā)則為反向作用。姚允龍等[7]采用水量平衡法和降水-徑流經(jīng)驗模型，定量分析了氣候變化對撓力河徑流的影響，認為降水是主要影響因素，蒸發(fā)量次之。張建云等[8]和王國慶等[9]提出定量計算方法，提出人類活動影響階段的徑流實測數(shù)據(jù)和人類活動影響較弱階段的差值由2部分組成，一部分是人類活動影響，另外一部分是氣候變化影響。

北洛河是渭河的第二大支流，河流全長680.3 km，流域總面積2.69萬km2。流域內(nèi)水土流失嚴重，是黃河龍門-潼關段泥沙的來源區(qū)域。流域內(nèi)包括陜西省和甘肅省共17個縣，人口總數(shù)426.85萬人，人口密度158人/km2，耕地面積達到64.33萬hm2[10]。北洛河下游現(xiàn)有堤防工程(74 km)和部分護岸工程，流域承擔著重要的社會經(jīng)濟作用，但是目前尚未見關于北洛河流域徑流變異及定量的分析報道。因此，本研究選用北洛河的狀頭站徑流序列(狀頭水文站位于北洛河下游，控制面積為2.52萬km2，占北洛河流域的94%，基本可以代表北洛河流域)，定量分析氣候、下墊面和其他人類活動對北洛河流域徑流變化的貢獻率，以期為北洛河流域水資源的合理利用和管理提供理論依據(jù)。

1研究方法

1.1Mann-Kendall法

Mann-Kendall法(M-K法)是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，在序列變異診斷方面應用廣泛。非參數(shù)檢驗方法也稱作無分布檢驗，M-K法適合非正態(tài)分布[5]，即不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，計算簡單[6]。

對于任一有n個樣本的時間序列X(X1,X2,X3,…,Xn)，構造一個秩序列：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：Dτ為第i時刻時所有大于j時刻數(shù)值的個數(shù)累計值；τ為i的取值范圍，τ=1，2，…，n;n為樣本容量；Ri為i時刻時依據(jù)Xi與Xj的大小取值0或1；Xi為i時刻的數(shù)值；Xj為j時刻的數(shù)值,j=1,2,…,i；UFτ為Dτ標準化計算后得到的值；E(Dτ)、V(Dτ)為Dτ的均值和方差。

給定顯著水平α，查正態(tài)分布表得出臨界值Uα，若|UFτ|>Uα，則系列存在明顯的上升或者下降的趨勢變化；同理，以逆序列{Xn,Xn-1,…,1}，重復以上過程，令UBτ=-UFτ，其中τ=n,n-1,…,1，根據(jù)UFτ和UBτ值繪制UF和UB曲線圖，若UFτ或UBτ值大于0，則序列呈上升趨勢，反之則呈下降趨勢；若UFτ和UBτ曲線相交且交點在臨界線之間(α=0.05，臨界值Uα=±1.96)，則交點對應的時刻即為變異開始的時間。

1.2貢獻率分析

流域?qū)崪y徑流深變化反映了氣候變化和人類活動的共同影響，本研究還原徑流深時考慮了河道工程、農(nóng)業(yè)灌溉工程等各種大的引、用水工程。因此，還原徑流深的變化反映了氣候變化的影響，還原徑流深與實測徑流深的差值反映了人類活動的影響。目前，關于氣候變化和人類活動對徑流變化影響進行定量分析的研究有很多[11-12]，本研究參照研究氣候、下墊面變化及人類活動對北洛河徑流變化的影響的文獻[13-14]，所用的公式有：

ΔRT=RHR-RN，

(6)

ΔRH=RHR-RHN，

(7)

ΔRC=RHN-RN，

(8)

ΔRL=RHⅡ-RHⅠ，

(9)

ΔR0=ΔRT-ΔRC-ΔRL，

(10)

Δ=|ΔR0|+|ΔRC|+|ΔRL|，

(11)

(12)

(13)

(14)

式中：ΔRT為徑流變化總量；RHR為人類活動影響階段實測徑流深；RN為人類活動影響較弱階段的還原徑流深；ΔRH、ΔRC分別為人類活動和氣候變化對徑流的影響量；RHN為人類活動影響階段還原徑流深；ΔRL為下墊面變化對徑流的影響量；RHⅡ、RHⅠ分別為不同下墊面情況下的模擬徑流，其中Ⅱ?qū)聣|面Ⅱ，Ⅰ對應下墊面Ⅰ；ΔR0為其他人類活動(主要是河道工程(水庫)、農(nóng)業(yè)工程措施(灌溉)和耗水損失等方面)對徑流的影響量；Δ為下墊面變化、氣候變化及其他人類活動引起徑流變化量的絕對值之和；PL、PC、PR0分別為下墊面變化、氣候變化及其他人類活動對徑流影響的百分比，即貢獻率。

2北洛河流域徑流變異分析

2.1流域內(nèi)降水、徑流的變化

采用北洛河流域內(nèi)吳旗、延安、洛川3個國家氣象站1956-2011年的降水量數(shù)據(jù)，采用均值法計算面降水量。由于這3個氣象站覆蓋了整個流域，因此本研究選取的資料能反映流域各氣象要素的變化情況。徑流資料選取北洛河狀頭水文站1956-2011年的實測、還原徑流深。圖1為北洛河流域降水量、實測徑流深以及還原徑流深在1956-2011年的變化情況。由圖1可以看出，北洛河流域降水量變化不明顯。在20世紀90年代前，實測徑流深和還原徑流深基本相同；從20世紀90年代開始有差別出現(xiàn)，尤其到了1995年之后差別明顯變大，實測徑流深明顯小于還原徑流深，說明1995年后人類活動對徑流的影響明顯增大。

圖 1　1956-2011年北洛河流域降水量和實測、還原徑流深的變化

對北洛河流域降水量和還原徑流深序列進行線性擬合，發(fā)現(xiàn)降水量和還原徑流深序列變化不明顯，而實測徑流深序列呈下降趨勢(圖1)。采用Kendall趨勢檢驗方法，對徑流深和降水量序列進一步進行趨勢性分析，結果見表1。從表1可以看出，還原徑流深與降水量均未通過α=0.05的顯著性檢驗，為不顯著變化，其中降水量為不顯著減少，還原徑流深變化不顯著，但通過了α=0.10的檢驗；實測徑流深通過α=0.05的顯著性檢驗，呈顯著減少趨勢。與前些年相比，還原徑流深沒有減少但卻呈不顯著增加趨勢。這說明徑流深的增加主要是人類活動影響所致。

表 1　北洛河流域降水量和實測、還原徑流深的Kendall趨勢檢驗

2.2徑流變異分析

2.2.1M-K法變異診斷采用M-K法對北洛河流域還原徑流深序列進行變異診斷分析，計算結果如圖2所示。圖2顯示，由計算得出的UFτ和UBτ值繪制的UF和UB曲線。在置信度區(qū)間(α=0.05，臨界值Uα=±1.96)，曲線在1964年出現(xiàn)第一個交點，在2001-2011年共有4處交點，即2001，2003，2008和2010年連續(xù)出現(xiàn)，由于各交點出現(xiàn)時間相近，且2001年為各交點出現(xiàn)的起點，為徑流變化不穩(wěn)定的開始時間，故選取2001年為該階段變異點。因此本研究選取變異點為1964和2001年。

圖 2　1956-2011北洛河流域還原徑流深序列的Mann-Kendall法變異診斷結果

2.2.2徑流系數(shù)法變異診斷徑流系數(shù)為還原徑流深與對應降水量的比值，其在一定程度上綜合反映了流域內(nèi)下墊面的變化情況。采用徑流系數(shù)法對北洛河實測徑流深序列進行變異分析，結果如圖3所示。圖3中的徑流系數(shù)在1964和1996年2個點發(fā)生明顯變化，徑流系數(shù)在1964年之后明顯上升，但1996年后明顯減小，氣候變化對徑流的影響發(fā)生了變化，變異點為1964和1996年。

2.2.3降水-徑流雙累積曲線法變異診斷降水-徑流雙累積曲線可以反映人類活動對徑流深趨勢性變化的影響，可以分析出現(xiàn)趨勢性變化的時間及強度，在降水量不變的前提下，當降水-徑流雙累積曲線斜率變大，產(chǎn)流量也會隨之變大。北洛河流域降水-徑流雙累積曲線如圖4所示。由圖4可以看出，2001年后降水-徑流雙累積曲線的斜率發(fā)生明顯變化。進一步對降水量序列與還原徑流深序列進行回歸分析，以徑流深累積值為因變量(y)，降水量累積值為自變量(x)，建立降水徑流相關關系式，從3個關系式(圖4)可以看出，每個階段斜率不同，且隨著降水量累積值的增加越來越大，斜率從第一階段 0.056 3 變?yōu)榈诙A段的0.068 6，到第三階段變?yōu)?.088 1，第三階段斜率為第二階段的1.56倍，變化明顯。可知不同階段的降水徑流產(chǎn)流關系發(fā)生了變化，表明在同等降水條件下，流域的產(chǎn)流量將發(fā)生變化。

圖 3　北洛河流域徑流系數(shù)法變異診斷結果

圖 4　北洛河流域降水-徑流雙累積曲線變異診斷結果

通過Mann-Kendall法、徑流系數(shù)法及降水-徑流雙累積曲線法3種變異診斷方法，對北洛河實測徑流序列進行變異診斷，其中徑流系數(shù)法診斷出徑流在1964和1996年發(fā)生變異，另外2種方法結果均明確顯示徑流變異點在1964和2001年，均未診斷出1996年。因此，本研究以1964、2001年作為變異點來區(qū)分氣候變化和人類活動對徑流變異的貢獻。

3北洛河流域徑流變異影響因素分析

3.1貢獻率分析

以1964、2001年作為變異點，將其作為分界點，將徑流序列分為1956-1963年、1964-2000和2001-2011年3個階段。同一流域內(nèi)，在降水量相同的條件下，下墊面不同，徑流產(chǎn)流量也不同。因此將第一階段(1956-1963年)作為下墊面Ⅰ，第二階段(1964-2000年)作為下墊面Ⅱ，建立降水-徑流關系式，分析氣候變化、下墊面變化和其他人類活動對徑流變異的貢獻。

以變異前1956-1963年的降水量序列與還原徑流深序列作為基準，取圖5中的回歸分析結果，以還原徑流深為因變量(y)、降水量為自變量(x)建立降水-徑流關系式，得到1956-1963年的降水-徑流關系式為y=0.061 5x-2.798 9；1964-2000年為y=0.096 4x-14.488 3，2個序列的R2均大于0.7，表明兩者線性相關性很好。因此，該線性關系式可以很好地反映該階段的降水-徑流關系。本研究采用此關系式進行變異期的徑流模擬，結果如圖6所示。圖6顯示，建立的降水-徑流關系式的模擬效果良好。

圖 5　1956-1963和1964-2000年北洛河流域

圖 6北洛河流域不同下墊面情況下模擬徑流的變化

Fig.6Calculated runoff depth value in Beiluo River basin at different underlying surfaces

下墊面變化、氣候變化和其他人類活動對徑流變異影響的分析結果如表2所示。由表2可知，相對于變異前的1956-1963年，變異后2001-2011年的還原徑流深呈增加趨勢。不同下墊面情況下徑流變化不同，下墊面Ⅱ與下墊面Ⅰ情況下模擬徑流的變化量為-7.00 mm，表明徑流在下墊面Ⅱ情況下產(chǎn)流比下墊面Ⅰ大。引起徑流變化的影響因素中，下墊面變化引起的徑流改變占絕對徑流深總變化量的19%，其他人類活動的影響占41%，氣候變化使得徑流深減少，對徑流改變的貢獻為40%，三者變化都會引起徑流出現(xiàn)減少或增加的變化。人類活動(下墊面變化和其他人類活動)的總貢獻率為60%，表明人類活動是導致北洛河流域徑流變化的主要影響因素。

表 2　下墊面變化、氣候變化和其他人類活動對北洛河流域徑流變異貢獻分析

3.2徑流變異原因分析

近幾十年來，北洛河流域人類活動頻繁，流域僅陜西境內(nèi)已建成的水庫有44座，總庫容達到19 321萬m3；另有引水工程568座，提水工程973座，配套機電井共約1.08萬眼，集雨工程年利用量1 034.36萬m3，且流域能源化工業(yè)發(fā)展快速，用水量大量增加，擠占了生態(tài)環(huán)境用水，導致下游斷流嚴重，水環(huán)境污染加劇。同時，流域內(nèi)水資源開發(fā)利用缺乏統(tǒng)籌安排，地區(qū)各部門之間爭水、無序引水現(xiàn)象嚴重，水資源得不到合理開發(fā)和有效保護[15]。隨著退耕還林等生態(tài)建設的實施，植被覆蓋顯著增加，水土流失得到控制，河道徑流和輸沙發(fā)生了明顯改變[16]。根據(jù)北洛河流域各縣土地詳查及土地面積變更資料統(tǒng)計，截至1996年，北洛河流域陡坡開荒面積已達7.3萬hm2[17]。退耕還林所帶來的土地利用類型改變是下墊面條件變化的主要形式，流域內(nèi)的退耕還林工程主要于1999年實施完成，徑流、輸沙在2001年后顯著變化[15]。從北洛河流域1956-2011年的氣象資料來看，年平均氣溫呈現(xiàn)上升趨勢，且通過α=0.05的顯著性檢驗，潛在蒸發(fā)量未通過檢驗，為不顯著增加趨勢[18]。本研究曾采用Pearson、Kendall、Spearman法3種方法，對徑流序列和氣象要素序列進行相關性分析，結果發(fā)現(xiàn)還原徑流深與降水量相關性最高，與平均風速、平均水汽壓和平均相對濕度相關性次之，但也在P=0.01水平(雙側(cè))上顯著相關。說明在北洛河流域，氣候因素中降水量對徑流的影響最大，但平均風速、平均水汽壓和平均相對濕度的變化也會對徑流變化造成一定的影響。以上分析表明，北洛河流域徑流變化的驅(qū)動力是人類活動和氣候變化共同作用的結果，其中氣候因素中降水量的影響最大，人類活動的直接作用及間接作用都有一定程度的貢獻率。

4結論

本研究以北洛河流域1956-2011年共56年降水、實測和還原徑流深序列為對象，對北洛河流域下墊面變化、氣候變化以及其他人類活動的影響的貢獻率進行了定量分析，得到以下結論：

1)北洛河流域1956年以來降水量變化不明顯，但還原徑流深呈現(xiàn)出不顯著增加趨勢。

2)采用Mann-Kendall法、徑流系數(shù)法和降水-徑流雙累積曲線法對還原徑流深序列進行變異點診斷分析，發(fā)現(xiàn)變異點出現(xiàn)在1964和2001年。

3)以變異點為分界點，第一階段1956-1963年作為下墊面Ⅰ，第二階段1964-2000年作為下墊面Ⅱ，建立降水-徑流關系式，分析氣候變化、下墊面變化和其他人類活動對徑流變異的貢獻，結果表明，人類活動為主要影響因素，貢獻率為60%，其中下墊面變化的影響占19%，其他人類活動的影響為41%；氣候變化的總貢獻率為40%。

[參考文獻]

[1]粟曉玲,康紹忠,魏曉妹,等.氣候變化和人類活動對渭河流域入黃徑流的影響 [J].西北農(nóng)林科技大學學報:自然科學版,2007,35(2):153-159.

Su X L,Kang S Z,Wei X M,et al.Impact of climate change and human activity on the runoff of Wei River basin to the Yellow River [J].Journal of Northwest A&F University:Natural Science Edition,2007,35(2):153-159.(in Chinese)

[2]Fan J,Huang Q,Chang J,et al.Detecting abrupt change of str-eamflow at lintong station of Wei River [J].Mathematical Problems in Engineering,2013(1):211-244.

[3]李艷玲,暢建霞.基于諧波小波的徑流序列變異檢測 [J].西北農(nóng)林科技大學學報:自然科學版,2013,41(5):207-212.

Li Y L,Chang J X.Detection of the abrupt changes in runoff based on harmonic wavele [J].Journal of Northwest A&F University:Nat Sci Ed,2013,41(5):207-212.(in Chinese)

[4]謝平,劉媛,楊桂蓮,等.烏力吉木仁河三級區(qū)水資源變異及歸因分析 [J].水文,2012,32(2):40-43.

Xie P,Liu Y,Yang G L,et al.Atribution analysis of water resources alteration in the third grade Wulijimurenhe [J].Journal of China Hydrology,2012,32(2):40-43.(in Chinese)

[5]趙陽,余新曉,鄭江坤,等.氣候和土地利用變化對潮白河流域徑流變化的定量影響 [J].農(nóng)業(yè)工程學報,2012,28(22):252-260.

Zhao Y,Yu X X,Zheng J K,et al.Quantitative effects of climate variations and land-use changes on annual streamflow in Chaobai River basin [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2012,28(22):252-260.(in Chinese)

[6]張士鋒,華東,孟秀敬,等.三江源氣候變化及其對徑流的驅(qū)動分析 [J].地理學報,2011,66(1):13-24.

Zhang S F,Hua D,Meng X J,et al.Climate change and its driving effect on the runoff in the ‘Three-River Headwaters’ region [J].Acta Geographica Sinica,2011,66(1):13-24.(in Chinese)

[7]姚允龍,呂憲國,王蕾,等.氣候變化對撓力河徑流量影響的定量分析 [J].水科學進展,2010,21(6):765-770.

Yao Y L,Lü X G,Wang L,et al.A quantitative analysis of climate change impacts on runoff in Naoli River [J].Advances in Water Science,2010,21(6):765-770.(in Chinese)

[8]張建云,王國慶.氣候變化對水文水資源影響研究 [M].北京：科學出版社,2007.

Zhang J Y,Wang G Q.Impact of climate change on hydrology and water resources [M].Beijing:Science Press,2007.(in Chinese)

[9]王國慶,張建云,賀瑞敏.環(huán)境變化對汾河流域徑流量的影響 [J].水科學進展,2006,17(6):851-858.

Wang G Q,Zhang J Y,He R M.Impact of environmental change on runoff in the Fenhe River basin [J].Advances in Water Science,2006,17(6):851-858.(in Chinese)

[10]吳琳娜,楊勝天,劉曉燕,等.1976 年以來北洛河流域土地利用變化對人類活動程度的響應 [J].地理學報,2014,69(1):54-63.

Wu L N,Yang S L,Liu X Y,et al.Response analysis of land use change to the degree of human activities in Beiluo River basin since 1976 [J].Acta Geographica Sinica,2014,69(1):54-63.(in Chinese)

[11]Yue S,Pilon P,Phinney B,et al.The influence of autocorrelation on the ability to detect trend in hydrological series [J].Hydrological Processes,2002,16(9):1807-1829.

[12]Hamed K H,Ramachandra Rao A.A modified Mann-Kendall trend test for autocorrelated data [J].Journal of Hydrology,1998,204(1):182-196.

[13]王國慶,張建云,劉九夫,等.氣候變化和人類活動對河川徑流影響的定量分析 [J].中國水利,2008(2):55-58.

Wang G Q,Zhang J Y,Liu J F,et al.Quantitative assessment for climate change and human activities impact on river runoff [J].China Water Resources,2008(2):55-58.(in Chinese)

[14]林凱榮,何艷虎,陳曉宏.氣候變化及人類活動對東江流域徑流影響的貢獻分解研究 [J].水利學報,2012,43(11):1312-1321.

Lin K R,He Y H,Chen X H.Identifying the quantitative effect of climate and human activity on runoff in the Dongjiang [J].Journal of Hydraulic Engineering,2012,43(11):1312-1321.(in Chinese)

[15]薛彩琴.北洛河流域水資源管理調(diào)度工作形勢與對策 [J].陜西水利,2011(5):40-42.

Xue C Q.Spatiotemporal variations of vegetation coverage in Beiluo River watershed based on remote sensing data analysis [J].Shaanxi Water Restources,2011(5):40-42.(in Chinese)

[16]秦偉,朱清科,劉廣全,等.北洛河上游生態(tài)建設的水沙調(diào)控效應 [J].水利學報,2010,41(11):1325-1332.

Qin W,Zhu Q K,Liu G Q,et al.Regulation effects of runoff and sediment of ecological conservation in the upper reaches of Beiluo River [J].Journal of Hydraulic Engineering,2010,41(11):1325-1332.(in Chinese)

[17]劉斌,李欣.人類活動對北洛河流域水土流失治理的影響 [J].人民黃河,2001,23(2):15-17.

Liu B,Li X.Influence of human activities on control of soil and water loss in Beiluo River basin [J].Yellow River,2001,23(2):15-17.(in Chinese)

[18]陳妮,李譚寶,張曉萍,等.北洛河流域植被覆蓋度時空變化的遙感動態(tài)分析 [J].水土保持通報,2013,33(3):206-210.

Chen N,Li T B,Zhang X P,et al.Spatiotemporal variations of vegetation coverage in Beiluo River watershed based on remote sensing data analysis [J].Bulletin of Soil and Water Conservation,2013,33(3):206-210.(in Chinese)

Impacts of climate change and human activity on runoff variation of Beiluo River

FAN Jing-jing,HUANG Qiang,LIU Deng-feng,WANG Yi-min

(StateKeyLaboratoryofEco-HydraulicEngineeringinShaanxi,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an,Shaanxi710048,China)

Abstract:【Objective】 This study quantified the contributions of climate change and human activities to runoff change and analyzed the main driving factors in Beiluo River basin to provide reference for water resources management.【Method】 The precipitation,recorded and nature runoff depths from a total of 56 years (1956-2011) in Beiluo River were analyzed to detect the impacts of underlying surface,climate change and other human activities.Mann-Kendall method,runoff coefficient method and precipitation-runoff double cumulative curve method were used to analyze the variation points and obtain the contributions of climate change,underlying surface and human activities.【Result】 The precipitation did not change significantly since 1956,while the runoff had insignificantly decreasing trend.The break points occurred at 1964 and 2001.Based on the break points,the runoff series were divided into 3 portions:underlying surface Ⅰ during 1956-1963,underlying surface Ⅱ during 1964-2000,and phase 3 during 2001-2011.Runoff and precipitation correlations were developed under underlying surface Ⅰ and underlying surface Ⅱ,and used to estimate the runoff series in period 2001-2011.The estimated results showed that the developed precipitation-runoff relations can identify the runoff difference between different underlying surfaces.The difference between underlying surface Ⅰ and underlying surface Ⅱ was -7.00 mm,indicating that the runoff production in underlying Ⅰ was better.Climate change contributed to 40% of runoff change.Human activities were the main driving factor at Beiluo River basin with the contribution of 60%,among which 19% was from underlying surface change and 41% was from other human activities.【Conclusion】 The main driving factor of runoff change was human activities at Beiluo River basin,and the impacts of underlying surface change were also significant.

Key words:Beiluo River basin;runoff change;climate change;human activities;underlying surface

DOI：網(wǎng)絡出版時間:2016-01-0810:2210.13207/j.cnki.jnwafu.2016.02.031

[收稿日期]2014-06-23

[基金項目]國家自然科學基金重大項目(51190093)；國家自然科學基金項目(51179148，51179149)；國家重點基礎研究(973)計劃項目(2011CB403306)；陜西省重點實驗室項目(11JS077)

[作者簡介]樊晶晶(1986-)，女，河北邢臺人，在讀博士，主要從事水文水資源系統(tǒng)工程研究。E-mail：fj0722@163.com

[中圖分類號]P33；TV11

[文獻標志碼]A

[文章編號]1671-9387(2016)02-0221-07