黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流水土流失與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系研究

王淑媛，李曉丹，劉學(xué)錄，孫靜，孫治芳，韓雨，徐一恒

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

在人類(lèi)活動(dòng)的劇烈影響下，全球氣候逐步變暖，氣溫普遍升高，引起冰川退縮，海平面上升，進(jìn)而對(duì)水文循環(huán)系統(tǒng)造成重要影響，降水量隨之增多［1-2］。部分受降水影響明顯的流域，徑流量與產(chǎn)沙量開(kāi)始改變，導(dǎo)致流域水土流失面積不斷提高［3］。流域產(chǎn)沙量、徑流量、降水量與土地利用方式都在時(shí)空尺度上發(fā)生著不可忽視的相互影響［4-6］。研究人類(lèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)流域產(chǎn)沙量、徑流量的影響，能夠?yàn)榱饔騼?nèi)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)綠色高效可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)依據(jù)。黃河流域承載著我國(guó)西部相當(dāng)量的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，甘肅省作為流域內(nèi)重要省份，位于黃河上游，黃河流經(jīng)甘肅省干流全長(zhǎng)913 km，占流域長(zhǎng)度的17%左右，黃河流域甘肅段覆蓋14.4萬(wàn)km2，占全流域面積的19%左右。由于地貌、植被變化以及土地利用方式的影響，大量泥沙沿河而下，逐步造成嚴(yán)重的水土流失［7］。任祁榮等對(duì)甘肅省生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的耦合性進(jìn)行了分析分析［8］。楊芳等對(duì)涇河流域代表站降水、徑流、輸沙量的變化特征進(jìn)行了分析［9］。張春林等對(duì)近58 a來(lái)洮河流域水沙演變特征與驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了分析分析［10］。孫浩峰開(kāi)展了甘肅洮河流域生態(tài)清潔小流域建設(shè)條件研究［11］。王海榮開(kāi)展了渭河干流甘肅段河流形態(tài)健康評(píng)價(jià)與研究［12］。黃晨璐等開(kāi)展了渭河與涇河流域水沙變化規(guī)律及其差異性分析［13］。上述研究工作對(duì)于理解黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流的水沙運(yùn)動(dòng)特征與規(guī)律具有指導(dǎo)意義，但缺乏流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用方式等對(duì)水土流失影響的深刻揭示，在解決水土流失普遍問(wèn)題時(shí)缺乏意義。國(guó)家《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確提出：突出抓好黃土高原水土保持，全面保護(hù)天然林，持續(xù)鞏固退耕還林還草成果，加大水土流失綜合治理力度，穩(wěn)步提升城鎮(zhèn)化水平，改善中游地區(qū)生態(tài)面貌。甘肅省委省政府印發(fā)《甘肅省黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃》中提出：隴中隴東黃土高原水土保持區(qū)，包括慶陽(yáng)、平?jīng)?、定西、天水、白銀、蘭州及臨夏州永靖、臨夏市、東鄉(xiāng)、廣河4市縣，以水土流失綜合治理為重點(diǎn)，有效保護(hù)和恢復(fù)林草植被，結(jié)合工程措施，開(kāi)展流域綜合治理，有效提高森林覆蓋率和水土流失保持率。為了在新發(fā)展格局下探索黃河流域甘肅段水土流失與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展間的相互關(guān)系，本文以流域產(chǎn)沙量、徑流量這兩個(gè)目前普遍采用的研究水土流失的重要指標(biāo)為主，結(jié)合人口與社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)指標(biāo)，對(duì)涇河、渭河、洮河三條黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流的水土流失與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系進(jìn)行多維度相關(guān)性分析，以期為協(xié)調(diào)黃河流域甘肅段的生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處的黃河、長(zhǎng)江流域上游，是國(guó)家生態(tài)安全屏障的重要組成部分。黃河流域甘肅段的主要支流根據(jù)地貌類(lèi)型主要包括涇河、渭河和洮河。涇河發(fā)源于涇源縣老龍?zhí)?，在崆峒峽流入平?jīng)鼍硟?nèi)，橫貫崆峒區(qū)、涇川縣、在慶陽(yáng)市長(zhǎng)慶橋以下4 km處的陜西省高陵縣張卜村并入渭河［14］。渭河發(fā)源于甘肅省定西市渭源縣鳥(niǎo)鼠山，是黃河最大的支流，甘肅省境內(nèi)流經(jīng)定西市和天水市，渭河甘肅段是指渭河的源頭至甘肅和陜西交界處的渭河干流區(qū)域。渭河干流兩岸支流眾多，屬不對(duì)稱(chēng)水系，水系呈扇狀分布［15］。洮河發(fā)源于甘青兩省交界處的西傾山東麓，由西向東流經(jīng)甘南藏族自治州碌曲縣、臨潭縣、卓尼縣，由定西市岷縣折向北流經(jīng)臨潭縣、臨洮縣，在臨夏回族自治州永靖縣境內(nèi)匯入黃河干流劉家峽水庫(kù)［16］。

1.2 研究方法與數(shù)據(jù)

1.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源人口、農(nóng)業(yè)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)來(lái)源于《甘肅省水利廳政府信息公開(kāi)年報(bào)》，徑流量、產(chǎn)沙量及降雨量數(shù)據(jù)來(lái)源于甘肅省水利廳《2009-2019年產(chǎn)沙量公報(bào)》、《2009-2019年水土保持公報(bào)》，土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心及地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)。

1.2.2 研究方法流域產(chǎn)沙量、徑流量、降雨量的年際變化采用趨勢(shì)分析法分析。產(chǎn)沙量、徑流量、降雨量之間的相互影響、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素（GDP、農(nóng)業(yè)GDP、人均GDP、人口總數(shù)、人口密度和耕地面積）對(duì)產(chǎn)沙量、徑流量、降雨量之間的影響利用SPSS（20.0）進(jìn)行分析。土地利用方式對(duì)流域水土流失的壓力主要來(lái)自經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)及其分布，故而首先選擇GDP、人均GDP、人口總數(shù)、人口密度作為影響流域水土流失的因素。其次，由于研究區(qū)的土地利用類(lèi)型以農(nóng)業(yè)用地為主，農(nóng)業(yè)用地中又以耕地為主，所以選擇農(nóng)業(yè)GDP和耕地面積作為分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與流域水土流失的影響因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 水沙變化趨勢(shì)分析

2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流水沙監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2，降雨量監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖中可以看出：渭河、洮河的產(chǎn)沙量呈明顯增加趨勢(shì)，渭河多年平均產(chǎn)沙量的增加更明顯，涇河的產(chǎn)沙量呈減少趨勢(shì)。三條主要支流的徑流量、降雨量均呈逐漸增加的趨勢(shì)。

圖1 2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流產(chǎn)沙量監(jiān)測(cè)結(jié)果Figure 1 Monitoring results of sediment yield of major first-level tributaries in the Gansu section of the Yellow River Basin from 2008 to 2018

圖2 2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流徑流量監(jiān)測(cè)結(jié)果Figure 2 Runoff monitoring results of main first-level tributaries in the Gansu section of the Yellow River Basin from 2008 to 2018

圖3 2008～2018年黃河流域甘肅段部分主要一級(jí)支流降雨量監(jiān)測(cè)結(jié)果Figure 3 Rainfall monitoring results of some major firstlevel tributaries in the Gansu section of the Yellow River Basin from 2008 to 2018

黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流水沙指標(biāo)、降雨量變化結(jié)果見(jiàn)表1，土地利用現(xiàn)狀見(jiàn)表2。從表1中可以看出，三條主要支流的產(chǎn)沙量的變異系數(shù)均顯著大于徑流量和降雨量的變異系數(shù)，降雨量的變異系數(shù)最小。說(shuō)明，雖然降雨量是地表徑流的主要來(lái)源，也是促進(jìn)水土流失的主要原因，但產(chǎn)沙量的變化有降雨量、徑流量之外的原因。研究期內(nèi)，平均產(chǎn)沙量最大的為渭河，最小的為洮河，前者是后者的3.2倍；平均徑流量最大的為洮河，最小的為涇河，前者為后者的3.8倍；三條主要支流的平均降雨量接近，相差不大。從表2中可以看出，涇河流域面積最大，比渭河和洮河多出約5 000 km2。涇河流域土地利用類(lèi)型以耕地和草地為主，渭河流域以耕地為主，洮河流域則以草地和森林為主。其中，渭河的耕地面積比涇河約多3 000 km2，且是洮河耕地面積的2.6倍。三條主要支流的土地利用類(lèi)型多為耕地、草地和森林等農(nóng)業(yè)用地，在流域占比共達(dá)95%以上?？梢园l(fā)現(xiàn)，在多年平均降雨量差異不明顯的情況下，三條主要支流的徑流量、產(chǎn)沙量差異巨大，除了與流域面積、植被類(lèi)型及其覆蓋度（反映水域涵養(yǎng)功能）的差異有關(guān)外，還與流域之間的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r有關(guān)。

表1 2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流水沙變化趨勢(shì)比較分析Table 1 Comparative analysis of the variation trend of water and sediment in the main tributaries of the Gansu section of the Yellow River Basin from 2008 to 2018

表2 黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流土地利用現(xiàn)狀Table 2 Current status of land use in the main tributaries of the Gansu section of the Yellow River Basin

從2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流降雨量、徑流、產(chǎn)沙量相關(guān)性分析結(jié)果（表3）看，三條主要支流的降雨量、徑流量、產(chǎn)沙量三者之間的相關(guān)性差異明顯。其中，渭河的產(chǎn)沙量、徑流量與降雨量相關(guān)性最顯著，產(chǎn)沙量與徑流量極顯著相關(guān)，說(shuō)明渭河流域的降水絕大部分轉(zhuǎn)換成了地表徑流量，水源涵養(yǎng)功能差且地表徑流顯著地促進(jìn)了水土流失。洮河流域的降雨量對(duì)地表徑流的影響不顯著，水源涵養(yǎng)功能較好，但地表徑流對(duì)產(chǎn)沙量的貢獻(xiàn)極顯著。涇河流域的降雨量與地表徑流極顯著相關(guān)，產(chǎn)沙量與徑流量、降雨量相關(guān)性不強(qiáng)，說(shuō)明涇河流域的水域涵養(yǎng)功能不強(qiáng)，降雨量大部分轉(zhuǎn)化成了地表徑流；更重要的是，產(chǎn)沙量與徑流量、降雨量等除了映水源涵養(yǎng)功能要素以外，還與人口、經(jīng)濟(jì)、土地利用等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素關(guān)系密切。

表3 水土流失變化趨勢(shì)及與降雨量相關(guān)性分析Table 3 Variation trend of soil erosion and its correlation with rainfall

2.2 水土流失與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系分析

從2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流產(chǎn)沙量、徑流量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)之間的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 產(chǎn)沙量、徑流量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of sediment yield，runoff and socioeconomic factors

涇河流域的產(chǎn)沙量主要受土地利用方式（與耕地面積呈顯著正相關(guān)）、人口和人口密度的影響，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明該流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展并沒(méi)有對(duì)地表徑流，尤其是產(chǎn)沙量帶來(lái)消極的影響，保持和轉(zhuǎn)變已有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式可以促進(jìn)流域產(chǎn)沙量的減少和地表徑流的增加。

渭河和洮河流域的土地利用方式與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均對(duì)這兩個(gè)流域的產(chǎn)沙量和徑流量具有促進(jìn)作用。其中，土地利用方式對(duì)洮河流域產(chǎn)沙量和徑流量的促進(jìn)作用大于渭河流域。

人口和人口密度均與渭河、洮河的徑流量和產(chǎn)沙量呈正相關(guān)，且與人口密度相關(guān)性更大；而涇河的徑流量與人口和人口密度呈負(fù)相關(guān)，與人口密度的相關(guān)性更大。由此可見(jiàn)，在人口因素中，人口密度是水土流失問(wèn)題的重要驅(qū)動(dòng)力之一。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

黃土高原水土流失的原因主要包括自然因素和人為因素兩類(lèi)，其中降雨是影響水土流失變化的主要自然因素，農(nóng)業(yè)耕作是影響水土流失變化的人為因素。黃河流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水土流失問(wèn)題息息相關(guān)，黃河流域嚴(yán)重的水土流失，一定程度地制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境［17］。曹伯萬(wàn)對(duì)甘肅省黃河流域的水土流失變化原因的分析發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)八十年代、九十年代降雨強(qiáng)度對(duì)水土流失有決定性的影響［18］，與本文研究的2008～2018年，年總降雨量變化對(duì)地表徑流、水土流失的影響有相似之處。而黃啟芬對(duì)貴州省88個(gè)縣（市）水土流失與社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)性的分析顯示，土地利用方式、人口密度是社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中對(duì)水土流失的影響最為關(guān)鍵［19］。本文水沙指標(biāo)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相關(guān)性分析表明，涇河的產(chǎn)沙量主要受土地利用方式（與耕地面積呈顯著正相關(guān)）和人口密度的影響，且人口和人口密度均與產(chǎn)沙量以及渭河、洮河徑流量呈正相關(guān)，且與人口密度相關(guān)性更大；而涇河的徑流量與人口和人口密度呈負(fù)相關(guān)，與人口密度的相關(guān)性更大。因此，人口、人口密度對(duì)水土流失的影響具有復(fù)雜性。林洪、朱春波等通過(guò)分析浙江省1986～2005年社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水土流失的變化得出，水土資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的根基資源，水土流失也是貧困問(wèn)題的根本原因［20］。第寶鋒、寧堆虎等采用應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析等方法研究發(fā)現(xiàn)水土流失與貧困人口相互影響互為因果，破壞生態(tài)會(huì)造成水土流失，水土流失會(huì)限制了資源的有效利用，導(dǎo)致環(huán)境壓力增加，是生態(tài)損傷和貧困的根本原因，GDP下降又促使了水土流失以及生態(tài)的惡化［21］。本文研究結(jié)果顯示，渭河和洮河這兩個(gè)流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均對(duì)產(chǎn)沙量和徑流量具有促進(jìn)作用，與林洪、朱春波等的研究結(jié)果一致，說(shuō)明水土保持與脫貧致富之間是可以做到協(xié)調(diào)推進(jìn)的。

本文研究結(jié)果顯示，黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流2008～2013年流域產(chǎn)沙量變幅大，且渭河、洮河產(chǎn)沙量在2013年達(dá)到最大值，自2014年流域水土流失開(kāi)始改善。甘肅省黃河流域主要一級(jí)支流涇河、渭河和洮河的水土流失情況與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要指標(biāo)的關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，受氣候因素影響較大的同時(shí)，人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)耕作都對(duì)流域水土流失有重要的影響，水土流失和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相互制約。耕地面積、人口密度的變化及流域的產(chǎn)沙量增減三者有密切關(guān)系，主要影響著產(chǎn)沙量的變化；因此優(yōu)化、調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變耕地利用方式，控制人口密度的增長(zhǎng)，對(duì)改善流域的水土流失有一定程度的作用；流域的徑流量和GDP的相關(guān)性，改善流域的水土流失對(duì)GDP提升也有重要影響。

3.2 結(jié)論

本研究以黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流涇河、渭河和洮河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，對(duì)流域水沙變化與自然因素（降雨量）、土地利用方式、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r相關(guān)性分析，主要結(jié)論如下：

在研究時(shí)段內(nèi)，黃河流域甘肅段主要一級(jí)支流的產(chǎn)沙量波動(dòng)劇烈，涇河流域甘肅段產(chǎn)沙量呈下降趨勢(shì)，洮河和渭河流域產(chǎn)沙量呈上升趨勢(shì)，涇河、渭河和洮河相比，渭河多年平均產(chǎn)沙量明顯更多。研究期內(nèi)，平均產(chǎn)沙量最大的為渭河，最小的為洮河，前者是后者的3.2倍；平均徑流量最大的為洮河，最小的為涇河，前者為后者的3.8倍。

三條主要支流的平均降雨量接近。渭河的產(chǎn)沙量、徑流量與降雨量相關(guān)性最顯著，產(chǎn)沙量與徑流量極顯著相關(guān)，洮河流域的降雨量對(duì)地表徑流的影響不顯著，但地表徑流對(duì)產(chǎn)沙量的貢獻(xiàn)極顯著。涇河流域的降雨量與地表徑流極顯著相關(guān)，產(chǎn)沙量與徑流量、降雨量相關(guān)性不強(qiáng)，說(shuō)明涇河流域的水域涵養(yǎng)功能不強(qiáng)。

相關(guān)分析表明：人口、人口密度和土地利用方式是影響研究區(qū)三條一級(jí)支流水土流失的關(guān)鍵因素，水土流失的變化在一定程度上制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。