黄河中游河龙区间径流量变化趋势及其归因

doi:10.31497/zrzyxb.20210117

自然资源学报 ›› 2021, Vol. 36 ›› Issue (1): 256-269.doi: 10.31497/zrzyxb.20210117

黄河中游河龙区间径流量变化趋势及其归因

宁怡楠¹^,²(), 杨晓楠³, 孙文义¹^,⁴(), 穆兴民¹^,⁴, 高鹏¹^,⁴, 赵广举¹^,⁴, 宋小燕⁵

1.中国科学院水利部水土保持研究所,土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌 712100
2.中国科学院大学,北京 100049
3.河北农业大学河北省山区研究所,保定 071001
4.西北农林科技大学土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌 712100
5.西北农林科技大学水利与建筑工程学院,杨凌 712100

收稿日期:2019-11-06 修回日期:2020-06-19 出版日期:2021-01-28 发布日期:2021-03-28
通讯作者: 孙文义 E-mail:ningyinan18@mails.ucas.ac.cn;sunwy@ms.iswc.ac.cn
作者简介:宁怡楠（1996- ）,女,河南洛阳人,硕士,主要从事生态水文研究。E-mail:ningyinan18@mails.ucas.ac.cn
基金资助:
国家重点研发计划项目(2016YFC0402401)

The trend of runoff change and its attribution in the middle reaches of the Yellow River

NING Yi-nan¹^,²(), YANG Xiao-nan³, SUN Wen-yi¹^,⁴(), MU Xing-min¹^,⁴, GAO Peng¹^,⁴, ZHAO Guang-ju¹^,⁴, SONG Xiao-yan⁵

1. Institute of Soil and Water Conservation, CAS and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, Shaanxi, China
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3. Mountain Areas Research Institute of Hebei Province, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, Hebei, China
4. State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China
5. College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China

Received:2019-11-06 Revised:2020-06-19 Online:2021-01-28 Published:2021-03-28
Contact: SUN Wen-yi E-mail:ningyinan18@mails.ucas.ac.cn;sunwy@ms.iswc.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

黄河水沙变化关乎黄河流域生态安全和全流域的高质量发展。近年来黄河水量出现大幅锐减,制约了当地社会经济和下游可持续发展。量化气候变化和人类活动对径流量减少的贡献对于解析黄河水沙变化动因具有重要意义。由于研究尺度和研究方法的不同,径流量变化的因素和影响程度存在较大差异。本文采用MK趋势检验和双累积曲线法系统分析黄河中游河龙区间四个典型流域（皇甫川、窟野河、无定河、延河）1960—2015年间水文要素的变化趋势,利用Budyko水热平衡方程阐明气候变化和人类活动对流域径流变化的作用。结果表明：1960—2015年皇甫川、窟野河、无定河、延河流域径流量均显著下降（P<0.01）,且径流量均在1979年和1999年前后发生突变,而降水量变化不显著。同基准期（1960—1979年）相比,P2时期（1980—1999年）气候变化对径流减少的贡献率达64%~76%;随着退耕还林还草工程的大规模实施,P3时期（2000—2015年）人类活动成为径流减少的主要影响因素,其贡献率达71%~88%。

关键词: 河龙区间, 径流量, 气候变化, 人类活动, Budyko方程, 弹性系数

Abstract:

Changes in the water and sediments of the Yellow River are associated with ecosystem security and quality development throughout the basin. It is of great significance to quantify the contribution of climate change and human activities to the reduction of runoff in order to analyze the causes of water and sediment changes in the Yellow River. Due to different research scales and research methods, the factors and influence degree of runoff variation vary greatly. Therefore, based on the same time scale, this paper uses MK trend test and Double Mass Curve method to systematically analyze the changing trend of hydrological elements in four typical basins (Huangfuchuan, Kuye River, Wuding River and Yanhe River) in the middle reaches of the Yellow River from 1960 to 2015. The Budyko water heat balance equation is used to clarify the role of climate change and human activities in the water and sediment change of the basin. The results showed that the runoffs in Huangfuchuan, Kuye River, Wuding River and Yanhe River basins all decreased significantly from 1960 to 2015 (P<0.01), and the runoffs in 1979 and 1999 experienced sudden changes without significant variations in precipitation. Compared with the base period (1960-1979), the contribution rate of climate change to runoff reduction in the P2 period (1980-1999) reached 64%-76%; with the large-scale implementation of the project of returning farmland to forestland and grassland, human activities in the P3 period (2000-2015) have become the main influencing factor leading to runoff reduction, with a contribution rate of 71%-88%.

Key words: Hekou-Longmen section, runoff, climate change, human activities, Budyko equation, elasticity coefficient

宁怡楠, 杨晓楠, 孙文义, 穆兴民, 高鹏, 赵广举, 宋小燕. 黄河中游河龙区间径流量变化趋势及其归因[J]. 自然资源学报, 2021, 36(1): 256-269.

NING Yi-nan, YANG Xiao-nan, SUN Wen-yi, MU Xing-min, GAO Peng, ZHAO Guang-ju, SONG Xiao-yan. The trend of runoff change and its attribution in the middle reaches of the Yellow River[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2021, 36(1): 256-269.

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参考文献 28

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年份	梯田	林地	草地	坝地
1959	3.31	15.13	3.57	0.28
1969	11.58	34.23	3.83	1.54
1979	23.05	88.18	10.45	3.95
1989	34.48	198.62	21.15	5.63
1996	48.60	253.73	24.08	6.82
2006	49.26	277.11	59.05	7.11

流域	面积/km²	均温/℃	年均降雨量/mm	年均径流量/亿m³	年均输沙量/亿t	植被措施面积/km²	工程措施面积/km²
皇甫川	3240	6.7	386.7	1.2	0.4	1268.4	52.16
窟野河	8706	7.9	389.5	4.9	0.8	934.9	133.2
无定河	30260	8.7	409.1	10.8	0.4	1565.7	180.3
延河	7725	9.5	475.9	3.0	0.4	2404.8	424.1

数据名称	数据来源	数据说明
降水数据	全国气象数据共享网（http://data.cma.gov.cn）中国地面日值数据集	区域气象站点1960—2015年日观测数据
水文数据	流域水文站实测径流量水文部门水文年鉴黄河水利委员会（YRCC）水文数据库	主要控制水文站点1960—2015年径流数据
归一化植被指数（NDVI）	Land Term Data Record（LTDR）	1981—1999年,分辨率5 km×5 km
归一化植被指数（NDVI）	MODIS MOD16A2	2000—2015年,分辨率500 m×5 km
潜在蒸散量（ET₀）	Numerical Terradynamic Simulation Group （http://www.ntsg.umt.edu）	1983—1999年,分辨率8 km×8 km
潜在蒸散量（ET₀）		2000—2015年,分辨率1 km×1 km

流域	降水量		径流深		潜在蒸散量
流域	Z	S	Z	S	Z	S
皇甫川	-0.28^ns	-0.23	-5.16^**	-0.88	-1.46^*	-1.13
窟野河	-0.01^ns	-0.01	-5.96^**	-1.34	-0.36^ns	-0.27
无定河	0.01^ns	0.01	-6.52^**	-0.44	0.25^ns	0.11
延河	0.49^ns	0.32	-3.14^**	-0.30	1.60^*	1.35

流域	降水量变化		径流深变化		潜在蒸散变化		下垫面特征参数变化
流域	P1~P2时期	P1~P3时期	P1~P2时期	P1~P3时期	P1~P2时期	P1~P3时期	P1~P2时期	P1~P3时期
皇甫川	-8.4	-5.9	-37.6	-80.9	-7.0	-4.5	17.6	92.3
窟野河	-6.9	-2.5	-33.6	-72.6	-3.2	-1.2	14.7	69.0
无定河	-12.4	-2.2	-27.9	-41.9	-0.9	1.1	2.6	18.0
延河	-2.7	2.5	-8.9	-33.1	1.1	5.3	0.9	13.2

黄河中游河龙区间径流量变化趋势及其归因

The trend of runoff change and its attribution in the middle reaches of the Yellow River

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流域	εp			εET₀			εω
流域	P1时期	P2时期	P3时期	P1时期	P2时期	P3时期	P1时期	P2时期	P3时期
皇甫川	2.23	2.52	3.68	-1.23	-1.52	-2.68	-2.32	-2.73	-4.07
窟野河	1.87	2.07	2.73	-0.87	-1.07	-1.73	-1.88	-2.20	-2.97
无定河	2.32	2.40	2.65	-1.32	-1.40	-1.65	-2.36	-2.63	-2.83
延河	2.85	2.87	3.20	-1.85	-1.87	-2.20	-2.46	-2.54	-2.85

流域	时期	森林面积/km²	草地面积/km²	植被覆盖度/%	Δveg
皇甫川	P2	151.0	2477.3	24.5	13.32
	P3	194.5	2437.2	42.1	34.62
窟野河	P2	441.6	6339.0	26.3	12.10
	P3	1054.7	5679.8	43.8	33.17
无定河	P2	925.5	15728.1	25.1	18.86
	P3	1136.1	16210.0	42.1	33.05
延河	P2	1403.9	3961.0	43.2	6.56
	P3	1549.5	4694.1	64.8	40.04

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