本文发表于《中国水土保持科学》2024年第22卷第4期“水土保持科学与工程”栏目。
气候变化和人类活动影响下流域水文过程及归因分析, 对于理解水文演变规律, 制订流域管理对策具有重要意义。以陕北黄土丘陵沟壑区的西川河流域为例, 采用M-K检验、累积距平法等方法, 分析近50 a来降雨、输沙、径流变化趋势与演变特征, 基于Budyko假设识别驱动流域径流变化的主导因素, 并进行定量归因研究。
西川河发源于志丹县曹新庄，流经西河口乡、砖窑湾镇、高桥镇和枣园镇，于延安市兰家坪汇入延河，是延河主要支流之一，全长66 km，流域面积809 km2。峁状丘陵沟壑是西川河流域典型的地貌特征，土壤类型以黄绵土为主，主要植被类型有刺槐、油松、柠条等。流域属温带大陆性半干旱季风气候，多年平均温度8.6℃，多年平均降水量520 mm。枣园水文站位于西川河流域出口处(E 109°20′，N 36°38′)如下所示，系流域控制站，多年平均径流量为0.22亿m3。
研究区地理位置图
讨论：
河川径流演变是个漫长的过程，与流域范围内诸多因素有关。当前，径流变化研究主要以时间为尺度，对长时间序列水文监测记录分析比较，揭示径流演变规律。因为量化径流归因贡献率采用一阶近似计算方法，所以将下垫面变化近似看作是人类活动影响结果。本研究得出1971—2019年西川河流量减少是人类活动和气候变化共同作用的结果，人类活动占69.15%，气候变化占30.85%。宁怡楠等分别对黄河中游4个典型流域56年间的径流变化情况研究表明，径流量均显著下降，气候变化对径流减少的贡献率逐渐减小，人类活动成为主要影响因素。利用黄河上游若尔盖流域52 a水文资料分析得出，流域径流量呈下降趋势，下垫面对径流减少的贡献率高达93.46%，气候变化仅占5.57%。综上，以气候变化和人类活动为切入点，评估对黄河上中游径流变化的贡献时，众多研究表明人类活动为主导因素。
受到水、土、气、生等多要素作用，沟壑纵横是黄土高原典型的地貌特征，加之黄土土质疏松，不断冲刷使水土流失成为主要生态环境问题。从降雨角度看，在径流突变年份1996年前后，西川河流域P2时期的降雨平均水平低于P1时期。在坡面修筑梯田等水土保持措施，减少缓坡和较陡坡地耕作，沟道内修建淤地坝，形成保水保土的天然蓄滞洪区，加上安塞县的封山禁牧政策，流域内林草资源得到有效管护。部分农民前往城镇谋生，出现耕地撂荒现象，耕地变为草地和林地，提高了地块蓄水保土能力。以上研究表明，退耕还林(草)措施、以淤地坝为代表的水土保持工程和社会经济要素变化等共同构成径流减少的影响因素。西川河流域自1971年以来，降雨量没有显著的变化，径流量明显减少，与白岩梅用年水沙总量法得出的结果一致。西川河流域地类变化最明显的是耕地和林地，草地、林地的截留效应明显比耕地好，使流域径流减少对植被恢复的响应明显增强。
Budyko模型研究气候变化和人类活动对径流变化的归因分析简洁直观，但存在局限性。模型本身体现的只是降雨、潜在蒸散发、下垫面3种宏观因子对径流变化影响的结果，未能对地形、土壤、植被、气候、具体人类活动、极端事件及人地耦合效应等要素变化进行量化分析，这可能导致得出的结果与实际结果存在一定的差异。对于其他因子具体的贡献，还需搜集整理其他资料做下一步研究探讨。
结论：
1) 1971—2019年西川河流域降雨量有所下降，径流量和输沙量显著下降。在不同年代际，波动幅度输沙量>径流量>降雨量。
2) 运用突变点检验方法，确定径流突变年份，将对西川河的研究期分为P1基准期(1971—1996年)，P2变化期(1997—2019年)。
3) 根据Budyko理论和弹性系数法，得出在西川河流域下垫面变化是引起径流减少的主要因素，1997—2019年径流变化以下垫面变化和降雨为主，人类活动是径流变化最密切的因子，贡献率达69.15%，降雨次之，潜在蒸散发贡献最小。
水文气象要素年际变化
月平均径流量年内分配
突变点检验和累积距平曲线
降雨径流双累积曲线
不同年份的土地利用情况
水文气象要素特征值
史砚文, 王计平, 程复, 王一川, 罗志东, 郭汉清. 黄土丘陵沟壑区西川河流域近50a径流变化趋势与归因识别[J]. 中国水土保持科学, 2024, 22(4): 51-58.DOI: 10.16843/j.sswc.2023145.
SHI Yanwen, WANG Jiping, CHENG Fu, WANG Yichuan, LUO Zhidong, GUO Hanqing. Variation trend and attribution identification of runoff in Xichuan River Basin in loess hilly and gully region in recent 50 years[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2024, 22(4): 51-58. DOI: 10.16843/j.sswc.2023145.
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