洞庭湖流域徑流量對氣候變化和人類活動的響應研究

程俊翔，徐力剛，姜加虎，譚志強，喻崎雯，范宏翔

（1.中國科學院南京地理與湖泊研究所，中國科學院流域地理學重點實驗室，南京 210008；2.中國科學院大學，北京 100049；3.中國地質科學院巖溶地質研究所，廣西 桂林 541004）

洞庭湖流域徑流量對氣候變化和人類活動的響應研究

程俊翔1，2，徐力剛1*，姜加虎1，譚志強1，喻崎雯3，范宏翔1，2

（1.中國科學院南京地理與湖泊研究所，中國科學院流域地理學重點實驗室，南京 210008；2.中國科學院大學，北京 100049；3.中國地質科學院巖溶地質研究所，廣西 桂林 541004）

為了定量化研究氣候變化和人類活動對洞庭湖流域徑流量變化的影響，采用累積距平分析和Mann-Kendall趨勢檢驗對流域內4個水文站和16個氣象站1985—2010年的水文及氣象數據進行統計分析，并利用徑流量變化定量分析方法，計算了氣候變化和人類活動對徑流的改變量及其貢獻率。研究結果表明：降水量的下降和潛在蒸散發量的上升導致整個洞庭湖流域及湘江、資水、沅江、澧水4個子流域突變后相對于突變前徑流量分別減少了28、15、130、112 mm和102 mm；洞庭湖流域徑流量的減少主要受氣候變化的影響，其貢獻率為64%，人類活動雖然能增加徑流，但是兩者的疊加影響整體上仍使徑流量減少。因此，洞庭湖流域的水文干旱是自然環境演化的結果，與全球氣候變化的大格局息息相關。

洞庭湖流域；水文響應；氣候變化；人類活動；貢獻率

在全球氣候變暖和人類活動干擾的背景下，流域水文過程發生了巨大的變化。一方面，水文循環過程對氣候變化極其敏感，降水、蒸發等隨著氣候的改變而改變，進而影響水文循環過程[1-2]；另一方面，隨著經濟發展和科技進步，水利工程建設、毀林造林、城市化等人類活動引起了流域內土地利用和覆被變化，顯著改變了下墊面條件，使水文過程更加復雜多變[3]。

氣候變化和人類活動對流域水文過程的影響是水文學領域的熱點問題之一。許多學者通過全球氣候模式（GCMs）、降尺度的區域氣候模式（RCMs）或者水文模型來研究氣候變化對水文過程的影響，較好地揭示了氣候變化對水文過程的影響程度及機制，并對未來的氣候模式演變做了一般性地預測[4-5]。氣候變化改變了全球降雨的再分配模式，使濕潤地區更加濕潤，干旱地區更加干旱，在中國的具體表現就是降水量的下降[6]以及洪澇和干旱等極端氣候事件明顯增多。盡管氣候變化對水文水資源效應的影響非常顯著，但近幾十年來，人類活動正逐漸成為影響流域水文過程的另一關鍵因素。Barnett等[7]在研究20世紀50—90年代美國西部干旱區水文過程演變時指出，該地區徑流量、冬季溫度、積雪等的變化有60%是人類活動導致的。相似的，王隨繼等[8]研究表明，降水和人類活動對皇甫川流域徑流量變化的貢獻率在1980—1997年分別為36%和64%，在1998—2008年分別為17%和83%，人類活動對徑流量的影響明顯增加。然而，這些研究大多單從氣候變化或人類活動的角度分析其對水文過程的影響，而且由于時空尺度問題、水文模型參數率定的不確定性以及定量化人類活動比較困難等，如何定量區分氣候變化和人類活動對水文過程的影響仍有待深入探討。張曉婭等[9]認為氣候變化和人類活動對長江徑流量的影響相互削弱，使長江年入海徑流量下降了1%，且對流域內不同分區的影響存在顯著差異。Ye等[10]采用水文敏感性分析方法定量化研究了氣候變化和人類活動在不同年代對鄱陽湖流域徑流量的影響，指出氣候變化是流域水文變化最主要的影響因素。在前人研究的基礎上，筆者通過累積距平分析和Mann-Kendall趨勢檢驗相結合的方法尋找洞庭湖流域地表徑流量變化的突變點，并根據徑流量變化定量分析方法計算了氣候變化和人類活動對徑流的改變量及其貢獻率。該研究對洞庭湖流域水資源的規劃、開發、評估和管理具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

洞庭湖流域位于長江中下游地區，流域總面積約為26萬km2，占長江流域總面積的12%，年平均降水量為1429 mm。湖區水系十分發達，入湖徑流包括長江三口（松滋、太平、藕池）分流，湘江、資水、沅江、澧水四水徑流以及新墻河、汨羅江等區間河湖徑流三部分，經湖泊調蓄后由城陵磯注入長江。近年來，三口徑流量逐漸減少且分流比下降，年內斷流天數不斷增加，而四水年徑流量總體上相對穩定，與區間河湖徑流一起約占全部入湖水量的78%[11]。整個流域可分為湘江、資水、沅江、澧水4個子流域以及環湖區，具體如圖1所示。

洞庭湖流域具有明顯的干濕季節性交替特征，汛期（4—9月）降水量為1009 mm，約占全年降水量的71%。由于降水量年內年際分配極不均衡，加上人類對土地和水資源的不合理開發與利用，流域內洪澇和干旱災害頻發，一年內大約分別有84 d和72 d表現為流域性的洪澇和干旱[12]，嚴重危及流域生態系統健康和人民生命財產安全。

1.2 數據與方法

1.2.1 數據

水文數據來源于湖南省水文局和長江水利委員會，包括湘潭、桃江、桃源、石門4個水文站1985—2010年逐日平均流量（桃源站1985年數據缺失，通過插值補充），并以此為基礎分別計算洞庭湖流域及湘江、資水、沅江、澧水4個子流域的年徑流量。氣象數據由國家氣象中心提供，該數據集包括洞庭湖流域內16個國家氣象臺站1985—2010年的降水、溫度、相對濕度、風速、日照時數、水汽壓等指標，并根據聯合國糧農組織（FAO）推薦的Penman-Monteith公式計算了洞庭湖流域及其子流域的潛在蒸散發量。徑流量、降水量、潛在蒸散發量的單位均換算為mm。水文站及氣象站分布如圖1所示。

1.2.2 累積距平分析

累積距平分析是表征離散數據點變化趨勢的一種統計學方法，能直觀地區分氣象或水文要素的階段性變化特征。對于序列x（x0表示序列x的多年平均值），其在時刻t的累積距平Xt為：

累積距平值表示氣象或水文要素偏離多年平均值的程度，若累積距平值持續增大，表明該時段某要素的值大于其多年平均值，反之則小于其平均值。某一時段曲線斜率的絕對值越大，說明該時段某要素的變化幅度越大。當曲線斜率異號時，轉折點即為可能的突變點。

圖1 洞庭湖流域主要水系及水文站、氣象站分布圖Figure 1 River networks of the Dongting Lake catchment with the location of hydrological stations and meteorological stations

1.2.3 Mann-Kendall檢驗

非參數化Mann-Kendall檢驗（簡稱MK檢驗）廣泛應用于水文、氣象等數據的趨勢及突變檢驗。該方法以時間序列平穩且獨立為前提，但不要求數據遵循正態分布[13]。設原假設H0：數據序列為x1，x2，…，xn，以ni表示樣本xi＞xj（1≤j≤i）的累計數，定義統計量dk：

給定顯著性水平α，當|UF（dk）| ＜Uα/2時，接受原假設H0，即無顯著上升或下降趨勢；當|UF（dk） |＞Uα/2時，拒絕原假設H0，即存在顯著上升或下降趨勢，且 UF（dk）＞0表明具有上升趨勢，UF（dk）＜0表明具有下降趨勢。逆序列UB（dk）采用同樣的方法計算，且UB（dk）= -UF（dk），若其與UF（dk）存在交點且位于置信區間內，則交點即為可能的突變點。

1.2.4 徑流量變化定量分析方法

在長時間尺度上，任何一個自然流域的水量總保持著平衡狀態，其水量平衡方程為：

式中：P表示降水量；Q表示徑流量；E表示實際蒸發量；ΔS表示水量變化量，在長時間尺度上（≥10 a）ΔS近似為0。

基于水量平衡方程，Zhang等[14]提出了一個關于降水、實際蒸發和潛在蒸散發的經驗公式：

式中：E0表示潛在蒸散發量；λ表示植被可利用水量系數，其值的大小反映植物蒸騰作用的強弱，可由水文和氣象數據計算得出。

水文條件的改變是氣候變化和人類活動共同作用的結果，而水文狀況可用徑流量來表示，氣候變化可以通過降水和潛在蒸散發來反映[14]。因此，徑流量的變化可以通過氣候變化和人類活動來定量描述[15]：

式中：ΔQ表示徑流變化量；ΔQC表示由氣候變化引起的徑流改變量；ΔQH表示由人類活動引起的徑流改變量；ΔP表示降水變化量；ΔE0表示潛在蒸散發變化量。

2 結果與討論

2.1 流域氣候變化特征

研究時段內，洞庭湖流域年降水量總體呈下降趨勢，下降速率為5 mm·a-1；而年潛在蒸散發量則呈上升趨勢，上升速率為3 mm·a-1，且通過了0.05顯著性水平檢驗。降水量年際波動幅度較大，最小值為2005年的1181 mm，最大值為2002年的1921 mm，后者是前者的1.63倍。2002年后，降水量急劇下降；相反地，潛在蒸散發量則快速上升。潛在蒸散發量多年變化范圍在846～962 mm，多年平均值為900 mm。圖2中累積距平曲線表明，洞庭湖流域的年降水量和年潛在蒸散發量具有明顯的階段性變化特征。降水量變化過程大致可分為兩個階段：2002年以前，大多數年份的年降水量高于多年平均值，正距年數為16 a；2002年以后，大多數年份的年降水量低于多年平均值，負距年數為9 a，且降水量在2002年以后的變化幅度更大。相似的，潛在蒸散發量的變化過程也分為兩個階段，其正負距年數與降水量相當，但變化趨勢則與降水量恰恰相反。降水量和潛在蒸散發量的累積距平曲線分別在2002年和2003年發生轉折，顯然，2002—2003年是洞庭湖流域干濕交替變化的一個轉折期。

圖2 洞庭湖流域年降水量和年潛在蒸散發量變化特征Figure 2 The characters of annual precipitation and annual potential evapotranspiration in the Dongting Lake catchment

2.2 流域徑流量變化特征

圖3為各水文站1985—2010年年徑流量及其累積距平變化過程曲線。除石門站外，其他水文站年徑流量均具有明顯的階段性變化特征。湘江流域在1985—1991年和2003—2010年為兩個顯著枯水期，1992—2002年為顯著豐水期，其中1991年和2002年為豐、枯水期轉折點（圖3a）。圖3b表明，資水流域具有兩個顯著枯水期（1985—1987年和2003—2010年），一個平水期（1988—1992年）和一個顯著豐水期（1993—2002年）。桃源站年徑流量變化過程與桃江站類似，即沅江流域有兩個顯著枯水期（1986—1989年和2005—2010年）和一個顯著豐水期（1990—2004年），豐、枯水期轉折點為1990年和2004年（圖3c）。圖3d中的累積距平曲線無顯著變化趨勢，說明澧水流域年徑流量無明顯階段性變化特征。總的來說，各子流域徑流量年際波動幅度都較大，多年平均波動幅度超過600 mm，其中湘江、資水和沅江流域的徑流量累積距平曲線各有一個波谷和一個波峰，階段性變化特征明顯，而澧水流域徑流量波動頻率較高，無明顯變化趨勢。湘潭站和桃江站年徑流量累積距平值均在2002年達到最大，桃源站在2004年為最大值。這與洞庭湖流域干濕轉折期基本一致。

圖4 各水文站年徑流量MK趨勢檢驗結果Figure 4 Mann-Kendall test of annual runoff at four hydrological stations

通過MK檢驗對各流域年徑流量序列進行檢驗，進而分析各流域徑流量變化趨勢，并尋找其可能的突變點，結果如圖4所示。除1985—1987年出現短暫下降外，湘潭站年徑流量整體上呈增加趨勢，其中1992—2004年通過了0.05顯著性水平檢驗，說明該時段徑流量顯著上升（圖4a）。桃江站和桃源站年徑流量變化趨勢基本一致，2008年以前徑流量呈增加趨勢，2008—2010年逐漸下降，其徑流量在1993—2000年顯著上升。在95%的置信區間內，圖4b和圖4c中的UF-UB曲線存在唯一交點，即資水流域和沅江流域徑流量變化可能的突變點分別為2006年和2005年。圖4d中UF值在1985—2005年始終大于0，其后均小于0，即澧水流域年徑流量在1985—2005年呈上升趨勢，在2006—2010年呈下降趨勢，但是這種變化趨勢并不顯著。從整個時間序列來看，桃江站、桃源站和石門站的年徑流量前期均表現為上升趨勢，最后3～5年才開始下降；而湘潭站的年徑流量變化趨勢明顯不同，徑流量在前3年為下降趨勢，其余時段均為上升趨勢。湘潭站、桃江站和桃源站的徑流量在20世紀90年代均通過了0.05顯著性水平檢驗，具有顯著上升的趨勢。

表1 氣候變化和人類活動影響下洞庭湖流域及其子流域年徑流量變化Table 1 Impacts of climate change and human activities on the annual runoff in sub-catchment and Dongting Lake catchment

綜合各水文站徑流量累積距平分析和MK檢驗的結果，湘江、資水、沅江和澧水4個子流域徑流量變化的突變點分別為2002、2006、2005年和2005年，洞庭湖流域徑流量變化的突變點為2002年。

2.3 氣候變化和人類活動對流域徑流量變化的影響

洞庭湖流域徑流量的改變主要受氣候變化和人類活動的雙重影響，通過徑流量變化定量分析方法可以定量區分ΔQC和ΔQH及其對徑流量變化的貢獻率。模型參數λ的取值會影響計算結果的精度，這里通過式（6）和式（7）計算出湘江、資水、沅江、澧水4個子流域及整個洞庭湖流域的λ分別為1.29、0.83、0.61、0.69和0.86。根據公式（6）～（9），計算出各流域突變前后的徑流量變化如表1所示。

發生突變后，各流域的降水量和徑流量均減少，而潛在蒸散發量則有小幅度增加，湘江、資水、沅江和澧水4個子流域及整個洞庭湖流域的降水量分別減少了20、198、213、116、100 mm，徑流量分別減少了15、130、112、102、28 mm，潛在蒸散發量分別增加了40、87、32、32、44 mm。從ΔQC和ΔQH的變化量和實際貢獻率來看，氣候變化對徑流量的減少起促進作用，而人類活動則在一定程度上對徑流量起補充作用；從ΔQC和ΔQH的絕對貢獻率來看，各流域徑流量的減少主要受氣候變化的影響，盡管人類活動對徑流量的減少有抑制作用，但是與氣候變化的疊加影響整體上還是表現出流域徑流量的減少，兩者對徑流量的影響既相互補充又相互抵消。區域氣候的差異性和人類活動的強弱導致了不同流域的ΔQC和ΔQH及其貢獻率在時空尺度上并不完全相同。在4個子流域中，氣候變化對澧水流域徑流量變化的貢獻率最大，其次為資水流域和沅江流域，對湘江流域的貢獻率最小。在整個洞庭湖流域尺度上，氣候變化仍然是徑流減少的主要影響因素，其絕對貢獻率為64%，人類活動的絕對貢獻率為36%。各流域徑流突變年份都集中在2002—2006年，這也是洞庭湖流域洪澇和干旱災害多發期。

進入21世紀以來，在強烈的氣候變化和人類活動影響下，洞庭湖流域洪澇和干旱等極端氣候事件明顯增多，尤其是季節性的水文干旱愈演愈烈[16]。隨著干旱形勢的發展，整個洞庭湖流域及其4個子流域突變后的徑流量均有所下降，主要原因是流域降水減少且時空分布不均勻[17]。氣候變化對徑流量的影響主要通過降水量和潛在蒸散發量來反映，其中降水是洞庭湖流域內河流的主要補給形式，對流域水量豐枯有直接影響，潛在蒸散發量是通過多種氣象因子綜合計算得出的，能較好地反映氣候變化的整體特征。人類活動對徑流量的影響具有雙向性，如充分發揮河湖水利工程的攔洪補枯和抗災減災功能，有利于流域水資源合理配置，而經濟的快速發展又會進一步增加流域用水負擔。Huang等[18]研究表明洞庭湖水文干旱是自然環境演變的結果，三峽水庫蓄水雖然對洞庭湖水文干旱有影響，但并不是主要影響因素。肖鵬[19]根據水熱耦合平衡和水文模型分別計算了氣候變化和人類活動對洞庭湖流域徑流變化的影響，研究結果表明氣候變化是徑流減少的主要原因，而人類活動扮演著增加徑流的角色，兩種方法計算出的人類活動的絕對貢獻率分別為4%～24%和20%～31%，與表1中11%～38%的結果相差不大，但與人類活動對洞庭湖流域徑流變化影響不大的認識存在一定偏差，故仍需要進一步深入探討。洞庭湖流域的現代化建設顯著改變了下墊面條件，使湖區建設用地面積在20世紀90年代增長了9%[20]，耕地和林地轉化為建設用地使地表蒸發和入滲減少，進而導致產流量增加。據統計，湖南省1951—1998年間因破壞森林和水土流失造成森林和土壤兩大“天然蓄水庫”損失的蓄水量約為180億m3[21]，不合理的毀林造林和嚴重的水土流失極大地削弱了森林和土壤涵養水源的能力，從而促使徑流增加。由于人類活動的多樣性、不確定性以及數據的有限性，該研究并未就具體的人類活動加以區分，而是將所有的人類活動作為一個整體來研究其對流域徑流量變化的影響。

3 結論

（1）研究時段內（1985—2010年），洞庭湖流域的年降水量呈不顯著下降趨勢，下降速率為5 mm·a-1，而年潛在蒸散發量則呈顯著上升趨勢，上升速率為3 mm·a-1，且2002年為洞庭湖流域干濕交替變化的轉折期。

（2）通過徑流量累積距平分析和Mann-Kendall檢驗發現，洞庭湖流域及湘江、資水、沅江、澧水等子流域徑流量變化的突變點分別為2002、2002、2006、2005年和2005年，突變后相對于突變前分別減少了28、15、130、112、102 mm，流域干旱形勢更加嚴峻。

（3）徑流量變化定量分析方法揭示了氣候變化和人類活動對洞庭湖流域徑流量變化的影響結果和程度明顯不同，徑流量的減少主要受氣候變化的影響，其絕對貢獻率為64%。雖然人類活動起到補充徑流量的作用，但是與氣候變化的疊加影響整體上仍使徑流量減少，其絕對貢獻率為36%。

[1]Wang Y H,Liao W H,Ding Y,et al.Water resource spatiotemporal pattern evaluation of the upstream Yangtze River corresponding to climate changes[J].Quaternary International,2015,380/381：187-196.

[2]Pumo D,Caracciolo D,Viola F,et al.Climate change effects on the hydrological regime of small non-perennial river basins[J].Science of the Total Environment,2016,542：76-92.

[3]董磊華,熊立華,于坤霞,等.氣候變化與人類活動對水文影響的研究進展[J].水科學進展,2012,23（2）：278-285.

DONG Lei-hua,XIONG Li-hua,YU Kun-xia,et al.Research advances in effects of climate change and human activities on hydrology[J].Advances in Water Science,2012,23（2）：278-285.

[4]Serpa D,Nunes J P,Santos J,et al.Impacts of climate and land use changes on the hydrological and erosion processes of two contrasting Mediterranean catchments[J].Science of the Total Environment,2015, 538：64-77.

[5]Prasanna V.Regional climate change scenarios over South Asia in the CMIP5 coupled climate model simulations[J].Meteorology and Atmospheric Physics,2015,127（5）：561-578.

[6]Dore M H I.Climate change and changes in global precipitation patterns：What do we know?[J].Environment International,2005,31（8）：1167-1181.

[7]Barnett T P,Pierce D W,Hidalgo H G,et al.Human-induced changes in the hydrology of the western United States[J].Science,2008,319（5866）：1080-1083.

[8]王隨繼,閆云霞,顏明,等.皇甫川流域降水和人類活動對徑流量變化的貢獻率分析：累積量斜率變化率比較方法的提出及應用[J].地理學報,2012,67（3）：388-397.

WANG Sui-ji,YAN Yun-xia,YAN Ming,et al.Contributions of precipitation and human activities to the runoff change of the Huangfuchuan Drainage Basin：Application of comparative method of the slope changing ratio of cumulative quantity[J].Acta Geographica Sinica,2012, 67（3）：388-397.

[9]張曉婭,楊世倫.流域氣候變化和人類活動對長江徑流量影響的辨識（1956—2011）[J].長江流域資源與環境,2014,23（12）：1729-1739.

ZHANG Xiao-ya,YANG Shi-lun.Climatic and anthropogenic impacts on water discharge in the Yangtze River over the last 56 years（1956—2011）[J].Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2014,23（12）：1729-1739.

[10]Ye X C,Zhang Q,Liu J,et al.Distinguishing the relative impacts of climate change and human activities on variation of streamflow in the PoyangLakecatchment,China[J].JournalofHydrology,2013,494（12）：83-95.

[11]覃紅燕,謝永宏,鄒冬生.湖南四水入洞庭湖水沙演變及成因分析[J].地理科學,2012,32（5）：203-206.

QIN Hong-yan,XIE Yong-hong,ZOU Dong-sheng.Changes of runoff and sediment discharge into Dongting Lake from the four rivers in Hunan Province[J].Scientia Geographica Sinica,2012,32（5）：203-206.

[12]李景剛,李紀人,黃詩峰,等.基于TRMM數據和區域綜合Z指數的洞庭湖流域近10年旱澇特征分析[J].資源科學,2010,32（6）：1103-1110.

LI Jing-gang,LI Ji-ren,HUANG Shi-feng,et al.Characteristics of the recent 10-year flood/drought over the Dongting Lake basin based on TRMM precipitation data and regional integrated Z-Index[J].Resources Science,2010,32（6）：1103-1110.

[13]Tao H,Gemmer M,Bai Y G,et al.Trends of streamflow in the Tarim River Basin during the past 50 years：Human impact or climate change?[J].Journal of Hydrology,2011,400（1/2）：1-9.

[14]Zhang L,Dawes W R,Walker G R.Response of mean annual evapotranspiration to vegetation changes at catchment scale[J].Water Resources Research,2001,37（3）：701-708.

[15]Zhang Y F,Guan D X,Jin C J,et al.Analysis of impacts of climate variability and human activity on streamflow for a river basin in North-east China[J].Journal of Hydrology,2011,410（3/4）：239-247.

[16]孫占東,黃群,姜加虎,等.洞庭湖近年干旱與三峽蓄水影響分析[J].長江流域資源與環境,2015,24（2）：251-256.

SUN Zhan-dong,HUANG Qun,JIANG Jia-hu,et al.Recent hydrological droughts in Dongting Lake and its association with the operation of Three Gorges Reservoir[J].Resources and Environment in the Yangtze Basin,2015,24（2）：251-256.

[17]Wu X Y,Ding Y H,Ye C Z.Diagnostic analysis of persistent drought/ flood events in summer over the two-lake region of China[J].Journal of Tropical Meteorology,2013,19（3）：264-275.

[18]Huang Q,Sun Z D,Opp C,et al.Hydrological drought at Dongting Lake：Its detection,characterization,and challenges associated with Three Gorges Dam in central Yangtze,China[J].Water Resources Management,2014,28（15）：5377-5388.

[19]肖鵬.洞庭湖流域水資源演變歸因分析[D].北京：清華大學,2014.

XIAO Peng.Attribution of hydrological trend in Dongting Lake Basin [D].Beijing：Tsinghua University,2014.

[20]朱超洪,李仁東.洞庭湖區土地利用變化對地表產流的影響分析[J].長江流域資源與環境,2005,14（5）：566-569.

ZHU Chao-hong,LI Ren-dong.Impact of land use change on runoffyieldofDongtingLakearea[J].ResourcesandEnvironmentintheYangtze Basin,2005,14（5）：566-569.

[21]李景保,謝炳庚.論湖南水土流失對水旱致災能力的放大效應[J].水利學報,2000（8）：46-50.

LI Jing-bao,XIE Bing-geng.On amplification effect of soil erosion on disaster-causing capacity in Hunan Province[J].Journal of Hydraulic Engineering,2000（8）：46-50.

The research of runoff responses to climate change and human activities in the Dongting Lake catchment

CHENG Jun-xiang1,2,XU Li-gang1*,JIANG Jia-hu1,TAN Zhi-qiang1,YU Qi-wen3,FAN Hong-xiang1,2
（1.Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences,Nanjing Institute of Geography and Limnology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;3.Institute of Karst Geology,Chinese Academy of Geological Sciences,Guilin 541004,China）

Climate change and human activities are the two main factors that affect the hydrological processes and water resources in a catchment.The objective of the study is to distinguish the contribution of climate change and human activities on the variation of runoff in the Dongting Lake catchment.The daily hydro-climatic data from 1985—2010 were analyzed with the accumulated anomaly analysis method and the non-parametric Mann-Kendall test.The contribution of climate change and human activities on the change of runoff were calculated by the quantitative method.The whole period was divided into two sub-periods according to the breakpoint（period 1：before the breakpoint;period 2：after the breakpoint）.Compared to period 1,the runoff at the whole Dongting Lake catchment decreased by 28 mm with the four sub-catchments of Xiangjiang,Zishui,Yuanjiang and Lishui decreased by 15 mm,130 mm,112 mm and 102 mm respectively during period 2.The decrease of annual precipitation and the increase of annual potential evapotranspiration may account for the runoff change.Results showed that climate change was the main contributor for the decrease of runoff,accounting for 64%of the runoff change. The overall impacts of human activities and climate change may result in a decrease of catchment runoff despite of the potential increase of runoff caused by human activities.The study implies that the hydrological drought in the Dongting Lake catchment was mainly influenced by the natural factor such as climate change.

Dongting Lake catchment;hydrological response;climate change;human activities;contribution ratio

X524

A

1672-2043（2016）11-2146-08

10.11654/jaes.2016-0554

2016-04-20

國家科技支撐計劃課題（2014BAC09B02）；國家自然科學基金項目（41371121，41271034）；國土資源部巖溶生態系統與石漠化治理重點實驗室開放基金項目；鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室開放基金項目（PK2015008）

程俊翔（1991—），男，碩士研究生，主要從事水文與水資源研究。E-mail：chengjunxiang15@163.com

*通信作者：徐力剛E-mail：lgxu@niglas.ac.cn

程俊翔，徐力剛，姜加虎，等.洞庭湖流域徑流量對氣候變化和人類活動的響應研究[J].農業環境科學學報,2016,35（11）：2146-2153.

CHENG Jun-xiang,XU Li-gang,JIANG Jia-hu,et al.The research of runoff responses to climate change and human activities in the Dongting Lake catchment [J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（11）：2146-2153.