降雨與人類活動對阿蓬江徑流變化的影響

彭暢　平妍容　吳亞玲

摘 要：本文采用MK法對阿蓬江1961-2016年徑流序列進行分析，發現阿蓬江徑流呈減小趨勢;通過采用累積距平過程和滑動t檢驗的方法分析濯河壩站降水徑流可能發生的突變點年份，并基于累積量斜率變化率比較方法，分析計算了徑流變化分別受降雨和人類活動影響的貢獻率。結果表明，與1961—1984年基準期相比，1984-2000年降水量和人類活動貢獻率分別為60.69%和39.31%，2000-2016年降水量和人類活動貢獻率為61.25%和38.75%。

關鍵詞：徑流變化;阿蓬江;降水;人類活動;貢獻率

中圖法分類號：P333? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2019.0411

隨著全球氣候變化和逐漸增強的人類活動影響，一些河流的徑流量發生了明顯減小的趨勢。張利茹等[1]認為黃河、海河、遼河等北方河流的實測徑流量減小較為明顯;張建云等[2]研究表明，近50年來珠江、長江有不同程度的小幅下降;劉波等[3]研究表明受氣候變化和人類活動的雙重影響，長江上游重慶段的年徑流量持續減少。

河流徑流量與生態需水量息息相關，徑流量的減小會引起未來生態環境供水不足、生態修復不理想等許多嚴峻問題。阿蓬江是烏江重要一級支流，具有豐富的生態濕地和風景旅游資源[4]。加強對阿蓬江生態濕地保護，充分發揮河流生態功能是阿蓬江流域非常重要的舉措。因此，通過查明阿蓬江徑流量的變化情況，并系統的分析引起徑流變化的原因和水資源演變規律的影響因素，為滿足阿蓬江水資源管理、健全生態環境保障體系、促進生態文明建設提供可靠實踐基礎。

隨著城市化進程加快，流域徑流變化已不是以往隨氣候變化表現出有規律的時間變化特征，而是在一定程度上疊加了人類活動的影響。學者們在定性分析氣候變化與人類活動對徑流量變化的影響上做了很多研究，但在定量分析氣候與人類活動對徑流量變化的貢獻率方面，目前研究還不多。本文采用MK法分析阿蓬江降水徑流變化規律，通過累積距平過程和滑動t檢驗法分析可能發生的突變點年份，并采用累積量斜率變化率比較法定量分析研究人類活動和氣候變化對徑流影響的貢獻率，揭示徑流變化的可能原因，為阿蓬江流域水資源和水生態管理提供一定的參考。

1? ?區域概況及研究方法

阿蓬江發源于湖北省利川市，為烏江下游右岸一級支流，全長249 km，全流域面積5 585 km2，平均比降1.89%，河口多年平均流量151m3/s。阿蓬江流域多年平均降水量為197.5mm，總量29.79億m3，屬次多雨區。降水量的季節分布，40%集中在夏季，冬季僅占5%左右，春季、秋季分別占29%和26%。

1.1? ?數據收集

研究選取阿蓬江濯河壩水文站為分析代表站，本次從重慶市水文監測總站收集1961—2016年長系列水文徑流數據，部分年份缺測資料采用降雨徑流相關關系查補，徑流數據真實可靠。降雨序列數據由阿蓬江及其鄰近流域的濯河壩、朝陽寺、黔江、小村、忠塘5個雨量站1961—2016年實測降雨資料按算術平均法計算得到。

1.2? ?研究方法

（1）Mann-Kendall法

MK統計檢驗方法[5-6]是一種非參數統計檢驗方法，由于最初由Mann和Kendall提出原理，用于檢測序列變化趨勢。其優點是不需要樣本遵從一定的分布，適用于類型變量和順序變量。

當給定顯著水平A后，可在正態分布表中查得臨界值，當時，拒絕假設，即序列的趨勢性顯著。

（2）累積距平法

累積距平法[7]是一種較常用的判斷變化趨勢的方法，同時通過對累積距平曲線的觀察，也可以劃分變化的階段性。對于時間序列X，其某一時刻的累積距平表示為：

（3）滑動t檢驗法

滑動t檢驗[8]是通過考察兩組樣本平均值的差異是否顯著來檢驗突變。對于樣本量為n的時間序列x，人為設置某一時刻為基準點，基準點前后兩子序列x1和x2的樣本，量分別為n1和n1，兩段子序列平均值分別為 和 ，方差分別為s12和s22。定義統計量：

給定顯著性水平α，查分布表得到臨界值tα，若|ti|>tα，則認為在基準點時刻出現了突變，否則認為基本點前后的兩段子序列均值無顯著差異。

（4）累積量斜率變化率比較法

累積量斜率變化率比較法[9]是假設累積徑流量—年份線性關系式的斜率在拐點前后兩個時期分別為SRb和SRa （單位都為：億 m3）;累積降水量—年份線性關系式的斜率在拐點前后兩個時期分別為 SPb和 SPa （單位都為：mm），則累積徑流量斜率變化率 （RSR：單位為%） 為：

2? ?結果與分析

2.1? ?徑流降水變化特征

本文采用MK法對濯河壩站作趨勢分析，序列結果如表1。給定顯著水平α=0.05，Uα/2=1.96則，結果表明，阿蓬江濯河壩站年徑流呈顯著減少趨勢，年降水量也顯著減少。

點繪濯河壩站1961—2016年徑流量、降雨量年際變化以及5點滑動平均值變化特征如圖1、圖2也可以看出，多年來徑流量、降水量呈逐漸偏小狀態，20世紀80年代中期以前，徑流量整體較均值偏大，20世紀80年代中期至20世紀90年代中期在均值附近浮動，20世紀90年代中期以后徑流較均值偏小明顯。降雨過程與徑流過程基本一致。結果與趨勢分析結果一致。

2.2? ?徑流量與降水量突變分析

本文主要采用累積距平過程對降水量、徑流量進行突變年份分析，并選用滑動t檢驗（5點滑動）方法對其進行檢驗。根據降雨、徑流累積距平過程分析表明（圖3），1984年和2000年徑流發生了明顯轉折，為徑流突變年份。利用滑動t檢驗（圖4）方法進行驗證表明，濯河壩站年徑流量、降水量2000年、1984年統計值超過顯著性水平，說明2000年、1984前后年徑流量、降水量變化發生較大改變，2000年較1984年突變更加明顯。滑動t檢驗檢測結果與累積距平分析結果一致，阿蓬江流域濯河壩站徑流降水發生突變的可能年份認為是1984年、2000年（見圖5）。

2.3? ?突變年份分割時期的徑流量、降水量與年份之間的關系

根據可能發生突變年份將徑流量、降水量變化劃分為3個時段，時段1：1961—1984、時段2：1984-2000、時段3：2000-2016。阿蓬江流域在20世紀80年代以前，人類活動相對輕微，突變點1984反映了之前徑流量變化主要受到降水量變化的影響，可以將1961—1984年看作基準時期。通過劃分的時段建立不同時段累積徑流量、累積降水量與年份之間的關系，分別擬合出線性關系式。見表2和圖6a、圖6b。

上述各關系式的擬合程度都非常高，相關系數R都在0.997以上。

2.4? ?降水量和人類活動對徑流量減小的貢獻率分析

從表3看出，時段2與時段1相比，累積徑流量斜率減少4.812億m3，減小率為13.99%。同時期累積降水量斜率減少119.0mm，減小率為8.49%，根據公式 （6）、（7）計算結果可知（見表4），與基準期相比，1984-2000年降水量對徑流量貢獻率為60.69%，而人類活動對徑流量貢獻率為39.31%。

時段3與時段1相比，累積徑流量斜率減少8.239億m3，減少率為23.95%，同時期相比，累積降水量斜率減少205.5mm，減少率為14.67%，根據公式 （6）、（7）計算結果表明（見表4），與基準期相比，2000-2016年降水量對徑流量貢獻率為61.25%，而人類活動對徑流量減小的貢獻率為38.75%。

綜合以上分析結果表明，1984—2000年、2000—2016年降水量貢獻率分別為60.69%、61.25%，人類活動貢獻率分別為39.31%、38.75%。兩個時期徑流變化受氣候和人類活動共同作用影響，但均受氣候變化影響占主導地位。

20世紀80—90年代，人類活動漸強，亂砍亂伐引起下墊面變化導致水土流失[10]，阿蓬江流域此時正處于水電開發的初期，陸續建成并投入運行了大河口、朝陽寺等多座不完全年調節水庫，人類活動的加劇和下墊面條件改變對徑流變化有著一定影響。鄔玉琴[11] 對烏江流域降雨特征分析時表明烏江流域1956—2014年中有3個顯著少雨期，即1957—1962，1984—1990和2008—2014年，顯著少雨期給徑流減小帶來了較大影響。邵駿[12]等通過對烏江流域徑流變化趨勢及成因分析發現，氣候變化對烏江流域年徑流量影響占主導地位，其次是下墊面及人類活動影響，其中降水和下墊面、人類活動變化導致徑流深減少貢獻率分別為62.2%和37.8%。這些都表明雖人類活動對徑流有一定影響，但降水變化對徑流的影響更為敏感，直接改變著徑流量，與本次分析結果無背離。

2000—2016年降水量貢獻率由60.69%增加至61.25%，人類活動貢獻率由39.31%減少至38.75%。1999年國家開始實施退耕還林還草，加大水土保持力度，2000年后受此影響，人類活動引起徑流減少的情況有所改善。同時，鄔玉琴[11]等表明3個顯著少雨期中2009、2011和2013年降雨量偏少較多在340mm以上，表明2000年以后降水偏小非常明顯，降水減小對徑流減小的影響程度更加顯著。

3? ?主要結論與討論

（1）采用MK法對阿蓬江濯河壩站進行趨勢分析，認為阿蓬江流域年徑流、年降水均呈顯著減少趨勢。

（2）本研究結果揭示了阿蓬江1961年以來徑流量的變化趨勢及其主要影響因素的貢獻率，對于阿蓬江新時期水資源管理、促進經濟社會可持續發展和生態文明建設提供可靠實踐基礎。但氣候變化及人類活動對河川徑流影響機制十分復雜，定量分析有一定不確定性。本文在研究時將氣候因素簡化為降水量，未考慮蒸散發對徑流的影響;將引水、水庫、水土保持措施等各人類活動概為綜合人類活動影響。在以后研究中，還需要通過建立水文模型等方式，從物理成因機理上深入分析阿蓬江產匯流機制，并分析研究徑流變化規律及原因，并進一步驗證計算結果的合理性。

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