渭河源区径流变化特征及其归因分析

周伟业; 田鹏

doi:10.12335/2096-8981.2022072301

渭河源区径流变化特征及其归因分析

doi: 10.12335/2096-8981.2022072301

周伟业¹,
田鹏^2, ,

1.
西北农林科技大学水土保持研究所，陕西杨陵 712100
2.
西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨陵 712100

基金项目: 国家科技基础资源调查项目（2017FY100904）

详细信息

通讯作者:
E-mail：pengtian@nwsuaf.edu.cn

中图分类号: P333.1
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出版历程
- 收稿日期: 2022-07-23
- 修回日期: 2022-11-20
- 录用日期: 2022-12-07
- 网络出版日期: 2023-05-17
- 刊出日期: 2023-05-25

Attribution Analysis of Runoff Change in the Source Area of Weihe River

ZHOU Weiye¹,
TIAN Peng^{2
, ,}

1.
Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A & F University, Yangling 712100, Shanxi, China
2.
College of Natural Resources and Environment, Northwest A & F University, Yangling 712100, Shanxi, China

摘要

摘要: 受气候变化和人类活动的双重影响，渭河源区的径流日益减少。基于1975—2018年渭河源区武山水文站的水文资料及其周边3个气象站的气象资料，本研究采用Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线法以及Budyko假设的弹性系数法等多种方法，分析流域内的径流变化趋势及突变特征，揭示引起径流变化的驱动因素，并量化分析驱动因素的影响程度。研究结果表明，1975—2018年渭河源区年平均径流量为4.89亿 m³，呈现显著减小趋势；年降水量为467.43 mm，减少趋势不显著；潜在蒸散发量为811.39 mm，呈现显著增大趋势；渭河源区的径流突变年份发生在1993年。通过对渭河源区径流敏感性分析发现，径流对降雨的敏感性最强，其次是人类活动和潜在蒸散发量，且对三者的敏感性均呈现显著增大趋势。通过Budyko假设的弹性系数法发现，人类活动对径流变化的影响为主要因素，占径流变化量的54.09%，这是由于渭河源区大范围的退耕还林以及其他水土保持措施的实施，显著减少了地表径流的形成。
- 渭河源区 /
- 气候 /
- 人类活动 /
- 径流变化 /
- Budyko假设
Abstract: Influenced by climate change and human activities, runoff in the source region of Weihe River has been decreasing. Based on the hydrological data of Wushan Hydrological Station in the source area of Weihe River and the meteorological data of three meteorological stations around it from 1975 to 2018, this study used Mann-Kendall trend test method, double-mass curve method, and Budyko hypothesis elastic coefficient method to analyze the runoff change trend and mutation characteristics in the basin, to reveal the driving factors causing runoff change, and to quantitatively analyze the influence degree of driving factors. The results showed that the annual average runoff in the source area of Weihe River from 1975 to 2018 was 4.89 × 10⁸ m³, showing a significant decreasing trend. The precipitation was 467.43 mm, and the decreasing trend was not significant. Potential evapotranspiration was 811.39 mm, showing a significant increasing trend. The year of runoff mutation in the source region of Weihe River occurred in 1993. Through the analysis of runoff sensitivity in the source area of Weihe River, it has been found that runoff showed the most sensitive to rainfall, followed by human activities and potential evapotranspiration, and the sensitivity to the three showed a significant increasing trend. Through Budyko hypothesis elastic coefficient method, it has been found that the influence of human activities on runoff change was the main factor, accounting for 54.09% of the runoff change. This was due to the large-scale implementation of returning farmland to forest and other soil and water conservation measures in the source area of the Weihe River. The formation of surface runoff has been significantly reduced.
- Weiheyuan district /
- climate /
- human activities /
- runoff changes /
- Budyko hypothesis

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图 1 研究区地理位置

Figure 1. Geographic location, meteorological and hydrological stations of the research area

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图 2 武山水文站1975—2018年径流量变化趋势

Figure 2. Runoff change trend of Wushan hydrometric station from 1975 to 2018

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图 3 渭河源区1975—2018年降水量（a）与潜在蒸散发（b）变化趋势

Figure 3. Variation trend of precipitation (a) and potential evapotranspiration (b) in the source area of Weihe River source area from 1975 to 2018

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图 4 渭河源区1975—2018年累积径流量（a）与累积潜在蒸散发量（b）变化趋势

Figure 4. Variation trend of cumulative runoff (a) and cumulative potential evapotranspiration (b) in the source area of Weihe River from 1975 to 2018

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图 5 年降水量和年径流量的双累积曲线

Figure 5. Double mass curve of annual precipitation and annual runoff

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图 6 影响因子的弹性系数值变化趋势

Figure 6. Change trend of elastic coefficient value of influence factor

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表 1 研究区水文站和气象站数据

Table 1. Data of hydrological station and meteorological station

流域	水文站/气象站	经度（E）	纬度（N）	集水面积（km²）	水文年份
渭河源区	武山站	104°882′	34°7278′	8 080	1975—2018
	漳县	104°467′	34°8831′	—
	渭源	104°12′	35°08′	—
	陇西	104°65′	35°	—

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表 2 武山水文站1975—2018年径流量演变趋势

Table 2. Evolution trend of runoff of Wushan hydrometric station from 1975 to 2018

站点	差异系数	最大值（亿 m³）	最小值（亿 m³）	极值比	检验统计值（t检验）	显著性水平
武山站	0.51	10.769	1.127	9.554	−3.417	0.05

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表 3 径流量、降水量和潜在蒸散发量的M-K检验结果

Table 3. M-K test of runoff, precipitation and potential evapotranspiration

流域	径流量		降水量		潜在蒸散发量
流域	检验统计值	显著性水平	检验统计值	显著性水平	检验统计值	显著性水平
渭河源区	−3.338	0.05	−1.031	0.01	4.248	0.05

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表 4 渭河源区径流对影响因子的敏感性值分析

Table 4. Sensitivity value analysis of runoff in the source area of Weihe River to impact factors

流域	年份	ET₀（mm）	R（mm）	P（mm）	W	R/P	ET₀/P	弹性系数
流域	年份	ET₀（mm）	R（mm）	P（mm）	W	R/P	ET₀/P	e_p	$ {e}_{{ET}_{0}} $	e_W
渭河源区	1975—2018	821.65	55.52	477.46	2.31	0.11	1.77	2.92	−1.92	−2.01
	1975—1993	762.46	76.09	485.60	2.06	0.16	1.57	2.59	−1.59	−1.62
	1994—2018	866.64	39.90	471.27	2.50	0.08	1.90	3.17	−2.17	−2.30
注：R/P为径流系数；ET₀/P为干旱指数；e_p为降雨的弹性系数；$ {e}_{{ET}_{0}} $为潜在蒸散发的弹性系数；e_W为下垫面的弹性系数。

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表 5 弹性系数的M-K检验

Table 5. M-K test of elastic coefficient

弹性系数	检验统计值	显著性水平
降水量（e_p）	4.582	0.01（极显著）
下垫面特征（e_w）	−3.995	0.01（极显著）
潜在蒸散发量（e_ETo）	−4.612	0.01（极显著）

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表 6 渭河源区气候和人类活动对径流变化的影响

Table 6. Impact of climate and human activities on runoff change in the source area of Weihe River

流域	基准期	变化期	dR_p（mm）	dR_w（mm）	dR_ET0（mm）	dR（mm）	dR’（mm）	C_P（%）	C_W（%）	C_ET0（%）
渭河源区	1975—1993	1994—2018	−4.87	−21.69	−13.54	−31.19	−40.09	12.14	54.09	33.77
注：C_P表示降水贡献率；C_W表示人类活动贡献率；C_ET0表示潜在蒸散发贡献率。

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