1955_2010年松花江流域不同区段径流量变化影响因素定量评估_王彦君

第33卷第1期2014年1月地理科学进展Progress in GeographyV ol.33,No.1Jan.2014收稿日期：2013-10；修订日期：2013-12。

基金项目：国家自然科学基金项目(41271027)；国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2010CB428404)。

作者简介：王彦君(1989-)，女，河北邢台人，硕士生，主要研究方向为河流水文学、河流地貌学，E-mail:wangyj.11s@ 。

通讯作者：王随继(1966-)，甘肃静宁人，副研究员，主要从事河流地貌学与河流沉积学研究，E-mail:wangsj@ 。

065-075页1引言全球变化通过加速大气环流和水循环，在一定程度上改变了区域水资源的时空分布，进而加剧了旱涝灾害和区域水资源的供需矛盾，影响区域水资源的可持续利用(黄荣辉等,2010;张建云等,2009)。

径流量受气候、地形、土壤、土地利用覆被以及水利工程等多重影响，是流域对全球变化和人类活动影响的综合反映。

为此相继开展了大量有关径流量对气候变化和人类活动响应的研究(Hao et al,2008;Li et al,2007;Wang et al,2009;孟德娟等,2013;奚秀梅等,2013;姚治君等,2003)。

中国作为世界上人口最多的发展中国家，径流变化对国家发展有着重要的影响，旱涝灾害给人民的财产安全和国家经济造成了严重损失(刘彤等,2011)。

目前已对黄河、长江径流量的变化开展了大量研究(Chen et al,2001;Zhao et al,2009;曹建廷等,2007;孔岩等,2012)。

尤其在人类活动贡献率方面进行了许多有益的探讨，逐渐从定性分析过渡到定量研究阶段。

例如，有关黄河中游近30年来人类活动对径流量变化的影响程度，以前认为小于降水量的影响(李春晖等,2009)，后来通过多元统计分析，认为接近于降水量的影响(Xu,2011)，近年来根据累积量斜率变化率方法的研究结果为：人类活动对径流量变化的影响程度达到80%左右，表明人类活动成为研究区影响径流量变化的最主要因素(Wang et al,2012;王随继等,2013)。

松花江流域作为中国重要的工农业生产基地，近年来随着人口的不断增加以及工农业和城市化的快速发展，由于农业灌溉引水和修建水利工程等，使得水循环要素的时空分布特征以及水量、水质都发生了明显变化，引起了湿地退化、水土流失、洪涝灾害频发等一系列的生态环境问题(陈静生等,1999;金春久等,1999;王金龙等,2009)。

虽然1955-2010年松花江流域不同区段径流量变化影响因素定量评估王彦君1,2，王随继1，苏腾1,2(1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101；2.中国科学院大学，北京100049)摘要：为了定量区分气候变化和人类活动对松花江流域不同区段径流量变化的影响程度，应用线性趋势分析、累积距平等方法，对流域内4个不同区段1955-2010年径流量序列进行分析，揭示了径流量在各区段呈现不同的规律。

其中江桥以上、江桥—大赉和哈尔滨—佳木斯3个区段各存在3个突变点以及被其分割的4个变化阶段，而大赉—哈尔滨区段只有一个突变点。

应用累积量斜率变化率比较方法，在不考虑蒸散的情况下，定量估算了不同阶段降水和人类活动对径流量的影响程度，并探讨了主要人类活动因素的影响。

结果表明：与基准期(T 1)相比，人类活动对径流量的变化起着主导作用，其中江桥以上、江桥—大赉和哈尔滨—佳木斯3个区段人类活动对径流量变化的影响程度在T 2、T 3、T 4(1998-2010年)3个阶段分别为75%、95%和80%；而降水的影响程度分别为25%、5%和20%；大赉—哈尔滨区段T 2时期降水和人类活动对径流的影响程度分别为25%和75%；主要与不同区段人口变动和水利工程修建这两项人类活动相关。

关键词：径流变化；突变年份；降水量；人类活动；松花江流域doi:10.11820/dlkxjz.2014.01.008中图分类号：K903文献标识码：A地理科学进展第33卷前人对松花江流域径流量已开展了一定的研究(Feng et al,2011;Miao et al,2011;宋小燕等,2009;徐东霞等,2009)，但很少涉及气候变化和人类活动对径流量变化影响程度的定量估算。

基于此，本文利用累积量斜率变化率方法，对松花江流域4个主要区段内径流量变化的气候和人类活动的影响程度进行了估算，以期为松花江流域的治理和水资源可持续利用及管理提供科学依据。

2数据与方法2.1研究区概况松花江流域是中国七大流域之一，位于东北地区的北部(119°52′~132°31′E、41°42′~51°38′N)，干流全长2309km，流域面积55.68万km2，是黑龙江最大的支流(图1)。

有南、北两源，南源为第二松花江，北源为嫩江。

北源嫩江发源于黑龙江省大兴安岭伊勒呼里山中段南侧的南瓮河，全长1379km，流域面积28.3万km2，占松花江总流域面积的51.9%，流量占松花江干流的31%。

南源发源于长白山主峰白头山天池，河源海拔高程2744m，全长795 km，流域面积78180km2，占松花江流域总面积的14.3%，贡献松花江干流水量的39%。

嫩江与第二松花江在吉林省扶余县的三岔河附近汇合，干流东流至同江附近注入黑龙江(宋小燕,2010)。

松花江流域多年平均气温在3~5℃之间，年较差较大，7月份日平均温可达20~25℃，1月份在-20℃以下。

多年平均降水量500mm左右，其中东南部山区降水可达700~800mm，西部地区只有图1松花江流域不同区段分布及气象站位置Fig.1Locations of different sections and meteorological stations in and around the Songhua River Basin66卷第1期王彦君等：1955-2010年松花江流域不同区段径流量变化影响因素定量评估400mm，整体呈现从东南向西北递减的趋势。

流域西部为大兴安岭，北部为小兴安岭，东部和东南部为完达山脉和长白山脉，西南部的丘陵地带是松花江与辽河的分水岭，中部为松嫩平原。

流域内山区占42.7%，丘陵区占29.1%，平原占27.4%，其他占0.8%。

松花江主要流经黑龙江、吉林两省和内蒙古自治区的东北部，其中黑龙江省境内的流域面积占整个流域面积的48.5%，吉林省占流域面积的24%，内蒙古自治区境内约占28%。

2.2数据来源本研究涉及松花江干流江桥、大赉、哈尔滨及佳木斯4个水文站，其中前两站位于嫩江，后两站位于第二松花江汇流后的下游段，据此将松花江流域佳木斯以上河段分为江桥以上、江桥—大赉、大赉—哈尔滨、哈尔滨—佳木斯4个不同的汇流区段(图1)，其中江桥—大赉区段汇流面积仅为59146 km2，其他3个区段汇流面积均在15万km2左右(表1)。

径流量数据序列长度为1955-2010年，数据来源为《黑龙江流域水文资料》(中华人民共和国水利部水文局)与《松花江流域泥沙公报2009》(http:// /slwslsldt/)。

研究总计涉及61个气象站(其中16个位于流域外)的降水资料。

气象站点1955年为36个，1960年增加到55个，1988年后增加到60个左右，数据来源于中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.cma. /home.do)。

利用ArcGIS9.3克里格(Kriging)插值方法，得到上述时期不同区段汇流面积内的面平均年降水量。

其他人口和水利建设相关数据来源于《中国水利年鉴》、《黑龙江统计年鉴》和《吉林统计年鉴》。

2.3研究方法首先分别应用趋势线分析法和累积距平法分析不同区段径流量的变化趋势，并识别径流量时间序列的突变点，其中累积距平方法判断突变点的机理和依据在前人文献中已有详细介绍(Ran et al, 2010)。

然后，采用累积量斜率变化率分析方法(SCRCQ)(Wang et al,2012;王随继等,2012,2013)定量分析不同区段径流量变化过程中气候变化和人类活动的影响程度，并探讨不同人类活动对径流影响的阶段性变化。

累积量斜率变化率分析方法的原理有关文献中已有详细说明(Wang et al,2012;王随继等,2012, 2013)。

其核心是将变量所有影响因素的总和大小定义为1，根据各影响因素随时间累积的斜率变化率占变量累积斜率变化率的比值，来推求其对变量的影响程度。

该方法的计算过程简述如下。

假定在累积径流量变化的某个拐点年份前后，年份与累积径流量之间线性拟合方程的斜率分别为S R2和S R1(单位为108m3/a)；年份与累积降水量之间线性拟合方程的斜率分别为S P2和S P1(单位为mm/ a)，则降水对径流量变化的贡献率(C P，单位%)可以表示为：C P=100×[(S P1-S P2)/|S P2|]/[(S R1-S R2)/|S R2|](1)同样，拐点前后年份与累积蒸散发之间线性拟合方程的斜率分别为S E2和S E1(单位为mm/a),则蒸散发对径流量变化的贡献率(C E，单位%)可表示为：C E=-100×[(S E1-S E2)/|S E2|]/[(S R1-S R2)/|S R2|](2)基于水量平衡原理，人类活动对径流量减少的贡献率C H(单位%)为：C H=100-C P-C E-C G(3)式中：C G为地下水对径流量的影响。

根据Meng等(2012)对松花江径流量变化的研究，蒸发量对径流量的影响很小，同时由于研究区长系列持续观测的蒸散量数据难以获得，因此本文未考虑蒸散对径流量的影响。

同时，地下水主要通过改变径流的年内分配来影响产流量，其对年际尺度上径流的影响可忽略不计。

因此松花江径流量变化的主控因素可以归结为降水量和人类活动。

由此，(3)式可简化为：C H=100-C P。

表1松花江流域不同区段年径流特征值Tab.1Eigenvalues of annual runoff in different sections of the Songhua River67地理科学进展第33卷3结果与分析3.1区段径流量年际变化及趋势分析图2为松花江干流江桥以上、江桥—大赉、大赉—哈尔滨及哈尔滨—佳木斯4个不同区段径流量年际变化过程曲线。

其中江桥以上区段年径流量多年平均值为202.44亿m3，除1998年特大值外，其他年份年际波动性较小；江桥—大赉区段因为汇流面积小，且无较大支流的汇入，年径流量很小，多年平均值仅为3.47亿m3，加之人类对水资源开发利用强度增大，1999年以来，该区段径流量持续小于0；大赉—哈尔滨和哈尔滨—佳木斯两个区段年径流量的多年平均值分别为200.57亿m3、225.28亿m3，两个区段年径流量同步性较好，波动性不大。