劉惠英， 高強(qiáng)

(1.南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)學(xué)院，330099，南昌；2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，210098，南京；3.長江科學(xué)院水土保持研究所，430010，武漢)

三峽庫區(qū)龍河流域水沙關(guān)系驅(qū)動因子貢獻(xiàn)率分析

劉惠英1， 高強(qiáng)2，3

(1.南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)學(xué)院，330099，南昌；2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，210098，南京；3.長江科學(xué)院水土保持研究所，430010，武漢)

為揭示三峽庫區(qū)輸沙量急劇減小過程中，自然因素和人類活動的相對貢獻(xiàn)率，以庫區(qū)腹心地帶的龍河流域為研究對象，利用1963—2010年流域日降雨和年輸沙資料，借助通用土壤流失方程、降雨侵蝕力簡易模型和Pettitt檢驗等方法，計算流域年降雨量、年降雨侵蝕力和年輸沙量的變化趨勢和突變，并以降雨侵蝕力為自然因素代表，采用雙累積曲線法分析自然因素和人類活動在龍河流域水沙關(guān)系變化中的相對貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明：以1963—1981年為基準(zhǔn)期，在1982—1990年、1991—1999年和2000—2010年3個時段，人類活動對龍河流域水沙關(guān)系變化的貢獻(xiàn)率分別為106.5%、78.4%和67.8%；以降雨量作為自然因子時，1982—1990年、1991—1999年和2000—2010年3個時段人類活動對龍河流域水沙關(guān)系變化的貢獻(xiàn)率則為99.7%、97.1和85.9%。研究表明，水土保持和水利工程建設(shè)等人類活動對龍河流域輸沙量變化影響顯著，研究結(jié)果對于準(zhǔn)確評價流域水土保持效益具有重要的指導(dǎo)意義。

水沙關(guān)系； 龍河流域； 人類活動貢獻(xiàn)率； 降雨侵蝕力； 雙累積曲線

水土流失是當(dāng)今世界普遍關(guān)注的重大生態(tài)問題之一，是我國首要的環(huán)境問題。全國第一次水利普查數(shù)據(jù)顯示，我國土壤侵蝕總面積(水蝕和風(fēng)蝕)294.91萬km2，占國土面積的31.12%。而土壤流失與產(chǎn)沙的研究是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其不僅受自然因素制約和人類活動的干擾，且侵蝕產(chǎn)沙的各個影響因素之間也存在著錯綜復(fù)雜的相互作用。

三峽庫區(qū)支流是庫區(qū)泥沙及非點(diǎn)源污染物重要來源區(qū)域之一，對水庫淤積和水質(zhì)都有直接的影響[1-3]。三峽庫區(qū)是長江上游四大重點(diǎn)水土保護(hù)片區(qū)之一，我國政府已將該區(qū)列為全國水土流失重點(diǎn)防治區(qū)。龍河流域所處區(qū)域是我國生物多樣性重要區(qū)域之一。因庫區(qū)移民以及搬遷對土地擾動強(qiáng)烈，流域內(nèi)水土流失受人類活動影響較大，進(jìn)而對流域水沙關(guān)系產(chǎn)生顯著的影響。自1989年以來，流域內(nèi)相繼實施了包括“長江上游水土保持重點(diǎn)防治工程”(簡稱“長治工程”)、“天然林資源保護(hù)工程”(簡稱“天保工程”)及“退耕還林還草工程”，這些工程及水電開發(fā)使流域下墊面以及流域產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律都發(fā)生了顯著的變化[4-10]。以往對該流域的研究多集中在流域生態(tài)需水、流域生態(tài)健康及安全評價等方面，對流域水沙關(guān)系變化都未涉及[11-13]。查明水沙關(guān)系變化特征、趨勢以及自然因素和人類活動對流域水沙關(guān)系的影響程度，對于揭示三峽水庫區(qū)間土壤侵蝕產(chǎn)沙機(jī)制、影響因素和變化趨勢、水土流失治理成效、減緩庫區(qū)泥沙淤積和延長水庫使用壽命等方面具有重大而深遠(yuǎn)的實際意義。

流域水沙關(guān)系受到自然因素和人類活動的雙重影響[4-15]。以往研究[4-9]多針對長江上游及其支流的水沙關(guān)系變化及人類活動發(fā)揮的作用。在研究流域水沙關(guān)系變化驅(qū)動因素時，研究者多將自然因素的代表定為降雨量[5,14-15]，并直接將降雨量和輸沙量建立聯(lián)系來分析降雨和人類活動對輸沙關(guān)系的影響程度；但從通用土壤流失方程(USLE)來看，土壤流失量與降雨侵蝕力直接有關(guān)而非降雨量。雖然很多研究證明降雨侵蝕力是與降雨量有關(guān)的函數(shù)，但是將降雨量直接作為自然因素代表來分析其對水沙關(guān)系貢獻(xiàn)率結(jié)果的準(zhǔn)確性須商榷。為深刻認(rèn)識以上問題，本研究以USLE為研究的理論基礎(chǔ)，借助雙累積曲線法，以降雨侵蝕力為自然因子代表，結(jié)合被廣泛使用的降雨侵蝕力簡易模型對龍河流域1963—2010年的輸沙量變化及自然和人類活動對水沙關(guān)系的影響程度進(jìn)行分析。

1 研究區(qū)概況

龍河流域(E 107°37′～108°40′，N 29°33′～30°17′)位于三峽庫區(qū)腹心地帶，是長江右岸的一級支流。地勢總體為西北低而東南高，呈明顯的起伏式下降。流域涉及石柱縣和豐都縣共28個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。地形以山地為主，是三峽庫區(qū)的重點(diǎn)治理區(qū)之一。龍河流域總面積2 910.0 km2，干流長140.0 km，平均坡降4.8‰。石柱縣境內(nèi)干流長80.6 km，流域面積1 485.0 km2，多年平均流量28 m3/s。流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，季節(jié)變化明顯[10-13]。流域降雨量多年平均值為1 394 mm，暴雨(日降雨量>50 mm)日多集中于5月至9月，次暴雨的歷時大多在24 h左右，實測最大24 h雨量為326.9 mm(悅來場站，1982年7月16日08時至17日08時)。多年平均氣溫為16.5 ℃，極端最高和最低氣溫分別為40.2 ℃和-4.7 ℃。

流域內(nèi)高海拔區(qū)植被較好，河谷附近植被較差。懸移質(zhì)泥沙主要來自流域內(nèi)大面積表土沖刷，推移質(zhì)則主要來自支溝滑坡與泥石流。流域土地利用類型主要是耕地、林地、草地及建設(shè)用地，所占比例分別為28.0%、38.8%、9.9%和6.7%。流域共有小水庫、小水電站70多座。近年建設(shè)的藤子溝、萬勝壩、老鴰石和龍地壩4個大中型水庫總庫容達(dá)到了3.8億m3。流域面積大，河床小，地形地貌、自然地質(zhì)條件復(fù)雜及庫區(qū)移民安置和城市搬遷等人為土地擾動，導(dǎo)致龍河流域的土壤侵蝕加重。流域坡耕地面積占比較大(30%)，受地理條件及河流特性的影響，生態(tài)系統(tǒng)各個要素之間失去了平衡。嚴(yán)重的水土流失，使得植被和土壤對小氣候調(diào)節(jié)的功能被削弱，加劇了自然災(zāi)害的危害。同時大量的水土泥沙通過龍河間接進(jìn)入長江生態(tài)系統(tǒng)，對長江流域的生態(tài)系統(tǒng)平衡起到較大的破壞作用。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

石柱水文站位于重慶市石柱縣南賓鎮(zhèn)(E 108°08′，N 30°00′)。自1963年開始進(jìn)行泥沙監(jiān)測，是三峽庫區(qū)支流中泥沙監(jiān)測歷史最長的站點(diǎn)，具有相當(dāng)重要的典型性和代表性。該站集水面積898 km2，為區(qū)域代表站，屬國家基本水文站網(wǎng)。石柱水文站以上共有6個雨量站(圖1和表1)。本文所用降雨和泥沙基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均來自長江水利委員會編撰的水文年鑒。文中所用降雨量和降雨侵蝕力為流域內(nèi)石柱及以上6個雨量站按泰森多邊形計算所得。

圖1 龍河流域地理位置圖Fig.1 Location of the Longhe River watershed

表1 龍河流域雨量站位置信息和年降雨特征

2.2 分析方法

2.2.1 通用土壤流失方程 USLE方程：W=RKLSCP。式中：W為多年平均土壤流失量，t/ha；R、K、L、S、C和P分別為降雨侵蝕力因子、土壤因子、坡長因子、坡度因子、植被因子和管理因子。該方程雖基于坡面提出，但在實際中被廣泛的應(yīng)用在流域或者區(qū)域尺度中來估算年土壤流失量。對方程各影響因子作以下處理：降雨侵蝕力因子R通常隨時間變化，可看作自然因子代表；K被認(rèn)為和土壤性質(zhì)有關(guān)，隨時間變化緩慢，可認(rèn)為是定值；L和S一般變化較小，但是因流域內(nèi)各種工程措施如“坡地改梯田”等的影響，會使其發(fā)生明顯變化，為便于研究，也可將L、S看成定值，兩者的變化可以被歸結(jié)到C、P中去；C和P因受人類活動影響較大，劃分成人類活動影響因子。據(jù)此，土壤流失量的影響因子可分成自然因子和人類活動影響因子2類。令M=KLS，H=CP，則USLE方程可簡化為：W(t)=MR(t)H(t)，式中t為時間。繼續(xù)令F=R(t)H(t)，對W求全微分，

(1)

將式(1)微分化成差分方程

(2)

式中：ΔW、ΔR和ΔH分別為流域在某單位時段內(nèi)輸沙、降雨侵蝕力和人類活動的變化量；降雨和人類活動對流域輸沙變化的貢獻(xiàn)率可分別表示為：

(3)

(4)

式中CR和CH分別為降雨和人類活動對流域輸沙變化的貢獻(xiàn)率。

2.2.2 侵蝕力計算方法 在計算R時，侵蝕性降雨多采用降雨量標(biāo)準(zhǔn)。國外侵蝕性降雨多取日降雨量12.7 mm/d；在我國由于研究區(qū)域不同，侵蝕性降雨有多個標(biāo)準(zhǔn)，普遍采用的日侵蝕性降雨為12 mm/d和10 mm/d。為便于成果對照，本文將侵蝕性日降雨量標(biāo)準(zhǔn)定為12 mm/d。算法采用半月時段計算模型[16]來計算：

(5)

式中:Rk,semi-month為第k個半月的降雨侵蝕力，MJ·mm/ha·h；Pdk為第k個半月的侵蝕性日降雨量，mm/d；j為第k個半月的日數(shù)，j=13，14，15，16；a和b是反映當(dāng)?shù)亟涤晏卣鞯哪Ｐ蛥?shù)，計算公式如下：

(6)

a=21.586b-7.189 1。

(7)

式中Pd12和Py12分別為日降雨量≥12 mm的日平均雨量及年平均雨量。

2.2.3 Pettitt突變檢測 Pettitt突變點(diǎn)檢測方法是Pettitt在1979年提出的一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，該方法不僅能夠判斷序列中突變點(diǎn)的位置，還能判斷這些突變點(diǎn)是否在統(tǒng)計意義上顯著。計算步驟為：對于長度為n的時間序列{X1，X2，…，Xn}，定義統(tǒng)計量

(8)

(9)

式中α為顯著性水平。原假設(shè)H0為序列不存在突變點(diǎn)，若滿足K≥Kα則認(rèn)為在顯著性水平α?xí)r檢測出的突變點(diǎn)在統(tǒng)計意義上是顯著的[17-18]。

2.2.4 雙累積曲線 雙累積曲線(Double Mass Curve，簡稱DMC)是目前用于水文氣象要素一致性或長期演變趨勢分析中最簡單、最直觀、最廣泛的方法，最早由學(xué)者M(jìn)erriam于1937年用于美國Susquehanna流域降雨資料的一致性分析，Langbein對其做了理論解釋，自1948年一直被美國地質(zhì)調(diào)查局所使用[19-21]。我國學(xué)者對雙累積曲線的應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題也進(jìn)行了一定的探討，具體做法參照文獻(xiàn)[14，22]。

3 結(jié)果分析

3.1 降雨量、降雨侵蝕力、徑流量和輸沙量的年變化特征

如圖2所示，龍河流域1963—2010年均降雨量為1 180.0 mm/a，變差系數(shù)為0.17，降雨極值比為2.5。流域多年平均降雨侵蝕力為5 529.9 MJ·mm/(hm2·h·a)，變差系數(shù)為0.34，極值比為5.53，年際間徑流變化懸殊，大于降雨量的極值比和變差系數(shù)。就流域降雨侵蝕力年代特征來看，20世紀(jì)90年代最大，為6 312.5 MJ·mm/(hm2·h·a)，2000年后侵蝕力最小，為4 391.7 MJ·mm/(hm2·h·a)，比90年代減小30.4%。流域多年平均徑流量為6.1億m3，多年變差系數(shù)為0.27，年極大值與極小值的比值接近5。

龍河流域多年平均輸沙量為51.3萬t，變差系數(shù)為1.7，屬于強(qiáng)變異，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨、徑流和侵蝕力的變化，輸沙極值比達(dá)到了432.4，分別是侵蝕力極值比的78倍、徑流的89倍和降雨的174倍。輸沙量年代特征中，以20世紀(jì)80年代的均值最大，2000年后的均值最小，前者是后者的9倍；同時20世紀(jì)80年代年輸沙量的變差系數(shù)為1.3，是整個時段的最大值，而20世紀(jì)70年代輸沙量變差系數(shù)為0.5是最小值。

圖2 龍河流域1963—2010年降雨量和輸沙量變化Fig.2 Annual precipitation and sediment at Shizhu station in the Longhe River watershed during 1963—2010

流域降雨、降雨侵蝕力、徑流量的變化趨勢不明顯，而年輸沙量有明顯的先增大后減小特點(diǎn)。龍河流域是典型的山地流域，山區(qū)植被相對較好，河流含沙量自上而下逐漸增加。龍河流域懸移質(zhì)含沙量的年內(nèi)變化，主要受降雨和徑流變化影響。流域在1982年輸沙達(dá)482.2萬t，為有記錄以來的最大值；當(dāng)年發(fā)生了70年一遇洪水，年降雨量為1 853 mm； 1982—1984連續(xù)3年產(chǎn)沙量均超過80萬t/a，3年產(chǎn)沙量總和663.7萬t，比1963—1990連續(xù)28年產(chǎn)沙量總和的1/3還多。2000年后尤其是2007年以后，年產(chǎn)沙量減小顯著，2008—2010連續(xù)3年產(chǎn)沙量總和僅為6.3萬t，僅占2001—2010連續(xù)10年產(chǎn)沙量總和的11.3%。

3.2 年降雨、降雨侵蝕力和年輸沙突變分析

對龍河流域降雨、侵蝕力和輸沙序列進(jìn)行Pettitt檢驗(圖3)。依據(jù)檢驗方法，流域降雨在1982年，流域降雨侵蝕力在2000年，流域輸沙在1990年均發(fā)生了突變。其中流域輸沙的突變超過了α=0.01顯著性水平，降雨突變超過了α=0.10顯著性水平，年降雨侵蝕力突變的不顯著，故以1982年、1990年和2000年作為分段點(diǎn)。

圖3 龍河流域年降雨量、年降雨侵蝕力和年輸沙量的Pettitt檢驗圖Fig.3 Pettitt detection of annual precipitation, rainfall erosivity and sediment load in the Longhe River watershed

一般情況下，流域水沙特性如發(fā)生系統(tǒng)變化，在水沙雙累積關(guān)系線上將表現(xiàn)出明顯的轉(zhuǎn)折，即累積曲線斜率會發(fā)生明顯變化，據(jù)此判斷其是否受人類活動影響[9-10]。本文采用降雨侵蝕力因子作為自然因子的代表，研究龍河流域水沙變化的驅(qū)動因子，建立龍河流域降雨侵蝕力—輸沙的雙累積曲線并擬合各時段曲線方程(圖4)。雙累積曲線表明輸沙量存在明顯的階段性特征，各段線形擬合方程的相關(guān)系數(shù)均通過了顯著性檢驗。

圖4 龍河流域年降雨侵蝕力—輸沙量雙累積曲線變化趨勢及拐點(diǎn)Fig.4 Trend of double cumulative curve of rainfall erosivity-sediment and mutation points of the Longhe River watershed

各時段累積降雨侵蝕力與累積輸沙量關(guān)系如下：

1963—1981:Y=0.007X-24.0，R2=0.996，P<0.001；

(10)

1982—1990:Y=0.009X+192.8，R2=0.983，P<0.001；

(11)

1991—1999:Y=0.009X+171.8，R2=0.986，P<0.001；

(12)

2000—1010:Y=0.002X+1 719；R2=0.973，P<0.001。

(13)

式中：X為累積降雨侵蝕力，MJ·mm/(hm2·h·a)；Y為累積輸沙量，萬t。

3.3 輸沙量變化特征及驅(qū)動因子貢獻(xiàn)率計算

將影響流域產(chǎn)沙量變化的自然因素簡化為降水導(dǎo)致的降雨侵蝕力，非自然因素歸結(jié)為人類活動。人類活動的影響有多種方面，包括引水、水庫和淤地壩攔水、水土保持措施的實施等。該流域分項水土保持措施的年數(shù)值難以完全收集，此外一些統(tǒng)計失實，難以進(jìn)行單項水土保持措施的歸因分析，故這里僅討論人類活動的綜合影響在輸沙量變化中的貢獻(xiàn)率。

龍河流域在20世紀(jì)70年代后期雖有人們砍林開荒等擾動破壞，但通過比較發(fā)現(xiàn)，在1963—1981年間年輸沙量的變差系數(shù)為0.53，與1963—2010年變差系數(shù)1.7相比小很多；同時在1963—1972年、1973—1981年、1978—1981和1963—1981年4個時段年均輸沙量分別為36.9萬t/a、43.9萬t/a 、38.5萬t/a 和40.2萬t/a，各時段年輸沙變化均較?。汗式Y(jié)合流域?qū)嶋H，將人類活動影響較小的1963—1981年定為基準(zhǔn)期，分別將1982—1990年、

1991—1999年和2000—2010年降雨侵蝕力代入基準(zhǔn)期1963—1981年的降雨侵蝕力輸沙關(guān)系，得到不同時段在人類活動沒有變化時流域計算輸沙量。各時段計算輸沙量與基準(zhǔn)期實測輸沙量差值即為降雨侵蝕力變化對流域輸沙的影響量；各時段實測輸沙量與基準(zhǔn)期輸沙量的差值即為各時段輸沙量的變化量；各時段輸沙的變化量與降雨侵蝕力對流域輸沙影響量的差值即為各時段人類活動的影響輸沙量，該值與同期計算值和實測值之差相等，均為人類活動干擾輸沙量。人類活動影響輸沙量與同期實測輸沙變化量的比值即為人類活動對輸沙量變化的貢獻(xiàn)率。

降雨侵蝕力和人類活動對輸沙量變化的貢獻(xiàn)率結(jié)果見表2。1982—1990年時段年均輸沙量由1963—1981年的40.2萬t/a增大到111.5萬t/a，輸沙量變化為71.3萬t/a。因降雨侵蝕力變化而導(dǎo)致流域輸沙量變化為-4.6萬t/a，因人類活動而引起該時段輸沙的變化量為75.9萬t/a。在1982—1990年時段，因降雨侵蝕力變化而導(dǎo)致的年輸沙相對于基準(zhǔn)期是減小的，而年輸沙量相對于基準(zhǔn)期是增大的，即降雨侵蝕力和輸沙量的變化方向是相反的，表明在該時段人類活動程度極其強(qiáng)烈，人類活動導(dǎo)致的流域輸沙增大不僅抵消了侵蝕力減小導(dǎo)致的減沙效益，而且還使流域年輸沙相對于基準(zhǔn)期增大了188.8%，其對流域輸沙量的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然因素。雖然貢獻(xiàn)率總和為100%，但人類活動的表現(xiàn)為增沙，貢獻(xiàn)率為106.5%，降雨侵蝕力表現(xiàn)為減沙，貢獻(xiàn)率為-6.5%。在1991—1999年和2000—2010年時段，年均輸沙量分別為61.0萬t/a和13.2萬t/a，相對基準(zhǔn)期，其變化量分別為20.8萬t/a和-27.0萬t/a。在2個時段人類活動的增沙貢獻(xiàn)率分別為78.4%和67.8%。3個時段人類活動的貢獻(xiàn)率依次降低，而自然因素貢獻(xiàn)率在增強(qiáng)，表明龍河流域經(jīng)過人類活動的破壞、水土保持治理和水利工程建設(shè)，已呈現(xiàn)良性發(fā)展趨勢，在將來的流域水沙關(guān)系中，自然因素將占據(jù)主導(dǎo)地位。

表2 龍河流域降雨侵蝕力和人類活動對輸沙量變化的貢獻(xiàn)率分析

建立累積降雨量—累積輸沙量的雙累積關(guān)系進(jìn)行對比，不同時段降雨和人類活動的貢獻(xiàn)率見表3。與表2對比發(fā)現(xiàn)：在1991—1999年和2000—2010年，輸沙變化量與降雨影響量、降雨侵蝕力影響量的變化一致；在1982—1990年，因降雨量變化而影響的流域輸沙量是增加的，而降雨侵蝕力導(dǎo)致的流域輸沙量是減小的，2個指標(biāo)的影響量變化不一致。通過對流域降雨特征進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，相對于基準(zhǔn)期，1982—1990年年均降雨量僅增加了0.6%，但侵蝕性降雨在總降雨量中的比重由1963—1981的65.7%減小到64.7%，即降雨總量雖然增加，侵蝕性降雨量所占比重減小，降雨侵蝕力反而減小，導(dǎo)致在以降雨侵蝕力計算自然因子的貢獻(xiàn)率為負(fù)，而以降雨量計算自然因子貢獻(xiàn)率為正。

表3 龍河流域降雨和人類活動對輸沙量變化貢獻(xiàn)率分析

對比2個指標(biāo)在1991—1999年和2000—2010年2個時段的計算結(jié)果，利用降雨量計算出來的人類活動貢獻(xiàn)率大于采用降雨侵蝕力時的人類活動貢獻(xiàn)率。與許炯心[4，6]、杜俊等[5]在長江上游的研究結(jié)果相比，以侵蝕力計算出來的人類活動貢獻(xiàn)率與之更為接近。

3.4 輸沙量變化成因分析

降雨變化、毀林開荒、水土保持措施實施、水利工程建設(shè)是影響龍河流域輸沙變化的主要因素。

1)降雨作為影響流域輸沙的動力因素，對流域輸沙量變化有一定的影響，但是從龍河流域的降雨特征變化和對輸沙的貢獻(xiàn)率來看，其對流域輸沙的影響有限。

2)1982年流域發(fā)生70年一遇的大洪水，年輸沙量達(dá)482萬t；從1983年開始，當(dāng)?shù)亻_始實行農(nóng)村家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制，加之流域所處的石柱縣改為石柱土家族自治縣，國家政策的逐步放開，土地承包到戶，當(dāng)?shù)厝罕娛芾骝?qū)使，大肆砍伐分得的森林，使流域森林植被大幅度降低，加劇水土流失[3,5,6,23]。流域1982—1990年比1963—1981年年均輸沙量增大71.3萬t/a，剔除1982年大洪水的影響，1983—1990年的輸沙均值也達(dá)到了65.0萬t/a，比基準(zhǔn)期高61.7%。到20世紀(jì)80年代末期時，石柱的森林覆蓋率僅為10.97%，達(dá)到了歷史最低值[23]。

3)自1989年開始，石柱縣被國家列為“長治工程”重點(diǎn)治理縣，通過“長治工程”一期、三期和五期、生態(tài)修復(fù)及中央預(yù)算內(nèi)資金項目的實施，共治理水土流失面積443.86 km2，涉及16條小流域，措施包括坡改梯37.2 km2、水保林101.9 km2、經(jīng)果林51.6 km2、封禁185.6 km2及保土耕作96.0 km2。此外修建了500多口蓄水池、3萬多座沉沙函，整治了300多座堰塘，遏制了水土流失加劇的勢頭。2000年后龍河流域又先后實施了“天保工程”一期、二期和“退耕還林工程”， 1991—1999年和2000—2010年2個時段年均輸沙量分別為61.0萬t/a和13.2萬t/a，各項工程的水土保持成效顯著。目前流域的林草覆蓋率已增大到48.7%[10]。各項工程為龍河上游的水土流失治理打下扎實的基礎(chǔ)。

4)流域內(nèi)水利工程較多，自20世紀(jì)80年代龍河上修建了多個水庫和水電站，如安子溝水庫、龍池壩水庫等。2007年正式蓄水的藤子溝水電站，是龍河梯級開發(fā)方案中的龍頭骨干工程，對石柱站輸沙量影響較大。藤子溝水電站正式蓄水后2008—2010年輸沙不足3萬t/a，較前3年下降了85.5%。

4 結(jié)論

1)龍河流域1963—2010年降雨量和輸沙量都呈減小趨勢。降雨量、降雨侵蝕力和輸沙量突變分別發(fā)生在1982年、2000年和1990年，年降雨突變達(dá)到α=0.10顯著性水平，年輸沙達(dá)到了α=0.01顯著性水平，降雨侵蝕力的突變不顯著。

2)以降雨侵蝕力表征自然因素對水沙關(guān)系的影響，以1963—1981年為基準(zhǔn)期，在1982—1990年、1991—1999年和2000—2010年3個時段，人類活動對龍河流域水沙關(guān)系的貢獻(xiàn)率分別為106.5%、78.4%和67.8%，表明隨著時間推移，人類活動對流域水沙變化的影響作用逐漸減小。以降雨為自然因子代表時，1982—1990年、1991—1999年和2000—2010年3個時段人類活動對龍河流域水沙關(guān)系變化的貢獻(xiàn)率分別為99.7%、97.1%和85.9%。這2種方法均顯示人類活動在水沙關(guān)系中的主導(dǎo)地位，也均表明了隨著流域水沙關(guān)系的良性運(yùn)行，自然因素的作用在逐步增強(qiáng)。

3)龍河流域水沙關(guān)系變化的原因在于先后經(jīng)歷了“長治工程”“天保工程”“退耕還林還草工程”及水電開發(fā)工程(2007年藤子溝水電站的建立)，水土保持和生態(tài)環(huán)境建設(shè)等人類活動的作用對該流域輸沙量變化影響顯著，表明隨著人類活動的加強(qiáng)，流域生態(tài)環(huán)境得到改善，水土流失得到治理。研究對于評價水土保持工程效益具有重要的指導(dǎo)意義。

同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸沙量和降雨侵蝕力變化趨勢不一致時，人類活動貢獻(xiàn)率超過了100%，對于采用雙累積曲線來定量評估自然因素和人類活動貢獻(xiàn)率需要考慮改進(jìn)雙累積曲線的適用條件。

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(責(zé)任編輯：郭雪芳)

Contribution rate of driving factors on the rainfall-sediment relationship of Longhe River watershed in the Three Gorges Reservoir region

Liu Huiying1， Gao Qiang2，3

(1.College of Hydraulic and Ecological Engineering， Nanchang Institute of Technology，330099，Nanchang，China；2.College of Environrnent，Hohai University，210098， Nanjing， China；3.Yangtze River Scientific Research Institute，430010，Wuhan，China)

In order to elucidate the contribution rate of remarkable decline of sediment load in the Three Gorges Reservoir region, this study took the Longhe River watershed, the center of the Three Gorges Reservoir in the upper Yangtze River basin，as an example, revealed the changing trends and mutation points of annual precipitation, rainfall erosivity and sediment load from 1963 to 2010 with the help of universal soil loss equation, simplified model of rainfall erosivity and Pettitt test. The contribution rate of the human intervention to increasing sediment was analyzed when the rainfall erosivity was taken as the indicator of natural factor in whole period with double cumulative curve method. The result showed that there were some mutation points of annual precipitation in 1982， sediment load in 1990 and rainfall erosivity in 2000, respectively. Using the double accumulative curve based on rainfall erosivity vs. sediment, the whole period was divided into four phases: 1963-1981, 1982-1990, 1991-1999 and 2000-2010. The result also showed that the contribution rates of human activity to increasing sediment in the Long River watershed during 1982-1990 and decreasing sediment during 1991-1999 and 2000-2010 were obtained based on the period of 1963-1981. The contribution rates of the human intervention were 106.5% during 1982-1990, 78.4% during 1991-1999 and 67.8% during 2000-2010, compared to that during 1963-1981. While taking rainfall as the natural factor, the contribution rates of human intervention to increasing sediment in the three periods mentioned above were 99.7%, 97.1% and 85.9% compared with that during 1963-1981. Our research proves that human activities such as conservation of water and soil, and water conservancy project, have a significant impact on rainfall-sediment relationship at the Longhe River watershed. The result is useful in correctly evaluating the benefit of of soil and water conservation measures in the similar watersheds.

rainfall-sediment relationship； Longhe river watershed； contribution rate of human intervention； rainfall erosivity； double cumulative curve

2015-01-15

2015-08-05

項目名稱：國家科技部重大專項資助項目“水庫型流域水質(zhì)安全面源污染特征分析”(2012ZX07503- 002- 03)；國家自然科學(xué)基金項目“基于水資源系統(tǒng)演變不確定性的水資源短缺風(fēng)險評估”(51309129)；江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實驗室開放基金“贛江上游水沙時空演變及其對植被恢復(fù)的響應(yīng)”(JXSB201303)

劉惠英(1973—)，女，碩士，講師。主要研究方向：坡面土壤侵蝕和流域水體監(jiān)測。E-mail： huiyingliu@nit.edu.cn.

S157； TV122

A

1672-3007(2015)05-0001-08