趙 陽，曹文洪，王向東，涂志華，張曉明*，朱畢生，成 晨，劉 冰（1.中國水利水電科學(xué)研究院，流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；2.水利部水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京100048；.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 11001）

北京山區(qū)植被恢復(fù)建設(shè)對(duì)流域徑流量影響研究

趙 陽1，2，曹文洪1，2，王向東1，2，涂志華3，張曉明1，2*，朱畢生1，2，成 晨1，2，劉 冰1，2（1.中國水利水電科學(xué)研究院，流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；2.水利部水土保持生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京100048；3.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

植被恢復(fù)是山區(qū)保持水土資源、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵措施.為探究植被恢復(fù)對(duì)流域產(chǎn)水量的影響，以密云水庫集水區(qū)紅門川森林流域?yàn)檠芯繉?duì)象，采用Mann-Kendall非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)、基于分離評(píng)判原理的水文分析法、Zhang（2001）模型等方法，定量分析了1989－2009年間北京山區(qū)氣候及森林變化對(duì)流域徑流量的影響.研究結(jié)果表明:紅門川流域年降水及產(chǎn)流性降水量在研究時(shí)段內(nèi)均呈波動(dòng)下降趨勢(shì)（P＞0.05）；流域年徑流呈顯著性減少趨勢(shì)，且年徑流量在1998 年前后發(fā)生減少突變（P＜0.01）；氣候變化對(duì)紅門川流域徑流減少貢獻(xiàn)率為43%，植被恢復(fù)建設(shè)導(dǎo)致的森林?jǐn)?shù)量及質(zhì)量變化對(duì)流域徑流減少貢獻(xiàn)率為18.6%，其他人類活動(dòng)影響貢獻(xiàn)率為38.4%.綜合比較得知，與植被恢復(fù)建設(shè)相比，降水減少對(duì)山區(qū)產(chǎn)水量減少影響更大.研究結(jié)果可為北京山區(qū)森林流域水土資源規(guī)劃及管理提供參考.

森林流域；生態(tài)環(huán)境；徑流演變；造林工程；經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；貢獻(xiàn)率

土地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)［1］，土地覆被變化作為區(qū)域環(huán)境變化的重要組成部分是引發(fā)地表各種物理過程變化的主因［2］.近年來，隨著 “三北防護(hù)林防護(hù)工程”、“環(huán)北京地區(qū)防沙治沙工程”等系列重大林業(yè)生態(tài)工程的開展，我國北方山區(qū)森林植被建設(shè)效果顯著，以北京市為例，森林覆被率由1980年的12.8%提高至2013年的40%，增幅27.2%［3］.然而，在植被恢復(fù)建設(shè)取得階段性成果的同時(shí)，山區(qū)集水區(qū)來水量急劇減少，造成下游水資源日趨緊張，水危機(jī)凸顯等問題日益嚴(yán)重［4］.以官廳水庫為例，在降水量相當(dāng)?shù)那闆r下，1985～ 1995年間上游年均來水量?jī)H為1955～1985年間年均來水量的1/4［4］，山區(qū)來水量的急劇減少是氣候波動(dòng)變化所致還是人類活動(dòng)下的土地覆被變化導(dǎo)致？森林作為山區(qū)主要土地利用類型，其大幅變化對(duì)山區(qū)產(chǎn)水量有何影響？如何量化表達(dá)？這些已成為北方山區(qū)流域水-土-植被資源可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的焦點(diǎn)問題.

流域徑流資源作為保障區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其在“自然-人為”耦合驅(qū)動(dòng)下的變化趨勢(shì)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制是當(dāng)前生態(tài)水文學(xué)研究的熱點(diǎn)［5］，而如何定量區(qū)分氣候變化與植被恢復(fù)建設(shè)對(duì)流域水文循環(huán)過程和水量變化的影響是難點(diǎn).近年來，諸多學(xué)者采用配對(duì)流域法、室內(nèi)模擬、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法、水文模型模擬等方法就氣候變化背景下的流域徑流響應(yīng)規(guī)律開展了大量研究［6-11］.一致認(rèn)為:1）配對(duì)流域法是開展土地覆被變化對(duì)流域產(chǎn)水量影響研究的最佳方法，但實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、投資大、配對(duì)流域缺乏等因素極大限制了該方法的普適性［12］；2）室內(nèi)模擬法較配對(duì)流域法，成本低，實(shí)驗(yàn)周期短，但室內(nèi)條件難以代表野外實(shí)際情形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度有所降低；3）數(shù)理統(tǒng)計(jì)法要以長(zhǎng)序列數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，但長(zhǎng)序列流域水文數(shù)據(jù)不易得到，且該方法缺乏一定的物理基礎(chǔ)，計(jì)算結(jié)果精度難以保證；4）水文模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模型參數(shù)眾多，但諸多參數(shù)缺乏物理意義，參數(shù)率定對(duì)流域?qū)崪y(cè)水文氣象數(shù)據(jù)依賴性大，主觀性較強(qiáng)，且現(xiàn)有科研條件及觀測(cè)數(shù)據(jù)精度難以滿足模型需要，致使模型適用范圍受限，難以廣泛應(yīng)用［10］.為此，本研究采用基于Budyko 假設(shè)的水文經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M法就植被恢復(fù)建設(shè)對(duì)流域徑流影響開展研究，旨在為北京山區(qū)植被恢復(fù)建設(shè)提供科技支撐.該模型公式物理意義明確，已在全球多個(gè)流域得到驗(yàn)證，并且計(jì)算過程簡(jiǎn)單，能夠定量區(qū)分不同環(huán)境要素變化對(duì)流域水文要素的影響，滿足研究需要.

1 研究區(qū)概況

紅門川流域（E 117°2′～117°16′， N 40°20′～40°28′），行政隸屬于北京市密云縣，流域面積128km2.流域地處燕山山脈，海拔140～1200m，屬半干旱向半濕潤(rùn)過渡的大陸性季風(fēng)氣候區(qū).流域多年平均氣溫為11.5℃，平均降水量491mm，平均水面蒸發(fā)量1360mm.流域地貌類型復(fù)雜，主要包含丘陵、低山以及中山（800m～ 1200m）等，流域地質(zhì)主要由花崗巖和碳酸巖等基巖組成.流域土壤類型主要包括褐土和山地棕壤，土壤層厚度在18～55cm之間.流域森林植被類型較為豐富，代表樹種主要有側(cè)柏（Platycladus orientalis）、油松（Pinus tabuliformis）、山楊（Populus davidiana）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、蒙古櫟（Quercus mongolica）和栓皮櫟（Quercus variabilis）等，還有一些荊條（Vitex negundovar. heterophylla）等灌叢生長(zhǎng).此外，經(jīng)調(diào)查并查閱密云縣年鑒，紅門川流域中上游并無大中型水利工程，僅有少量小型水土保持工程措施在流域溝底零星分布.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

基于紅門川流域1990、1995、2000、2005和2010年5期30m分辨率Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)，以1∶10000地形圖為基圖，運(yùn)用Erdas Imagine 9.2遙感圖像處理軟件［13］，選擇高斯-克里格投影，采用二次多項(xiàng)式糾正方法對(duì)流域5期圖像進(jìn)行幾何校正（誤差不超過0.5個(gè)像元）和區(qū)域裁剪.結(jié)合中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的1987年、2000年和2008年全國1:100000土地利用數(shù)據(jù)以及北京市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)（1999，2004）進(jìn)行影像解譯，建立5期土地利用數(shù)據(jù)庫.參考2001年《中國土地分類系統(tǒng)》［14］、研究區(qū)實(shí)地野外調(diào)查資料，將流域土地利用類型劃分為5類:林地（考慮到水源涵養(yǎng)功能差異，又進(jìn)一步劃分為:針葉林、闊葉林、混交林及灌木林等）、農(nóng)田、水域、草地和建設(shè)用地.

流域降水、徑流等水文氣象數(shù)據(jù)來自流域出口水庫控制站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及中華人民共和國水文年鑒《海河流域水文資料》第2冊(cè)［15］，數(shù)據(jù)年限為1989～2009年.

2.2 研究方法

2.2.1 Mann-Kendall 非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)Mann-Kendall非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)法［16］主要用于檢驗(yàn)氣候和水文時(shí)間序列數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，因其不受數(shù)據(jù)分布特征、異常值的干擾以及檢測(cè)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用［17］.

2.2.2 Sen斜率估算法［18］水文氣象要素一旦通過上述方法確定數(shù)據(jù)存在趨勢(shì)，可以計(jì)算其斜率來估計(jì)數(shù)據(jù)序列時(shí)段內(nèi)變化速率.Sen指出如果對(duì)于某一特定時(shí)間序列變量數(shù)據(jù)Y=｛y1，y2，y3，……yn｝存在線性趨勢(shì)，那么其單位時(shí)間段內(nèi)的增加或下降趨勢(shì)可用下式來表達(dá):

式中:F（t）為時(shí)間序列變量在t時(shí)刻的取值；Q為斜率；B為截距常數(shù)；為求得斜率Q的估算值，應(yīng)首先計(jì)算時(shí)間序列中每對(duì)數(shù)據(jù)的斜率值Qi:

式中:xj和xk分別為時(shí)間j和k時(shí)的值，在時(shí)間序列Q中，共計(jì)可得到n個(gè)斜率估計(jì)值Qi，將n個(gè)Qi值按大小排列，中值Qm即為斜率估計(jì)值，如果n為偶數(shù)，則斜率可表達(dá)為:

如果n為奇數(shù)，則斜率km可表達(dá)為:

為了驗(yàn)證假設(shè)的真實(shí)性，常用非參數(shù)檢驗(yàn)法來計(jì)算Qm的95%和99%的置信區(qū)間，如果置信間上下限的Q值不包含0，則被檢測(cè)變量時(shí)間序列不存在變化趨勢(shì)的零假設(shè)被否定，因此，可以推斷存在變化趨勢(shì).

2.2.3 基于分離評(píng)判原理的水文分析法 流域徑流量年際變化受降水及下墊面等因素影響，在天然狀態(tài)下，降水與徑流之間具有統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系［19］，即在某一特定流域，如果流域下墊面條件不變，那在一定降水量條件下流域所產(chǎn)生的徑流量應(yīng)是一定的，但如果流域下墊面發(fā)生變化，相同降水條件下流域徑流產(chǎn)生量則不同.對(duì)流域年徑流與年降水量的累積曲線變化趨勢(shì)確定突變點(diǎn)，以突變點(diǎn)為界將流域徑流分為天然時(shí)期即基準(zhǔn)期和人類活動(dòng)顯著影響期即變化期.然后利用基準(zhǔn)期的流域?qū)崪y(cè)降水、徑流資料，通過多元回歸分析，建立流域年降水與年徑流關(guān)系在基準(zhǔn)期的回歸方程:

基準(zhǔn)期與變化期的年徑流量變化值ΔQ可由以下公式進(jìn)行計(jì)算:

2.2.4 多年平均水量平衡模型 多年平均水量平衡模型［20］假定流域年徑流量（Y， mm）為流域輸入項(xiàng)降水量（P， mm）與流域輸出項(xiàng)實(shí)際年蒸散發(fā)（AET， mm）的差值，公式可表達(dá)為:

式中:ΔS為流域土壤蓄水量變化，當(dāng)研究時(shí)間序列大于10年時(shí)，ΔS≈0；實(shí)際蒸散發(fā)（AET）則采用Zhang［21］提供的根據(jù)全球不同氣候區(qū)域250個(gè)流域水文數(shù)據(jù)驗(yàn)證的實(shí)際平均年蒸散發(fā)（AET）公式計(jì)算:

式中:PET為潛在年蒸散發(fā)量，mm；w可表征不同植被類型對(duì)土壤水的可利用程度，Zhang［21］根據(jù)全球250個(gè)流域水文及土地利用資料確定林地w為2.0，建設(shè)用地或水域w為0.結(jié)合本研究團(tuán)隊(duì)前期在潮白河流域的研究及應(yīng)用成果，林地用水系數(shù)w值調(diào)整為2.8［22］.

針對(duì)多種土地利用類型組成的流域，流域?qū)嶋H年均蒸散發(fā)計(jì)算公式表達(dá)為:

式中:fi為不同土地覆被類型（林地、草地、農(nóng)田、水域等）所占流域面積比例.

3 結(jié)果與分析

3.1 降水年際變化特征及趨勢(shì)檢驗(yàn)

圖1表明紅門川流域年降水量在研究時(shí)段內(nèi)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)（CV=0.26）.結(jié)合Mann-Kendall非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)可知，Z=-0.09＜Z0.05= 1.96，說明年降水量在研究時(shí)段內(nèi)減少趨勢(shì)不顯著.結(jié)合Sen斜率估計(jì)可知，紅門川流域年降水?dāng)M合直線斜率Qm=-0.31，進(jìn)一步說明紅門川流域年降水呈減少趨勢(shì).

圖1 降水量年際變化Fig.1 Variation of annual precipitation

圖2 年降水量趨勢(shì)檢驗(yàn)Fig.2 Trend test of annual precipitation

表1 降水量趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical analysis of the precipitation trend

3.2 產(chǎn)流性降水變化及趨勢(shì)檢驗(yàn)

降水、徑流是導(dǎo)致土壤侵蝕的主要?jiǎng)恿Γ挥胁糠纸邓梢园l(fā)生徑流，這部分降水定義為產(chǎn)流性降水.結(jié)合本研究團(tuán)隊(duì)鷲峰森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)站森林水量平衡場(chǎng)2011～2013年產(chǎn)流觀測(cè)結(jié)果［23］，以25.8mm/日作為北京山區(qū)森林坡面產(chǎn)流性降水的日雨量標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)了紅門川流域產(chǎn)流性降水的年際變化規(guī)律（圖3，圖4）.

由圖3知，紅門川流域產(chǎn)流性降水量在1989～2009年間呈減少趨勢(shì)，且年際間變化差異較大（CV=0.56），多年平均產(chǎn)流性降水為223.09mm，占流域降水量的43.37%.結(jié)合Mann-Kendall非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)和Sen斜率估計(jì)可知，Z=-1.30，Qm=-4.94，說明紅門川流域年產(chǎn)流性降水以每年-4.94mm的速率在減少，但減少趨勢(shì)不顯著.

圖3 產(chǎn)流性降水年際變化規(guī)律Fig.3 Variation of runoff generating rainfall depth

圖4 產(chǎn)流性降水量變化趨勢(shì)檢驗(yàn)Fig.4 Trend test of runoff generating rainfall depth

表2 產(chǎn)流性降水量趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical trend analysis of runoff generating rainfall depth

3.3 徑流年際變化及突變點(diǎn)分析

紅門川流域1989～2009年間流域年徑流呈下降趨勢(shì)（圖5），結(jié)合Mann-Kendall非參數(shù)趨勢(shì)檢驗(yàn)及Sen 斜率估計(jì)可知，Z=-2.08，Qm=-7.47，說明紅門川流域年徑流減少趨勢(shì)在95%置信區(qū)間內(nèi)顯著，且以每年-7.47mm的速率在減少.

圖5 紅門川流域1989～2009徑流年際變化Fig.5 Changes in annual runoff from 1989～2009

由圖7知，紅門川流域年徑流率在1998年發(fā)生減少突變.1989～1997年較1998～2009年流域年徑流深減少123.24mm，減少比例為65.80%.結(jié)合獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)可知，徑流率突變點(diǎn)前后流域徑流深在95%置信區(qū)間內(nèi)達(dá)到顯著差異水平（t=3.268，df=19，P=0.004＜0.01），說明流域徑流深在1998年發(fā)生突變.據(jù)此，將紅門川流域年徑流深時(shí)間序列劃分為兩個(gè)階段，即1989～1997年自然階段；1998～2009年人類活動(dòng)顯著影響階段.

圖6 1989～2009年的年徑流趨勢(shì)檢驗(yàn)Fig.6 Trend test of annual runoff within 1989～2009

表3 1989～2009年年徑流趨勢(shì)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistical trend test of annual runoff within 1989～2009

圖7 年徑流率累積曲線Fig.7 Accumulative curve of annual runoff rate

表4 實(shí)變前后流域徑流深差異統(tǒng)計(jì)值Table 4 Statistics of the runoff depth before and after the infection

表5 突變前后流域徑流深差異T檢驗(yàn)Table 5 T-test for the runoff depth before and after the infection

3.4 流域的土地覆被變化特征

由表6可知，紅門川流域以林地為景觀基質(zhì)，研究時(shí)段內(nèi)林地平均占流域總面積的87.95%. 1990～2010年間林地面積減少172.21hm2，主要表現(xiàn)為:灌木林面積減少67.72%；混交林、闊葉林和針葉林分別增幅20.06%、6.49%和9.71%.建設(shè)用地、農(nóng)田面積均總體呈現(xiàn)出較為明顯的增加趨勢(shì).其中，建設(shè)用地面積1990～2010年間增幅25.99%，農(nóng)田面積增幅22.78%，草地面積減少41.57%.受降水年際間波動(dòng)影響以及人類活動(dòng)下的土地覆被變化影響，水域面積呈現(xiàn)出“減少-增加-減少”的變化趨勢(shì)，多年間水域面積減幅51.37%.

表6 紅門川流域1990～2010年土地利用動(dòng)態(tài)變化（hm2）Table 6 Land use change in Hongmenchuan watershed during the period of 1990～2010 （hm2）

3.5 氣候和人類活動(dòng)變化對(duì)徑流量的影響

采用基于分離評(píng)判原理的水文分析法，分離氣候和人類活動(dòng)對(duì)流域徑流的影響，根據(jù)3.3節(jié)流域年徑流減少突變分析結(jié)果，將1989～1997年作為基準(zhǔn)期，1998～2009年為人類活動(dòng)影響顯著增強(qiáng)的變化期，計(jì)算了氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)流域徑流量的影響.由表7知，紅門川流域氣候變化對(duì)流域徑流變化影響貢獻(xiàn)率為43%，而人類活動(dòng)影響貢獻(xiàn)率占到57%.考慮到紅門川流域并無大型水利水保工程措施存在，則土地利用變化是紅門川流域人類活動(dòng)的主要表現(xiàn)方式.故認(rèn)為人類活動(dòng)所引發(fā)的土地利用變化是造成流域徑流減少的主要原因.

表7 紅門川流域氣候和土地利用變化對(duì)徑流變化的影響貢獻(xiàn)率Table 7 Contribution of the effect of climate change and land-use changes on runoff

3.6 植被恢復(fù)建設(shè)對(duì)流域徑流量的影響

近年來，流域林地?cái)?shù)量及質(zhì)量發(fā)生深刻變化，流域植被恢復(fù)建設(shè)必然會(huì)對(duì)流域產(chǎn)水量造成重要影響.采用皆伐原理，將不同土地利用時(shí)期的林地用水系數(shù)w值均調(diào)為0（即將林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地或水域），保持其他土地利用類型w值不變，計(jì)算不同土地利用時(shí)期林地皆伐后的流域平均徑流深.由表8知，人類活動(dòng)顯著影響階段森林皆伐后流域增加徑流深較自然階段增加22.91mm，占兩個(gè)時(shí)段徑流差（123.24mm）的18.6%.

4 討論

影響流域徑流減少的因素是多方面的，辨識(shí)流域徑流突變減少原因?qū)τ陉U述流域徑流變異規(guī)律及預(yù)測(cè)其未來發(fā)展趨勢(shì)具有重要意義.紅門川流域內(nèi)并無大中型水利工程存在，僅在溝底零星分布少量谷坊等小型水土保持工程措施，較降水量、土地覆被等環(huán)境要素變化而言對(duì)流域產(chǎn)匯流影響較小，本研究未做深入討論.綜合比較得出，氣候變化對(duì)流域徑流減少影響貢獻(xiàn)率為43%，森林變化貢獻(xiàn)率為18.6%，其他人類活動(dòng)貢獻(xiàn)率為38.4%.與氣候變化相比，流域森林變化對(duì)流域徑流影響較小.采用歸一化方法分析流域徑流對(duì)氣候及森林變化的響應(yīng)規(guī)律（圖8）可知，徑流與降水變化趨勢(shì)相對(duì)一致，與森林?jǐn)?shù)量變化趨勢(shì)差異較大，進(jìn)一步說明，與森林?jǐn)?shù)量變化相比，徑流對(duì)降水等氣候要素變化更為敏感.

結(jié)合研究結(jié)果知，森林對(duì)流域徑流減少表現(xiàn)出正影響，森林作為紅門川流域主要的土地利用類型，年蒸騰耗水量占總耗水量的比例達(dá)44.2%［24］，耗水較為嚴(yán)重.據(jù)此，業(yè)務(wù)管理部門在流域水源涵養(yǎng)林體系規(guī)劃中，應(yīng)在兼顧森林生態(tài)效益同時(shí)，切忌盲目大面積造林，應(yīng)根據(jù)流域水分承載力，提出與流域內(nèi)水土資源可持續(xù)利用相匹配的森林適宜覆蓋率，以最大程度的發(fā)揮森林生態(tài)、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益.

5 結(jié)論

5.1 在“自然-人為”耦合驅(qū)動(dòng)下，流域徑流量呈顯著減少趨勢(shì)（P＜0.05），在1998年發(fā)生突變減少，由1989～1997年段的187.29mm下降到1998～2009年段的64.05mm，減少83.85%.

5.2 人類活動(dòng)變化對(duì)紅門川流域研究時(shí)段內(nèi)徑流突變減少貢獻(xiàn)率比氣候變化影響貢獻(xiàn)率大14%.以森林變化為特征的植被恢復(fù)建設(shè)對(duì)流域徑流減少有正影響，但貢獻(xiàn)率僅為18.6%.

5.3 以降水減少為主要特征的氣候變化是紅門川流域1989～2009年年徑流量減少的主因，山區(qū)植被恢復(fù)建設(shè)對(duì)流域徑流減少貢獻(xiàn)率較小.

［1］李秀彬.全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域-土地利用/覆被變化的國際研究動(dòng)向 ［J］. 地理學(xué)報(bào)， 1996，51（6）:553-557.

［2］唐華俊，吳文斌，楊 鵬，等.土地利用/土地覆被變化模型研究進(jìn)展 ［J］. 地理學(xué)報(bào)， 2009，64（4）:456-468.

［3］魏夢(mèng)佳.北京義務(wù)植樹33年森林覆蓋率由12.8%提高至40%［EB/OL］.http://news.sohu.com/20140312/n396474313.shtml，2014-03-12.

［4］夏 軍.華北地區(qū)水循環(huán)與水資源安全:問題與挑戰(zhàn) ［J］. 地理科學(xué)進(jìn)展， 2002，21（6）:518-525.

［5］高迎春，姚治君，劉寶勤，等.密云水庫入庫徑流變化趨勢(shì)及動(dòng)因分析 ［J］. 地理科學(xué)進(jìn)展， 2002，21（6）:546-553.

［6］Li LJ， Zhang L， Wang H， et al. Assessing the impact of climate variability and human activities on stream flow from the Wu ding River basin in China ［J］. Hydrological Processes， 2007，21（25）: 3485-3491.

［7］Liu M， Tian H， Chen G， et al. Effects of land-use and land-cover change on evapotranspiration and water yield in China during 1900～2001 ［J］. Journal of the American Water Resources Association， 2008，44（5）:1193-1207.

［8］Brown AE， Zhang L， McMahon TA， et al. A review of paired catchment studies for determining changes in water yield resulting from alterations in vegetation ［J］. Journal of hydrology，2005，310（1）:28-61.

［9］Wagener T. Can we model the hydrological impacts of environmental change？ ［J］. Hydrological Process， 2007，21:3233-3236.

［10］Waring R H， Landsberg J J. Generalizing plant water relations to landscapes ［J］. Journal of Plant Ecology， 2011，4:101-113.

［11］王根緒，張 鈺，劉桂民，等.馬營河流域1967～2000年土地利用變化對(duì)河流徑流的影響 ［J］. 中國科學(xué)D輯-地球科學(xué)， 2005，35（7）:671-681.

［12］Wei XH， Sun G， Liu SR， et al. The forest-streamflow relationship in China: a 40-years retrospect ［J］. Journal of the American Water Resources Association， 2008，44（5）:1076-1085.

［13］劉志麗，陳 曦.基于ERDAS IMAGING軟件的TM影像幾何精校正方法初探—以塔里木河流域?yàn)槔?［J］. 干旱區(qū)地理，2001，24（4）:353-358.

［14］中華人民共和國國土資源部.中國土地分類系統(tǒng)（國土資發(fā)［2001］255號(hào)）［EB/OL］.

［15］水利部海河水利委員會(huì)水文局主編.《海河流域水文資料》第2冊(cè) ［M］. 北京:水利出版社， 2012.

［16］Mann HB. Non-parametric tests against trend ［J］. Econometrica，1945，13:245-259.

［17］Yue S， Pilon P， Cavadias G. Power of the Mann-Kendall and Spearman's rho tests for detecting monotonic trends in hydrological series ［J］. Journal of Hydrology， 2002， 259（1）:254-271.

［18］Shadmani M， Marofi S， Roknian M. Trend analysis in reference evapotranspiration using Mann-Kendall and Spearman's Rho tests in arid regions of Iran ［J］. Water resources management，2012，26（1）:211-224.

［19］趙廣舉，穆興民，溫仲明.皇甫川流域降水和人類活動(dòng)對(duì)水沙變化的定量分析 ［J］. 中國水土保持科學(xué)， 2013，11（4）:1-8.

［20］Sun G， Zhou G Y， Zhang Z Q， et al. Potential water yield reduction due to reforestation across China ［J］. Journal of Hydrology， 2006，328:548-558.

［21］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.

［22］趙 陽，余新曉，鄭江坤，等.氣候和土地利用變化對(duì)潮白河流域徑流變化的定量影響 ［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2012，28（22）:252-260.

［23］呂錫芝.北京山區(qū)森林植被對(duì)坡面水文過程的影響研究 ［D］.北京:北京林業(yè)大學(xué)， 2013.

［24］楊進(jìn)懷.基于3S技術(shù)的流域農(nóng)業(yè)水資源配置優(yōu)化研究-以北京市潮白河流域?yàn)槔?［D］. 北京:北京林業(yè)大學(xué)， 2007.

Effect of vegetation rehabilitation and construction on runoff of watershed in Beijing Mountain Area.

ZHAO Yang1，2， CAO Wen-hong1，2，WANG Xiang-dong1，2，TU Zhi-hua3， ZHANG Xiao-ming1，2*， ZHU Bi-sheng1，2， CHENG Chen1，2， LIU Bing1，2（1.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin， China institute of water resources and hydropower Research， Beijing 100048， China；2.Research Center on Soil and Water Conservation of the Ministry of Water Resources， Beijing 100048， China；3.Liaoning Shihua University， Fushun 113001， China）. China Environmental Science， 2015，35（12）：3771～3778

Vegetation rehabilitation is the key measures for maintaining the soil and water resources and restoring the ecological environment in mountain areas. To explore the impact of vegetation rehabilitation on annual runoff，Hongmenchuan watershed located in Miyun Reservoir of Beijing was selected as research object. Mann-Kendal Test，Hydrological analysis based on separation evaluation method， and Zhang （2001） model were applied to quantify the respective contribution of climatic change and forest change to annual runoff of the area from 1989 to 2009. The results indicated that the mean annual precipitation and of Hongmenchuan watershed showed a fluctuant decreasing but not remarkable trend from 1989 to 2009， while the runoff showed a significant decreasing trend. Combined with the results of cumulative runoff rate curve and independent sample t-test， the annual runoff had a significant decreasing trend with the change point occurred in 1998. Human activities were the strongest contributor to the reduction in mean annual streamflow of Hongmenchuan watershed， and the contribution rate reached 57%， while the remaining caused by climatic variations. Different types of human activities on the reduction in annual streamflow were quite different， for instance， the contribution rates of vegetation rehabilitation and construction on runoff was about 25.34%. In summary， compared with vegetation restoration， reduction in precipitation has a greater impact on the water yield. The results provide a theoretical reference for basin water resources management and land-use planning in Beijing Mountain areas.

forest watershed；ecological environment；runoff evolution；afforestation；empirical model；contribution rate

S73，F(xiàn)301.24

A

1000-6923（2015）12-3771-08

趙 陽（1986-），男，河北棗強(qiáng)人，工程師，博士，主要從事水土保持， 流域生態(tài)水文過程與模擬研究.發(fā)表論文50余篇.

2015-05-11

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41501041，51379008）；流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題（2014QN04）

* 責(zé)任作者， 高級(jí)工程師， zxmwq@126.com