程俊翔，徐力剛，姜加虎，譚志強(qiáng)，喻崎雯，范宏翔

（1.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，中國(guó)科學(xué)院流域地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004）

洞庭湖流域徑流量對(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng)研究

程俊翔1，2，徐力剛1*，姜加虎1，譚志強(qiáng)1，喻崎雯3，范宏翔1，2

（1.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，中國(guó)科學(xué)院流域地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，廣西 桂林 541004）

為了定量化研究氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)洞庭湖流域徑流量變化的影響，采用累積距平分析和Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)對(duì)流域內(nèi)4個(gè)水文站和16個(gè)氣象站1985—2010年的水文及氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并利用徑流量變化定量分析方法，計(jì)算了氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流的改變量及其貢獻(xiàn)率。研究結(jié)果表明：降水量的下降和潛在蒸散發(fā)量的上升導(dǎo)致整個(gè)洞庭湖流域及湘江、資水、沅江、澧水4個(gè)子流域突變后相對(duì)于突變前徑流量分別減少了28、15、130、112 mm和102 mm；洞庭湖流域徑流量的減少主要受氣候變化的影響，其貢獻(xiàn)率為64%，人類(lèi)活動(dòng)雖然能增加徑流，但是兩者的疊加影響整體上仍使徑流量減少。因此，洞庭湖流域的水文干旱是自然環(huán)境演化的結(jié)果，與全球氣候變化的大格局息息相關(guān)。

洞庭湖流域；水文響應(yīng)；氣候變化；人類(lèi)活動(dòng)；貢獻(xiàn)率

在全球氣候變暖和人類(lèi)活動(dòng)干擾的背景下，流域水文過(guò)程發(fā)生了巨大的變化。一方面，水文循環(huán)過(guò)程對(duì)氣候變化極其敏感，降水、蒸發(fā)等隨著氣候的改變而改變，進(jìn)而影響水文循環(huán)過(guò)程[1-2]；另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，水利工程建設(shè)、毀林造林、城市化等人類(lèi)活動(dòng)引起了流域內(nèi)土地利用和覆被變化，顯著改變了下墊面條件，使水文過(guò)程更加復(fù)雜多變[3]。

氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)流域水文過(guò)程的影響是水文學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。許多學(xué)者通過(guò)全球氣候模式（GCMs）、降尺度的區(qū)域氣候模式（RCMs）或者水文模型來(lái)研究氣候變化對(duì)水文過(guò)程的影響，較好地揭示了氣候變化對(duì)水文過(guò)程的影響程度及機(jī)制，并對(duì)未來(lái)的氣候模式演變做了一般性地預(yù)測(cè)[4-5]。氣候變化改變了全球降雨的再分配模式，使?jié)駶?rùn)地區(qū)更加濕潤(rùn)，干旱地區(qū)更加干旱，在中國(guó)的具體表現(xiàn)就是降水量的下降[6]以及洪澇和干旱等極端氣候事件明顯增多。盡管氣候變化對(duì)水文水資源效應(yīng)的影響非常顯著，但近幾十年來(lái)，人類(lèi)活動(dòng)正逐漸成為影響流域水文過(guò)程的另一關(guān)鍵因素。Barnett等[7]在研究20世紀(jì)50—90年代美國(guó)西部干旱區(qū)水文過(guò)程演變時(shí)指出，該地區(qū)徑流量、冬季溫度、積雪等的變化有60%是人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致的。相似的，王隨繼等[8]研究表明，降水和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)皇甫川流域徑流量變化的貢獻(xiàn)率在1980—1997年分別為36%和64%，在1998—2008年分別為17%和83%，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流量的影響明顯增加。然而，這些研究大多單從氣候變化或人類(lèi)活動(dòng)的角度分析其對(duì)水文過(guò)程的影響，而且由于時(shí)空尺度問(wèn)題、水文模型參數(shù)率定的不確定性以及定量化人類(lèi)活動(dòng)比較困難等，如何定量區(qū)分氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水文過(guò)程的影響仍有待深入探討。張曉婭等[9]認(rèn)為氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)長(zhǎng)江徑流量的影響相互削弱，使長(zhǎng)江年入海徑流量下降了1%，且對(duì)流域內(nèi)不同分區(qū)的影響存在顯著差異。Ye等[10]采用水文敏感性分析方法定量化研究了氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)在不同年代對(duì)鄱陽(yáng)湖流域徑流量的影響，指出氣候變化是流域水文變化最主要的影響因素。在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者通過(guò)累積距平分析和Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)相結(jié)合的方法尋找洞庭湖流域地表徑流量變化的突變點(diǎn)，并根據(jù)徑流量變化定量分析方法計(jì)算了氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流的改變量及其貢獻(xiàn)率。該研究對(duì)洞庭湖流域水資源的規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、評(píng)估和管理具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

洞庭湖流域位于長(zhǎng)江中下游地區(qū)，流域總面積約為26萬(wàn)km2，占長(zhǎng)江流域總面積的12%，年平均降水量為1429 mm。湖區(qū)水系十分發(fā)達(dá)，入湖徑流包括長(zhǎng)江三口（松滋、太平、藕池）分流，湘江、資水、沅江、澧水四水徑流以及新墻河、汨羅江等區(qū)間河湖徑流三部分，經(jīng)湖泊調(diào)蓄后由城陵磯注入長(zhǎng)江。近年來(lái)，三口徑流量逐漸減少且分流比下降，年內(nèi)斷流天數(shù)不斷增加，而四水年徑流量總體上相對(duì)穩(wěn)定，與區(qū)間河湖徑流一起約占全部入湖水量的78%[11]。整個(gè)流域可分為湘江、資水、沅江、澧水4個(gè)子流域以及環(huán)湖區(qū)，具體如圖1所示。

洞庭湖流域具有明顯的干濕季節(jié)性交替特征，汛期（4—9月）降水量為1009 mm，約占全年降水量的71%。由于降水量年內(nèi)年際分配極不均衡，加上人類(lèi)對(duì)土地和水資源的不合理開(kāi)發(fā)與利用，流域內(nèi)洪澇和干旱災(zāi)害頻發(fā)，一年內(nèi)大約分別有84 d和72 d表現(xiàn)為流域性的洪澇和干旱[12]，嚴(yán)重危及流域生態(tài)系統(tǒng)健康和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

1.2 數(shù)據(jù)與方法

1.2.1 數(shù)據(jù)

水文數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省水文局和長(zhǎng)江水利委員會(huì)，包括湘潭、桃江、桃源、石門(mén)4個(gè)水文站1985—2010年逐日平均流量（桃源站1985年數(shù)據(jù)缺失，通過(guò)插值補(bǔ)充），并以此為基礎(chǔ)分別計(jì)算洞庭湖流域及湘江、資水、沅江、澧水4個(gè)子流域的年徑流量。氣象數(shù)據(jù)由國(guó)家氣象中心提供，該數(shù)據(jù)集包括洞庭湖流域內(nèi)16個(gè)國(guó)家氣象臺(tái)站1985—2010年的降水、溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、水汽壓等指標(biāo)，并根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算了洞庭湖流域及其子流域的潛在蒸散發(fā)量。徑流量、降水量、潛在蒸散發(fā)量的單位均換算為mm。水文站及氣象站分布如圖1所示。

1.2.2 累積距平分析

累積距平分析是表征離散數(shù)據(jù)點(diǎn)變化趨勢(shì)的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，能直觀地區(qū)分氣象或水文要素的階段性變化特征。對(duì)于序列x（x0表示序列x的多年平均值），其在時(shí)刻t的累積距平Xt為：

累積距平值表示氣象或水文要素偏離多年平均值的程度，若累積距平值持續(xù)增大，表明該時(shí)段某要素的值大于其多年平均值，反之則小于其平均值。某一時(shí)段曲線斜率的絕對(duì)值越大，說(shuō)明該時(shí)段某要素的變化幅度越大。當(dāng)曲線斜率異號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為可能的突變點(diǎn)。

圖1 洞庭湖流域主要水系及水文站、氣象站分布圖Figure 1 River networks of the Dongting Lake catchment with the location of hydrological stations and meteorological stations

1.2.3 Mann-Kendall檢驗(yàn)

非參數(shù)化Mann-Kendall檢驗(yàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)MK檢驗(yàn)）廣泛應(yīng)用于水文、氣象等數(shù)據(jù)的趨勢(shì)及突變檢驗(yàn)。該方法以時(shí)間序列平穩(wěn)且獨(dú)立為前提，但不要求數(shù)據(jù)遵循正態(tài)分布[13]。設(shè)原假設(shè)H0：數(shù)據(jù)序列為x1，x2，…，xn，以ni表示樣本xi＞xj（1≤j≤i）的累計(jì)數(shù)，定義統(tǒng)計(jì)量dk：

給定顯著性水平α，當(dāng)|UF（dk）| ＜Uα/2時(shí)，接受原假設(shè)H0，即無(wú)顯著上升或下降趨勢(shì)；當(dāng)|UF（dk） |＞Uα/2時(shí)，拒絕原假設(shè)H0，即存在顯著上升或下降趨勢(shì)，且 UF（dk）＞0表明具有上升趨勢(shì)，UF（dk）＜0表明具有下降趨勢(shì)。逆序列UB（dk）采用同樣的方法計(jì)算，且UB（dk）= -UF（dk），若其與UF（dk）存在交點(diǎn)且位于置信區(qū)間內(nèi)，則交點(diǎn)即為可能的突變點(diǎn)。

1.2.4 徑流量變化定量分析方法

在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，任何一個(gè)自然流域的水量總保持著平衡狀態(tài)，其水量平衡方程為：

式中：P表示降水量；Q表示徑流量；E表示實(shí)際蒸發(fā)量；ΔS表示水量變化量，在長(zhǎng)時(shí)間尺度上（≥10 a）ΔS近似為0。

基于水量平衡方程，Zhang等[14]提出了一個(gè)關(guān)于降水、實(shí)際蒸發(fā)和潛在蒸散發(fā)的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：E0表示潛在蒸散發(fā)量；λ表示植被可利用水量系數(shù)，其值的大小反映植物蒸騰作用的強(qiáng)弱，可由水文和氣象數(shù)據(jù)計(jì)算得出。

水文條件的改變是氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)共同作用的結(jié)果，而水文狀況可用徑流量來(lái)表示，氣候變化可以通過(guò)降水和潛在蒸散發(fā)來(lái)反映[14]。因此，徑流量的變化可以通過(guò)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)來(lái)定量描述[15]：

式中：ΔQ表示徑流變化量；ΔQC表示由氣候變化引起的徑流改變量；ΔQH表示由人類(lèi)活動(dòng)引起的徑流改變量；ΔP表示降水變化量；ΔE0表示潛在蒸散發(fā)變化量。

2 結(jié)果與討論

2.1 流域氣候變化特征

研究時(shí)段內(nèi)，洞庭湖流域年降水量總體呈下降趨勢(shì)，下降速率為5 mm·a-1；而年潛在蒸散發(fā)量則呈上升趨勢(shì)，上升速率為3 mm·a-1，且通過(guò)了0.05顯著性水平檢驗(yàn)。降水量年際波動(dòng)幅度較大，最小值為2005年的1181 mm，最大值為2002年的1921 mm，后者是前者的1.63倍。2002年后，降水量急劇下降；相反地，潛在蒸散發(fā)量則快速上升。潛在蒸散發(fā)量多年變化范圍在846～962 mm，多年平均值為900 mm。圖2中累積距平曲線表明，洞庭湖流域的年降水量和年潛在蒸散發(fā)量具有明顯的階段性變化特征。降水量變化過(guò)程大致可分為兩個(gè)階段：2002年以前，大多數(shù)年份的年降水量高于多年平均值，正距年數(shù)為16 a；2002年以后，大多數(shù)年份的年降水量低于多年平均值，負(fù)距年數(shù)為9 a，且降水量在2002年以后的變化幅度更大。相似的，潛在蒸散發(fā)量的變化過(guò)程也分為兩個(gè)階段，其正負(fù)距年數(shù)與降水量相當(dāng)，但變化趨勢(shì)則與降水量恰恰相反。降水量和潛在蒸散發(fā)量的累積距平曲線分別在2002年和2003年發(fā)生轉(zhuǎn)折，顯然，2002—2003年是洞庭湖流域干濕交替變化的一個(gè)轉(zhuǎn)折期。

圖2 洞庭湖流域年降水量和年潛在蒸散發(fā)量變化特征Figure 2 The characters of annual precipitation and annual potential evapotranspiration in the Dongting Lake catchment

2.2 流域徑流量變化特征

圖3為各水文站1985—2010年年徑流量及其累積距平變化過(guò)程曲線。除石門(mén)站外，其他水文站年徑流量均具有明顯的階段性變化特征。湘江流域在1985—1991年和2003—2010年為兩個(gè)顯著枯水期，1992—2002年為顯著豐水期，其中1991年和2002年為豐、枯水期轉(zhuǎn)折點(diǎn)（圖3a）。圖3b表明，資水流域具有兩個(gè)顯著枯水期（1985—1987年和2003—2010年），一個(gè)平水期（1988—1992年）和一個(gè)顯著豐水期（1993—2002年）。桃源站年徑流量變化過(guò)程與桃江站類(lèi)似，即沅江流域有兩個(gè)顯著枯水期（1986—1989年和2005—2010年）和一個(gè)顯著豐水期（1990—2004年），豐、枯水期轉(zhuǎn)折點(diǎn)為1990年和2004年（圖3c）。圖3d中的累積距平曲線無(wú)顯著變化趨勢(shì)，說(shuō)明澧水流域年徑流量無(wú)明顯階段性變化特征。總的來(lái)說(shuō)，各子流域徑流量年際波動(dòng)幅度都較大，多年平均波動(dòng)幅度超過(guò)600 mm，其中湘江、資水和沅江流域的徑流量累積距平曲線各有一個(gè)波谷和一個(gè)波峰，階段性變化特征明顯，而澧水流域徑流量波動(dòng)頻率較高，無(wú)明顯變化趨勢(shì)。湘潭站和桃江站年徑流量累積距平值均在2002年達(dá)到最大，桃源站在2004年為最大值。這與洞庭湖流域干濕轉(zhuǎn)折期基本一致。

圖4 各水文站年徑流量MK趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果Figure 4 Mann-Kendall test of annual runoff at four hydrological stations

通過(guò)MK檢驗(yàn)對(duì)各流域年徑流量序列進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)而分析各流域徑流量變化趨勢(shì)，并尋找其可能的突變點(diǎn)，結(jié)果如圖4所示。除1985—1987年出現(xiàn)短暫下降外，湘潭站年徑流量整體上呈增加趨勢(shì)，其中1992—2004年通過(guò)了0.05顯著性水平檢驗(yàn)，說(shuō)明該時(shí)段徑流量顯著上升（圖4a）。桃江站和桃源站年徑流量變化趨勢(shì)基本一致，2008年以前徑流量呈增加趨勢(shì)，2008—2010年逐漸下降，其徑流量在1993—2000年顯著上升。在95%的置信區(qū)間內(nèi)，圖4b和圖4c中的UF-UB曲線存在唯一交點(diǎn)，即資水流域和沅江流域徑流量變化可能的突變點(diǎn)分別為2006年和2005年。圖4d中UF值在1985—2005年始終大于0，其后均小于0，即澧水流域年徑流量在1985—2005年呈上升趨勢(shì)，在2006—2010年呈下降趨勢(shì)，但是這種變化趨勢(shì)并不顯著。從整個(gè)時(shí)間序列來(lái)看，桃江站、桃源站和石門(mén)站的年徑流量前期均表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，最后3～5年才開(kāi)始下降；而湘潭站的年徑流量變化趨勢(shì)明顯不同，徑流量在前3年為下降趨勢(shì)，其余時(shí)段均為上升趨勢(shì)。湘潭站、桃江站和桃源站的徑流量在20世紀(jì)90年代均通過(guò)了0.05顯著性水平檢驗(yàn)，具有顯著上升的趨勢(shì)。

表1 氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響下洞庭湖流域及其子流域年徑流量變化Table 1 Impacts of climate change and human activities on the annual runoff in sub-catchment and Dongting Lake catchment

綜合各水文站徑流量累積距平分析和MK檢驗(yàn)的結(jié)果，湘江、資水、沅江和澧水4個(gè)子流域徑流量變化的突變點(diǎn)分別為2002、2006、2005年和2005年，洞庭湖流域徑流量變化的突變點(diǎn)為2002年。

2.3 氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)流域徑流量變化的影響

洞庭湖流域徑流量的改變主要受氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響，通過(guò)徑流量變化定量分析方法可以定量區(qū)分ΔQC和ΔQH及其對(duì)徑流量變化的貢獻(xiàn)率。模型參數(shù)λ的取值會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的精度，這里通過(guò)式（6）和式（7）計(jì)算出湘江、資水、沅江、澧水4個(gè)子流域及整個(gè)洞庭湖流域的λ分別為1.29、0.83、0.61、0.69和0.86。根據(jù)公式（6）～（9），計(jì)算出各流域突變前后的徑流量變化如表1所示。

發(fā)生突變后，各流域的降水量和徑流量均減少，而潛在蒸散發(fā)量則有小幅度增加，湘江、資水、沅江和澧水4個(gè)子流域及整個(gè)洞庭湖流域的降水量分別減少了20、198、213、116、100 mm，徑流量分別減少了15、130、112、102、28 mm，潛在蒸散發(fā)量分別增加了40、87、32、32、44 mm。從ΔQC和ΔQH的變化量和實(shí)際貢獻(xiàn)率來(lái)看，氣候變化對(duì)徑流量的減少起促進(jìn)作用，而人類(lèi)活動(dòng)則在一定程度上對(duì)徑流量起補(bǔ)充作用；從ΔQC和ΔQH的絕對(duì)貢獻(xiàn)率來(lái)看，各流域徑流量的減少主要受氣候變化的影響，盡管人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流量的減少有抑制作用，但是與氣候變化的疊加影響整體上還是表現(xiàn)出流域徑流量的減少，兩者對(duì)徑流量的影響既相互補(bǔ)充又相互抵消。區(qū)域氣候的差異性和人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)弱導(dǎo)致了不同流域的ΔQC和ΔQH及其貢獻(xiàn)率在時(shí)空尺度上并不完全相同。在4個(gè)子流域中，氣候變化對(duì)澧水流域徑流量變化的貢獻(xiàn)率最大，其次為資水流域和沅江流域，對(duì)湘江流域的貢獻(xiàn)率最小。在整個(gè)洞庭湖流域尺度上，氣候變化仍然是徑流減少的主要影響因素，其絕對(duì)貢獻(xiàn)率為64%，人類(lèi)活動(dòng)的絕對(duì)貢獻(xiàn)率為36%。各流域徑流突變年份都集中在2002—2006年，這也是洞庭湖流域洪澇和干旱災(zāi)害多發(fā)期。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在強(qiáng)烈的氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響下，洞庭湖流域洪澇和干旱等極端氣候事件明顯增多，尤其是季節(jié)性的水文干旱愈演愈烈[16]。隨著干旱形勢(shì)的發(fā)展，整個(gè)洞庭湖流域及其4個(gè)子流域突變后的徑流量均有所下降，主要原因是流域降水減少且時(shí)空分布不均勻[17]。氣候變化對(duì)徑流量的影響主要通過(guò)降水量和潛在蒸散發(fā)量來(lái)反映，其中降水是洞庭湖流域內(nèi)河流的主要補(bǔ)給形式，對(duì)流域水量豐枯有直接影響，潛在蒸散發(fā)量是通過(guò)多種氣象因子綜合計(jì)算得出的，能較好地反映氣候變化的整體特征。人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流量的影響具有雙向性，如充分發(fā)揮河湖水利工程的攔洪補(bǔ)枯和抗災(zāi)減災(zāi)功能，有利于流域水資源合理配置，而經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展又會(huì)進(jìn)一步增加流域用水負(fù)擔(dān)。Huang等[18]研究表明洞庭湖水文干旱是自然環(huán)境演變的結(jié)果，三峽水庫(kù)蓄水雖然對(duì)洞庭湖水文干旱有影響，但并不是主要影響因素。肖鵬[19]根據(jù)水熱耦合平衡和水文模型分別計(jì)算了氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)洞庭湖流域徑流變化的影響，研究結(jié)果表明氣候變化是徑流減少的主要原因，而人類(lèi)活動(dòng)扮演著增加徑流的角色，兩種方法計(jì)算出的人類(lèi)活動(dòng)的絕對(duì)貢獻(xiàn)率分別為4%～24%和20%～31%，與表1中11%～38%的結(jié)果相差不大，但與人類(lèi)活動(dòng)對(duì)洞庭湖流域徑流變化影響不大的認(rèn)識(shí)存在一定偏差，故仍需要進(jìn)一步深入探討。洞庭湖流域的現(xiàn)代化建設(shè)顯著改變了下墊面條件，使湖區(qū)建設(shè)用地面積在20世紀(jì)90年代增長(zhǎng)了9%[20]，耕地和林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地使地表蒸發(fā)和入滲減少，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)流量增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，湖南省1951—1998年間因破壞森林和水土流失造成森林和土壤兩大“天然蓄水庫(kù)”損失的蓄水量約為180億m3[21]，不合理的毀林造林和嚴(yán)重的水土流失極大地削弱了森林和土壤涵養(yǎng)水源的能力，從而促使徑流增加。由于人類(lèi)活動(dòng)的多樣性、不確定性以及數(shù)據(jù)的有限性，該研究并未就具體的人類(lèi)活動(dòng)加以區(qū)分，而是將所有的人類(lèi)活動(dòng)作為一個(gè)整體來(lái)研究其對(duì)流域徑流量變化的影響。

3 結(jié)論

（1）研究時(shí)段內(nèi)（1985—2010年），洞庭湖流域的年降水量呈不顯著下降趨勢(shì)，下降速率為5 mm·a-1，而年潛在蒸散發(fā)量則呈顯著上升趨勢(shì)，上升速率為3 mm·a-1，且2002年為洞庭湖流域干濕交替變化的轉(zhuǎn)折期。

（2）通過(guò)徑流量累積距平分析和Mann-Kendall檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，洞庭湖流域及湘江、資水、沅江、澧水等子流域徑流量變化的突變點(diǎn)分別為2002、2002、2006、2005年和2005年，突變后相對(duì)于突變前分別減少了28、15、130、112、102 mm，流域干旱形勢(shì)更加嚴(yán)峻。

（3）徑流量變化定量分析方法揭示了氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)洞庭湖流域徑流量變化的影響結(jié)果和程度明顯不同，徑流量的減少主要受氣候變化的影響，其絕對(duì)貢獻(xiàn)率為64%。雖然人類(lèi)活動(dòng)起到補(bǔ)充徑流量的作用，但是與氣候變化的疊加影響整體上仍使徑流量減少，其絕對(duì)貢獻(xiàn)率為36%。

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The research of runoff responses to climate change and human activities in the Dongting Lake catchment

CHENG Jun-xiang1,2,XU Li-gang1*,JIANG Jia-hu1,TAN Zhi-qiang1,YU Qi-wen3,FAN Hong-xiang1,2
（1.Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences,Nanjing Institute of Geography and Limnology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;3.Institute of Karst Geology,Chinese Academy of Geological Sciences,Guilin 541004,China）

Climate change and human activities are the two main factors that affect the hydrological processes and water resources in a catchment.The objective of the study is to distinguish the contribution of climate change and human activities on the variation of runoff in the Dongting Lake catchment.The daily hydro-climatic data from 1985—2010 were analyzed with the accumulated anomaly analysis method and the non-parametric Mann-Kendall test.The contribution of climate change and human activities on the change of runoff were calculated by the quantitative method.The whole period was divided into two sub-periods according to the breakpoint（period 1：before the breakpoint;period 2：after the breakpoint）.Compared to period 1,the runoff at the whole Dongting Lake catchment decreased by 28 mm with the four sub-catchments of Xiangjiang,Zishui,Yuanjiang and Lishui decreased by 15 mm,130 mm,112 mm and 102 mm respectively during period 2.The decrease of annual precipitation and the increase of annual potential evapotranspiration may account for the runoff change.Results showed that climate change was the main contributor for the decrease of runoff,accounting for 64%of the runoff change. The overall impacts of human activities and climate change may result in a decrease of catchment runoff despite of the potential increase of runoff caused by human activities.The study implies that the hydrological drought in the Dongting Lake catchment was mainly influenced by the natural factor such as climate change.

Dongting Lake catchment;hydrological response;climate change;human activities;contribution ratio

X524

A

1672-2043（2016）11-2146-08

10.11654/jaes.2016-0554

2016-04-20

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2014BAC09B02）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41371121，41271034）；國(guó)土資源部巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目；鄱陽(yáng)湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（PK2015008）

程俊翔（1991—），男，碩士研究生，主要從事水文與水資源研究。E-mail：chengjunxiang15@163.com

*通信作者：徐力剛E-mail：lgxu@niglas.ac.cn

程俊翔，徐力剛，姜加虎，等.洞庭湖流域徑流量對(duì)氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的響應(yīng)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016,35（11）：2146-2153.

CHENG Jun-xiang,XU Li-gang,JIANG Jia-hu,et al.The research of runoff responses to climate change and human activities in the Dongting Lake catchment [J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（11）：2146-2153.