王威娜, 高瑞忠, 王喜喜, 劉廷璽, 白 勇

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院, 呼和浩特 010018; 2.美國(guó)歐道明大學(xué), 諾?？?弗吉尼亞州 23529)

內(nèi)蒙古中部高原內(nèi)陸河流域是我國(guó)北方重要的能源基地，一直以來(lái)都發(fā)揮著生態(tài)屏障的作用。錫林郭勒盟是我國(guó)重要的能源接續(xù)地，位于錫林郭勒盟的內(nèi)陸河對(duì)其經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的推動(dòng)作用。近年來(lái)，高原內(nèi)陸河草原流域水資源短缺，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，由于氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響，許多子流域(諸如錫林河流域)的水文過(guò)程均發(fā)生了不容忽視的變化[1-5]。

流域徑流量發(fā)生變化歸因于氣候和人類(lèi)活動(dòng)綜合作用的結(jié)果[6-7]，因此，定量分析氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流的影響，已經(jīng)成為當(dāng)前水文水資源科學(xué)家研究的焦點(diǎn)[8-10]。眾多學(xué)者對(duì)于徑流的變化進(jìn)行了一系列定性定量研究，馬龍等[1]對(duì)遼河流域1957—2010年的徑流量變化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，徑流量多年來(lái)呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，與降水呈正相關(guān)，而與平均氣溫呈負(fù)相關(guān)；劉貴花等[2]對(duì)鄱陽(yáng)湖流域贛江徑流影響的定量分析研究指出，降水是影響贛江流域徑流變化的主要因素；張利平等[3]對(duì)灤河流域徑流變化的定量影響分析后指出，氣候波動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流減少的影響量呈增加趨勢(shì)，且人類(lèi)活動(dòng)一直是徑流減少的主要影響因素；胡珊珊等[4]利用白洋淀上游水文站1960—2008年的水文氣象數(shù)據(jù)分析氣候波動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)研究區(qū)徑流量的影響，發(fā)現(xiàn)年徑流量呈顯著下降趨勢(shì)，而人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流量的減少起主導(dǎo)作用；林凱榮等[5]對(duì)東江流域徑流影響的貢獻(xiàn)分解研究發(fā)現(xiàn)，不同子流域土地利用及氣候波動(dòng)對(duì)徑流的改變作用各不相同，均分別起到增加和減少?gòu)搅髯饔茫粍τ畹萚6]對(duì)鄱陽(yáng)湖流域徑流過(guò)程影響的定量分析后指出，氣候波動(dòng)是流域徑流增加的主導(dǎo)因素，而人類(lèi)活動(dòng)是徑流增加的主要因素，是撫河徑流減少的主要原因。

可以看出，雖有很多學(xué)者在氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)流域徑流的影響方面做了大量研究[11-15]，但是對(duì)于內(nèi)蒙古高原內(nèi)陸河草原流域生態(tài)水文變化原因的定量分析研究卻少有文獻(xiàn)報(bào)道，鑒于此，本文以錫林河流域作為內(nèi)蒙古高原內(nèi)陸河草原流域的典型研究對(duì)象，基于水文、氣象和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)，利用累積距平法、雙累積曲線(xiàn)法、改進(jìn)的M-K趨勢(shì)檢驗(yàn)法和累積量斜率變化率比較法等方法進(jìn)行錫林河流域徑流演變規(guī)律的分析，定量計(jì)算氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流變化的貢獻(xiàn)，旨在探討高原內(nèi)陸河草原地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的流域水文效應(yīng)，對(duì)于認(rèn)識(shí)變化環(huán)境下內(nèi)陸河流域水文循環(huán)及其演變過(guò)程具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

錫林河流域(115°32′—117°16′E，43°26′—44°39′N(xiāo))位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟中東部，流域面積約11 000 km2，主要分布于錫林浩特市，少部分位于阿巴嘎旗和赤峰市的克什克騰旗，流域高程變化811～1 604 m。錫林河發(fā)源于赤峰市克什克騰旗境內(nèi)，干流全長(zhǎng)175 km，為我國(guó)典型的高原草原型內(nèi)陸河(圖1)。錫林河流域春季干燥，夏季炎熱，雨水集中在6—9月，秋季涼爽，冬季漫長(zhǎng)干冷，屬半干旱大陸性季風(fēng)氣候。流域多年平均降水量為284 mm，主要為6—9月的降雨和10月—次年1月的降雪，多年平均蒸發(fā)量為1 864 mm。

圖1錫林河流域地理位置及水文氣象站點(diǎn)分布

錫林河流域?qū)儆谖覈?guó)北方重要煤電基地——錫林郭勒煤電基地的重要組成部分，著名的草原露天煤田——?jiǎng)倮禾锞驮谄渲?。錫林浩特市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，不斷汲取利用水資源，加之過(guò)度放牧和超載養(yǎng)畜等，導(dǎo)致流域徑流量呈顯著減少趨勢(shì)，對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境均產(chǎn)生了不利的影響[16-17]。

1.2　數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要使用了錫林河流域的氣候、水文和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)。氣候數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn)，主要為錫林浩特氣象站1963—2015年的日數(shù)據(jù)，其中包括氣溫、相對(duì)濕度、降水量、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)量等，又鑒于研究區(qū)具有長(zhǎng)序列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的氣象站較少，因此，本文又以1963—2015年國(guó)家氣象信息中心氣象資料實(shí)驗(yàn)室建立的0.5°×0.5°降水格點(diǎn)的月值數(shù)據(jù)[18]作為補(bǔ)充，以分析區(qū)域面降水分布規(guī)律，經(jīng)檢驗(yàn)，氣候數(shù)據(jù)沒(méi)有隨機(jī)變化和明顯的突變點(diǎn)，可以代表該流域的氣候狀況。水文數(shù)據(jù)來(lái)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)水文總局，為1963—2015年錫林浩特站的日徑流數(shù)據(jù)和磚瓦廠(chǎng)站的日雨量數(shù)據(jù)，水文資料時(shí)間序列完整，數(shù)據(jù)可靠。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于錫林浩特市統(tǒng)計(jì)年鑒(1986—2015年)，包括人口、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(PIP)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(SIP)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(TIP)和牲畜數(shù)目等。研究區(qū)水系、氣候站點(diǎn)及水文站點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

1.3　研究方法

1.3.1降水—徑流關(guān)系分析在年、季時(shí)間尺度上，利用徑流—時(shí)間、降水—時(shí)間曲線(xiàn)、降水—徑流相關(guān)圖和年代均值來(lái)辨識(shí)研究區(qū)流域降水和徑流隨時(shí)間的變化關(guān)系和整體趨勢(shì)。利用降水—徑流雙累積曲線(xiàn)來(lái)分析整個(gè)時(shí)段年尺度降水—徑流關(guān)系是否一致，降水—徑流雙累積曲線(xiàn)理論上斜率應(yīng)該恒定，雙累積曲線(xiàn)的拐點(diǎn)可以認(rèn)為是分界點(diǎn)，在分界點(diǎn)處降水—徑流關(guān)系改變，可歸因于流域特性或氣候波動(dòng)的影響。

1.3.2趨勢(shì)的檢測(cè)Mann-Kendall檢測(cè)技術(shù)已廣泛用于水文氣象時(shí)間序列的趨勢(shì)分析中，但為了解決因時(shí)間序列的正相關(guān)性增加趨勢(shì)顯著性的機(jī)率而導(dǎo)致趨勢(shì)誤檢測(cè)的問(wèn)題，Hamed等[19]提出了一種考慮時(shí)間序列滯后自相關(guān)性的改進(jìn)Mann-Kendall趨勢(shì)檢測(cè)技術(shù)并在實(shí)踐中證明了有效性，本文采用該方法來(lái)檢測(cè)研究區(qū)徑流和降水序列在顯著水平α=0.05時(shí)的趨勢(shì)性。改進(jìn)Mann-Kendall法的計(jì)算流程詳見(jiàn)文獻(xiàn)[19]和[20]。

1.3.3降水和徑流序列的突變分析對(duì)于突變點(diǎn)的劃分有眾多的方法，常用的有累積距平法、有序聚類(lèi)分析法等。本文采用累積距平法[21]來(lái)劃分降水、徑流的突變點(diǎn)。累積距平法可以通過(guò)觀察徑流和降水序列差積曲線(xiàn)的變化來(lái)判斷數(shù)據(jù)點(diǎn)的離散程度和變化趨勢(shì)，計(jì)算公式為：

(1)

1.3.4影響徑流變化的貢獻(xiàn)率計(jì)算對(duì)于氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流變化的貢獻(xiàn)率分析，采用累積量斜率變化率比較法[22]，計(jì)算公式如下：

RSR=100×(SRa-SRb)/SRb=100×(SRa/SRb-1)

(2)

RSP=100×(SPa-SPb)/SPb=100×(SPa/SPb-1)

(3)

CP=100×(RSP/RSR)=100×(SPa/SPb-1)/(SRa/SRb-1)

(4)

式中：RSR和RSP為累積徑流量斜率變化率和累積降水量斜率變化率；SRb和SRa為累積徑流量表示年份線(xiàn)性關(guān)系式的斜率在拐點(diǎn)前后兩個(gè)時(shí)期的徑流量；SPb和SPa為累積降水量表示年份線(xiàn)性關(guān)系式的斜率在拐點(diǎn)前后兩個(gè)時(shí)期的降水量；CP計(jì)算為降水量變化對(duì)徑流量變化的貢獻(xiàn)率。

2　結(jié)果與分析

2.1　徑流和降水的時(shí)間變化

錫林河流域年徑流量多年來(lái)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)(圖2)，而降水的整體變化趨勢(shì)不明顯(圖3)。在年時(shí)間尺度上，流域的徑流量多年來(lái)呈現(xiàn)顯著減少的趨勢(shì)，但是2012年徑流量卻達(dá)到最大值，枯水季徑流量明顯高于豐水季徑流量，具有最大降水量的年份沒(méi)有最大徑流量，而具有最小降水量的年份具有最小的徑流量。最大降水量512.2 mm發(fā)生在1974年，而最大徑流量10.084 mm出現(xiàn)在2012年。從年代變化角度看，流域年徑流在20世紀(jì)90年代最大，在21世紀(jì)初最小，除在20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)10年代有所增加以外，其余年代均為減少，尤其是21世紀(jì)初相對(duì)于20世紀(jì)90年代減少了54.90%；豐水季徑流在20世紀(jì)90年代達(dá)到最大，除了20世紀(jì)70年代和20世紀(jì)90年代增加以外，其余年代均為減少，21世紀(jì)初相對(duì)于20世紀(jì)90年代減少了67.97%；而枯水季的徑流變化類(lèi)似年徑流的變化趨勢(shì)。流域年降水量在20世紀(jì)90年代達(dá)到最大，除了20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)初有所減少以外，其余年代均小幅度增加；豐水季降水也是在20世紀(jì)90年代達(dá)到最大，其變化類(lèi)似于年降水量變化；而枯水季降水量在21世紀(jì)10年代達(dá)到最大，除了20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)初減少以外，其余年代均為增加。在季時(shí)間尺度上，豐水季的徑流量明顯小于枯水季的徑流量，這可能是流域融雪和河網(wǎng)的儲(chǔ)冰解凍形成春汛使流域徑流增大引起的，而且豐水季的降水遠(yuǎn)大于枯水季的降水(表1)。

圖2　不同時(shí)間尺度下徑流量變化及5 a滑動(dòng)序列、年代均值序列變化

對(duì)于錫林河流域水文站的徑流量及降水量的變化趨勢(shì)用Mann-Kendal秩次相關(guān)法進(jìn)行檢驗(yàn)，由檢驗(yàn)結(jié)果可知：年徑流量(p=0.018)及枯水季的徑流量(p=0.005)下降趨勢(shì)顯著，說(shuō)明流域的徑流整體上呈明顯下降的趨勢(shì)。年降水的整體下降趨勢(shì)不太明顯(p=0.795)，同時(shí)豐水季的下降趨勢(shì)也不明顯(p=0.215)，但是枯水季降水的上升趨勢(shì)比較顯著(p=0.044)(表2)。然而，無(wú)論降水波動(dòng)趨勢(shì)如何，徑流總體呈下降趨勢(shì)，在1998年之后呈現(xiàn)比之前更加顯著的下降趨勢(shì)。降水—徑流雙累積曲線(xiàn)(圖4)在1998年出現(xiàn)拐點(diǎn)，說(shuō)明1998年之前的降水—徑流關(guān)系與1998年之后的降水—徑流關(guān)系呈現(xiàn)不同，也就是說(shuō)，研究區(qū)的降水—徑流關(guān)系可能在1998年左右改變。在相同的降水量條件下，變化期(1999—2015年)產(chǎn)生的徑流量顯然比基準(zhǔn)期(1963—1998年)產(chǎn)生的徑流量大(圖5)，達(dá)到36.4%(表3)。對(duì)于豐水季，變化期(1999—2015年)的年平均徑流量比基準(zhǔn)期(1963—1998年)的年平均徑流量少30%以上(表3)，這與年尺度變化(36.4%)相符。因此，這種變化意味著自1998年以來(lái)流域天然徑流特征發(fā)生改變。

圖3　不同時(shí)間尺度下降水量變化及5 a滑動(dòng)序列、年代均值序列變化

時(shí)間項(xiàng)目絕對(duì)量/mm全年豐水季枯水季相對(duì)變化率/%全年豐水季枯水季1963—1969年徑流4．9261．8443．082———降水274．671215．42959．243———1970—1979年徑流4．9152．0182．897-0．2309．441-6．015降水305．110241．15063．96011．08211．9407．9621980—1989年徑流3．8801．1142．767-21．046-44．815-4．489降水245．740200．71045．030-19．459-16．770-29．5971990—1999年徑流6．3072．9473．36062．535164．66221．432降水314．840247．60067．24028．11923．36249．3232000—2009年徑流2．8440．9441．900-54．903-67．972-43．439降水225．720163．57062．150-28．306-33．938-7．5702010—2015年徑流3．5510．7242．82724．844-23．33448．774降水312．267225．40086．86738．34237．80039．769

注：*為在顯著性水平α=0.05下趨勢(shì)顯著；↓為下降趨勢(shì)，下表同。

表3　1963-1998年與1999-2015年年季尺度平均徑流量對(duì)比

無(wú)論年、季尺度，1999—2015年的平均降水量與1963—1998年相當(dāng)，但1999—2015年的年平均徑流量顯著小于1963—1998年(圖3，圖5)。

圖4　錫林河流域徑流量和降水量雙累積曲線(xiàn)

氣候波動(dòng)對(duì)于研究區(qū)徑流的影響是客觀存在的，流域徑流量隨著氣候因子的變化體現(xiàn)出相應(yīng)的變化，這對(duì)于沒(méi)有人類(lèi)活動(dòng)參與的階段來(lái)說(shuō)是明確的，但若有人類(lèi)活動(dòng)的參與，人類(lèi)活動(dòng)會(huì)對(duì)徑流變化幅度產(chǎn)生一定的貢獻(xiàn)，這就需要對(duì)徑流時(shí)段進(jìn)行劃分，區(qū)分單純的氣候波動(dòng)影響階段及氣候和人類(lèi)活動(dòng)雙重影響階段。

圖5　錫林河流域徑流量和降水量散點(diǎn)及線(xiàn)性回歸

圖6　錫林河流域徑流、降水累積距平變化曲線(xiàn)

2.2　徑流和降水序列的突變年份分析

累積距平法可以較為直觀地反映徑流量在不同時(shí)代的階段變化，本文采用該方法來(lái)判斷降水量和徑流量突變年份。初步判斷徑流突變點(diǎn)在1979年、1985年、1998年，但是研究區(qū)站點(diǎn)在1998年前后徑流和降水均表現(xiàn)出顯著的增大—減小過(guò)程(圖6)，從流域徑流、降水雙累積曲線(xiàn)中的拐點(diǎn)可以進(jìn)一步確定錫林河流域徑流量發(fā)生突變的年份是1998年(圖4)，又由于干旱半干旱區(qū)氣候因子中，降水對(duì)徑流的作用占相對(duì)較大的比重，因此，確定研究區(qū)徑流突變點(diǎn)為1998年。

在1998年之前的階段可以看作是基準(zhǔn)期，徑流主要受到氣候波動(dòng)的影響，而在1998年之后的階段可以看做是變化期，徑流可以看作是受氣候波動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響。該階段氣候波動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流變化量的貢獻(xiàn)率，是需要定量解決的問(wèn)題。

2.3　氣候波動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流量變化的貢獻(xiàn)

變化期(1999—2015年)與基準(zhǔn)期(1963—1998年)時(shí)段相比流域累積徑流量—年份關(guān)系式斜率減少694.82億m3/a，減少率為37.76%。而累積降水量—年份關(guān)系式斜率減少32.68 mm/a，減少率為11.45 %(圖7A—7B，表4)。變化期與基準(zhǔn)期相比，流域氣候波動(dòng)對(duì)于徑流減少的貢獻(xiàn)率為30.34%，而人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流減少的貢獻(xiàn)率為69.66%，見(jiàn)公式(2)—(4)。因此，人類(lèi)活動(dòng)是導(dǎo)致錫林河流域徑流量減少的主要驅(qū)動(dòng)因素。

表4　錫林河流域累積徑流量、降水量斜率及其變化率

圖7　錫林河流域累積徑流量、累積降水量與年份的關(guān)系曲線(xiàn)

2.4　氣候的波動(dòng)要素影響分析

流域徑流受到氣候、流域特征和人類(lèi)活動(dòng)等因素的影響，這里分析了降水、風(fēng)速、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)和溫度等氣候要素的趨勢(shì)變化，結(jié)果顯示相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速和降水等要素在顯著性水平α=0.05時(shí)呈現(xiàn)不顯著的減少或增加趨勢(shì)，而蒸發(fā)和溫度卻呈現(xiàn)顯著的增加趨勢(shì)(表5)，基準(zhǔn)期與變化期溫度平均值差異達(dá)40%以上，其他氣候要素在突變點(diǎn)前后兩段時(shí)期內(nèi)的差異均小于20%，說(shuō)明在全球氣候變暖的形勢(shì)下，氣溫和蒸發(fā)對(duì)于研究區(qū)徑流產(chǎn)生一定的影響。

2.5　人類(lèi)活動(dòng)驅(qū)動(dòng)因素分析

人類(lèi)活動(dòng)是錫林河流域徑流減少的主要原因之一，流域主要分布在錫林郭勒盟錫林浩特市，因此選用錫林浩特市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于徑流影響的分析。社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)、人口數(shù)量、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(PIP)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(SIP)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值(TIP)和牲畜數(shù)量。

表5　氣候要素趨勢(shì)的改進(jìn)Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果

自1986—2015年，地區(qū)生產(chǎn)總值及其組成部分、人口數(shù)目呈現(xiàn)連續(xù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖8A，8B)。除人口和牲畜數(shù)目以外，其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1999—2015年的平均值是1986—1998年的6倍以上，尤其SIP和TIP增加了10倍以上，表明錫林河流域在1998年后人類(lèi)活動(dòng)頻繁，分析原因?yàn)殄a林河流域煤炭資源豐富，以煤炭為主導(dǎo)的工業(yè)迅速發(fā)展，帶動(dòng)了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。對(duì)比而言，人口增長(zhǎng)相對(duì)較小，約20%以上，說(shuō)明在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，生產(chǎn)方式不斷轉(zhuǎn)變，不再是以勞動(dòng)力為主的發(fā)展模式。

圖8　錫林河流域主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、人口年變化

圖9　錫林河流域大牲畜、羊數(shù)量的年變化

自1986—1998年以來(lái)，流域范圍內(nèi)牲畜總量呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，實(shí)際載畜量遠(yuǎn)大于正常水平，超過(guò)天然草場(chǎng)的承載能力，草原生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，1998年以后，國(guó)家及地方出臺(tái)系列政策來(lái)保護(hù)草原生態(tài)，流域內(nèi)養(yǎng)畜總量顯著減少并波動(dòng)變化(圖9)。變化期(1999—2015年)與基準(zhǔn)期(1986—1998年)相比，大牲畜數(shù)量的平均值減少了35.28%，羊數(shù)量的平均值減少了5.41%。在基準(zhǔn)期由于流域內(nèi)過(guò)度放牧和超載養(yǎng)畜等諸多不合理的人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致植被不斷退化，水土流失現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致流域的下墊面特征發(fā)生改變，徑流量發(fā)生變化。在變化期，盡管2000年開(kāi)始，錫林郭勒盟實(shí)施了一系列如“圍封轉(zhuǎn)移”“禁牧輪牧”等生態(tài)保護(hù)措施，在一定程度上減輕了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于錫林河流域徑流量的影響，但是錫林浩特市第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，不斷汲取利用地表水和地下水，導(dǎo)致錫林河流域徑流逐年不斷減少。

2.6　討 論

錫林河流域的徑流量多年來(lái)呈現(xiàn)顯著減少的趨勢(shì)，而各氣候要素的波動(dòng)變化趨勢(shì)不明顯。徑流量并沒(méi)有隨著降水量的變化表現(xiàn)出相應(yīng)的變化，說(shuō)明降水與徑流之間存在復(fù)雜的關(guān)系，這與地理緯度接近的遼河流域徑流變化規(guī)律[23]具有一致性。降水—徑流雙累積曲線(xiàn)在1998年出現(xiàn)拐點(diǎn)，說(shuō)明1998年之前的降水—徑流關(guān)系與1998年后降水—徑流關(guān)系呈現(xiàn)不同，也就是說(shuō)，研究區(qū)的降水—徑流關(guān)系在1998年出現(xiàn)改變。在相同的降水量條件下，基準(zhǔn)期(1963—1998年)產(chǎn)生的徑流量顯然比變化期(1999—2015年)產(chǎn)生的徑流量大，這種變化是由于1998年后流域天然徑流特征發(fā)生改變所導(dǎo)致的結(jié)果，這與焦瑋等[16]研究結(jié)果基本一致。

通過(guò)累積距平法確認(rèn)的突變年份與楊力哲等[17]關(guān)于錫林河流域的研究結(jié)果相近，但是楊力哲等僅判斷出累積徑流量發(fā)生拐點(diǎn)的年代，沒(méi)有查明突變年份，只是定性地分析了氣候波動(dòng)及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流的影響。這里確認(rèn)1998年為錫林河流域徑流顯著突變點(diǎn)，與Wang等[20]關(guān)于巴拉格爾河草原流域的突變年份(1994年)劃分不一致，究其原因一是研究所采用的時(shí)間序列長(zhǎng)短不一致，二是相似流域人類(lèi)活動(dòng)程度不同而產(chǎn)生徑流影響不同。

錫林河流域存在多種社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)于徑流變化的影響，各種因素之間的相互作用較為復(fù)雜，因此，定量區(qū)分各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)徑流的影響有待進(jìn)一步深入地研究。對(duì)于突變年份的劃分，應(yīng)該探尋細(xì)劃出潛存的多個(gè)階段的突變點(diǎn)，以便更細(xì)致地分析各階段的變化情況[24-25]。

3　結(jié) 論

(1) 從年代尺度看，流域年徑流在20世紀(jì)90年代最大，在21世紀(jì)初最小，尤其是21世紀(jì)初相對(duì)于20世紀(jì)90年代減少了54.90%。在年時(shí)間尺度上，流域的徑流量多年來(lái)呈現(xiàn)顯著減少的趨勢(shì)，2012年徑流量達(dá)到最大值，在具有最大降水量的年份沒(méi)有最大徑流量，而具有最小降水量的年份具有最小的徑流量。在季時(shí)間尺度上，豐水季的徑流量明顯小于枯水季的徑流量，但豐水季的降水遠(yuǎn)大于枯水季的降水，這可能是流域融雪和河網(wǎng)的儲(chǔ)冰解凍形成春汛使流域徑流增大引起的。總體來(lái)看，在變化環(huán)境下，無(wú)論時(shí)間尺度如何，錫林河流域徑流在1963—2015年呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)；

(2) 累積距平分析和降水—徑流雙累積曲線(xiàn)分析表明錫林河徑流在1998年出現(xiàn)拐點(diǎn)，研究區(qū)的降水—徑流關(guān)系在1998年左右發(fā)生改變。在1998年之前徑流主要受到氣候波動(dòng)的影響，在1998年之后徑流受氣候波動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響。在相同的降水量條件下，基準(zhǔn)期(1963—1998年)產(chǎn)生的徑流量顯然比變化期(1999—2015年)產(chǎn)生的徑流量大，達(dá)到36.4%。因此，這種變化意味著自1998年以來(lái)由于人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)程的加劇改變了天然徑流發(fā)生的機(jī)制和變化規(guī)律；

(3) 錫林河流域徑流減少的主要原因?yàn)槿祟?lèi)活動(dòng)，它對(duì)徑流減少的貢獻(xiàn)率為69.66%，人口增加、畜牧業(yè)及工業(yè)發(fā)展等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素共同影響著流域的徑流。氣候波動(dòng)對(duì)于徑流減少的貢獻(xiàn)率為30.34%，對(duì)于研究流域徑流的減少趨勢(shì)貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

研究成果可以作為我國(guó)北方半干旱高原草原流域在氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)流域徑流影響下的水資源保護(hù)與利用的參考依據(jù)。

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