王淑媛，李曉丹，劉學錄，孫靜，孫治芳，韓雨，徐一恒

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學管理學院，甘肅 蘭州 730070）

在人類活動的劇烈影響下，全球氣候逐步變暖，氣溫普遍升高，引起冰川退縮，海平面上升，進而對水文循環(huán)系統(tǒng)造成重要影響，降水量隨之增多［1-2］。部分受降水影響明顯的流域，徑流量與產(chǎn)沙量開始改變，導致流域水土流失面積不斷提高［3］。流域產(chǎn)沙量、徑流量、降水量與土地利用方式都在時空尺度上發(fā)生著不可忽視的相互影響［4-6］。研究人類經(jīng)濟發(fā)展對流域產(chǎn)沙量、徑流量的影響，能夠為流域內(nèi)生態(tài)、經(jīng)濟綠色高效可持續(xù)發(fā)展提供技術依據(jù)。黃河流域承載著我國西部相當量的經(jīng)濟活動，甘肅省作為流域內(nèi)重要省份，位于黃河上游，黃河流經(jīng)甘肅省干流全長913 km，占流域長度的17%左右，黃河流域甘肅段覆蓋14.4萬km2，占全流域面積的19%左右。由于地貌、植被變化以及土地利用方式的影響，大量泥沙沿河而下，逐步造成嚴重的水土流失［7］。任祁榮等對甘肅省生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的耦合性進行了分析分析［8］。楊芳等對涇河流域代表站降水、徑流、輸沙量的變化特征進行了分析［9］。張春林等對近58 a來洮河流域水沙演變特征與驅(qū)動力進行了分析分析［10］。孫浩峰開展了甘肅洮河流域生態(tài)清潔小流域建設條件研究［11］。王海榮開展了渭河干流甘肅段河流形態(tài)健康評價與研究［12］。黃晨璐等開展了渭河與涇河流域水沙變化規(guī)律及其差異性分析［13］。上述研究工作對于理解黃河流域甘肅段主要一級支流的水沙運動特征與規(guī)律具有指導意義，但缺乏流域社會經(jīng)濟發(fā)展、土地利用方式等對水土流失影響的深刻揭示，在解決水土流失普遍問題時缺乏意義。國家《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確提出：突出抓好黃土高原水土保持，全面保護天然林，持續(xù)鞏固退耕還林還草成果，加大水土流失綜合治理力度，穩(wěn)步提升城鎮(zhèn)化水平，改善中游地區(qū)生態(tài)面貌。甘肅省委省政府印發(fā)《甘肅省黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃》中提出：隴中隴東黃土高原水土保持區(qū)，包括慶陽、平?jīng)?、定西、天水、白銀、蘭州及臨夏州永靖、臨夏市、東鄉(xiāng)、廣河4市縣，以水土流失綜合治理為重點，有效保護和恢復林草植被，結合工程措施，開展流域綜合治理，有效提高森林覆蓋率和水土流失保持率。為了在新發(fā)展格局下探索黃河流域甘肅段水土流失與社會經(jīng)濟發(fā)展間的相互關系，本文以流域產(chǎn)沙量、徑流量這兩個目前普遍采用的研究水土流失的重要指標為主，結合人口與社會經(jīng)濟相關指標，對涇河、渭河、洮河三條黃河流域甘肅段主要一級支流的水土流失與社會經(jīng)濟發(fā)展的關系進行多維度相關性分析，以期為協(xié)調(diào)黃河流域甘肅段的生態(tài)保護與高質(zhì)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處的黃河、長江流域上游，是國家生態(tài)安全屏障的重要組成部分。黃河流域甘肅段的主要支流根據(jù)地貌類型主要包括涇河、渭河和洮河。涇河發(fā)源于涇源縣老龍?zhí)?，在崆峒峽流入平?jīng)鼍硟?nèi)，橫貫崆峒區(qū)、涇川縣、在慶陽市長慶橋以下4 km處的陜西省高陵縣張卜村并入渭河［14］。渭河發(fā)源于甘肅省定西市渭源縣鳥鼠山，是黃河最大的支流，甘肅省境內(nèi)流經(jīng)定西市和天水市，渭河甘肅段是指渭河的源頭至甘肅和陜西交界處的渭河干流區(qū)域。渭河干流兩岸支流眾多，屬不對稱水系，水系呈扇狀分布［15］。洮河發(fā)源于甘青兩省交界處的西傾山東麓，由西向東流經(jīng)甘南藏族自治州碌曲縣、臨潭縣、卓尼縣，由定西市岷縣折向北流經(jīng)臨潭縣、臨洮縣，在臨夏回族自治州永靖縣境內(nèi)匯入黃河干流劉家峽水庫［16］。

1.2 研究方法與數(shù)據(jù)

1.2.1 數(shù)據(jù)來源人口、農(nóng)業(yè)及社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)來源于《甘肅省水利廳政府信息公開年報》，徑流量、產(chǎn)沙量及降雨量數(shù)據(jù)來源于甘肅省水利廳《2009-2019年產(chǎn)沙量公報》、《2009-2019年水土保持公報》，土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學院環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心及地理空間數(shù)據(jù)云平臺。

1.2.2 研究方法流域產(chǎn)沙量、徑流量、降雨量的年際變化采用趨勢分析法分析。產(chǎn)沙量、徑流量、降雨量之間的相互影響、社會經(jīng)濟因素（GDP、農(nóng)業(yè)GDP、人均GDP、人口總數(shù)、人口密度和耕地面積）對產(chǎn)沙量、徑流量、降雨量之間的影響利用SPSS（20.0）進行分析。土地利用方式對流域水土流失的壓力主要來自經(jīng)濟發(fā)展和人口增長及其分布，故而首先選擇GDP、人均GDP、人口總數(shù)、人口密度作為影響流域水土流失的因素。其次，由于研究區(qū)的土地利用類型以農(nóng)業(yè)用地為主，農(nóng)業(yè)用地中又以耕地為主，所以選擇農(nóng)業(yè)GDP和耕地面積作為分析社會經(jīng)濟發(fā)展與流域水土流失的影響因素。

2 結果與分析

2.1 水沙變化趨勢分析

2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級支流水沙監(jiān)測結果見圖1和圖2，降雨量監(jiān)測結果見圖3。從圖中可以看出：渭河、洮河的產(chǎn)沙量呈明顯增加趨勢，渭河多年平均產(chǎn)沙量的增加更明顯，涇河的產(chǎn)沙量呈減少趨勢。三條主要支流的徑流量、降雨量均呈逐漸增加的趨勢。

圖1 2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級支流產(chǎn)沙量監(jiān)測結果Figure 1 Monitoring results of sediment yield of major first-level tributaries in the Gansu section of the Yellow River Basin from 2008 to 2018

圖2 2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級支流徑流量監(jiān)測結果Figure 2 Runoff monitoring results of main first-level tributaries in the Gansu section of the Yellow River Basin from 2008 to 2018

圖3 2008～2018年黃河流域甘肅段部分主要一級支流降雨量監(jiān)測結果Figure 3 Rainfall monitoring results of some major firstlevel tributaries in the Gansu section of the Yellow River Basin from 2008 to 2018

黃河流域甘肅段主要一級支流水沙指標、降雨量變化結果見表1，土地利用現(xiàn)狀見表2。從表1中可以看出，三條主要支流的產(chǎn)沙量的變異系數(shù)均顯著大于徑流量和降雨量的變異系數(shù)，降雨量的變異系數(shù)最小。說明，雖然降雨量是地表徑流的主要來源，也是促進水土流失的主要原因，但產(chǎn)沙量的變化有降雨量、徑流量之外的原因。研究期內(nèi)，平均產(chǎn)沙量最大的為渭河，最小的為洮河，前者是后者的3.2倍；平均徑流量最大的為洮河，最小的為涇河，前者為后者的3.8倍；三條主要支流的平均降雨量接近，相差不大。從表2中可以看出，涇河流域面積最大，比渭河和洮河多出約5 000 km2。涇河流域土地利用類型以耕地和草地為主，渭河流域以耕地為主，洮河流域則以草地和森林為主。其中，渭河的耕地面積比涇河約多3 000 km2，且是洮河耕地面積的2.6倍。三條主要支流的土地利用類型多為耕地、草地和森林等農(nóng)業(yè)用地，在流域占比共達95%以上?？梢园l(fā)現(xiàn)，在多年平均降雨量差異不明顯的情況下，三條主要支流的徑流量、產(chǎn)沙量差異巨大，除了與流域面積、植被類型及其覆蓋度（反映水域涵養(yǎng)功能）的差異有關外，還與流域之間的社會經(jīng)濟發(fā)展狀況有關。

表1 2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級支流水沙變化趨勢比較分析Table 1 Comparative analysis of the variation trend of water and sediment in the main tributaries of the Gansu section of the Yellow River Basin from 2008 to 2018

表2 黃河流域甘肅段主要一級支流土地利用現(xiàn)狀Table 2 Current status of land use in the main tributaries of the Gansu section of the Yellow River Basin

從2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級支流降雨量、徑流、產(chǎn)沙量相關性分析結果（表3）看，三條主要支流的降雨量、徑流量、產(chǎn)沙量三者之間的相關性差異明顯。其中，渭河的產(chǎn)沙量、徑流量與降雨量相關性最顯著，產(chǎn)沙量與徑流量極顯著相關，說明渭河流域的降水絕大部分轉(zhuǎn)換成了地表徑流量，水源涵養(yǎng)功能差且地表徑流顯著地促進了水土流失。洮河流域的降雨量對地表徑流的影響不顯著，水源涵養(yǎng)功能較好，但地表徑流對產(chǎn)沙量的貢獻極顯著。涇河流域的降雨量與地表徑流極顯著相關，產(chǎn)沙量與徑流量、降雨量相關性不強，說明涇河流域的水域涵養(yǎng)功能不強，降雨量大部分轉(zhuǎn)化成了地表徑流；更重要的是，產(chǎn)沙量與徑流量、降雨量等除了映水源涵養(yǎng)功能要素以外，還與人口、經(jīng)濟、土地利用等社會經(jīng)濟發(fā)展要素關系密切。

表3 水土流失變化趨勢及與降雨量相關性分析Table 3 Variation trend of soil erosion and its correlation with rainfall

2.2 水土流失與社會經(jīng)濟發(fā)展的關系分析

從2008～2018年黃河流域甘肅段主要一級支流產(chǎn)沙量、徑流量與社會經(jīng)濟發(fā)展指標之間的相關性分析結果見表4。

表4 產(chǎn)沙量、徑流量與社會經(jīng)濟因素間的相關性分析Table 4 Correlation analysis of sediment yield，runoff and socioeconomic factors

涇河流域的產(chǎn)沙量主要受土地利用方式（與耕地面積呈顯著正相關）、人口和人口密度的影響，與經(jīng)濟發(fā)展狀況呈負相關，說明該流域經(jīng)濟發(fā)展并沒有對地表徑流，尤其是產(chǎn)沙量帶來消極的影響，保持和轉(zhuǎn)變已有的經(jīng)濟發(fā)展方式可以促進流域產(chǎn)沙量的減少和地表徑流的增加。

渭河和洮河流域的土地利用方式與社會經(jīng)濟指標均對這兩個流域的產(chǎn)沙量和徑流量具有促進作用。其中，土地利用方式對洮河流域產(chǎn)沙量和徑流量的促進作用大于渭河流域。

人口和人口密度均與渭河、洮河的徑流量和產(chǎn)沙量呈正相關，且與人口密度相關性更大；而涇河的徑流量與人口和人口密度呈負相關，與人口密度的相關性更大。由此可見，在人口因素中，人口密度是水土流失問題的重要驅(qū)動力之一。

3 討論與結論

3.1 討論

黃土高原水土流失的原因主要包括自然因素和人為因素兩類，其中降雨是影響水土流失變化的主要自然因素，農(nóng)業(yè)耕作是影響水土流失變化的人為因素。黃河流域的社會經(jīng)濟發(fā)展與水土流失問題息息相關，黃河流域嚴重的水土流失，一定程度地制約了當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境［17］。曹伯萬對甘肅省黃河流域的水土流失變化原因的分析發(fā)現(xiàn)，20世紀八十年代、九十年代降雨強度對水土流失有決定性的影響［18］，與本文研究的2008～2018年，年總降雨量變化對地表徑流、水土流失的影響有相似之處。而黃啟芬對貴州省88個縣（市）水土流失與社會經(jīng)濟相關性的分析顯示，土地利用方式、人口密度是社會經(jīng)濟指標中對水土流失的影響最為關鍵［19］。本文水沙指標與社會經(jīng)濟指標相關性分析表明，涇河的產(chǎn)沙量主要受土地利用方式（與耕地面積呈顯著正相關）和人口密度的影響，且人口和人口密度均與產(chǎn)沙量以及渭河、洮河徑流量呈正相關，且與人口密度相關性更大；而涇河的徑流量與人口和人口密度呈負相關，與人口密度的相關性更大。因此，人口、人口密度對水土流失的影響具有復雜性。林洪、朱春波等通過分析浙江省1986～2005年社會經(jīng)濟和水土流失的變化得出，水土資源是社會經(jīng)濟發(fā)展必不可少的根基資源，水土流失也是貧困問題的根本原因［20］。第寶鋒、寧堆虎等采用應用統(tǒng)計分析等方法研究發(fā)現(xiàn)水土流失與貧困人口相互影響互為因果，破壞生態(tài)會造成水土流失，水土流失會限制了資源的有效利用，導致環(huán)境壓力增加，是生態(tài)損傷和貧困的根本原因，GDP下降又促使了水土流失以及生態(tài)的惡化［21］。本文研究結果顯示，渭河和洮河這兩個流域的社會經(jīng)濟指標均對產(chǎn)沙量和徑流量具有促進作用，與林洪、朱春波等的研究結果一致，說明水土保持與脫貧致富之間是可以做到協(xié)調(diào)推進的。

本文研究結果顯示，黃河流域甘肅段主要一級支流2008～2013年流域產(chǎn)沙量變幅大，且渭河、洮河產(chǎn)沙量在2013年達到最大值，自2014年流域水土流失開始改善。甘肅省黃河流域主要一級支流涇河、渭河和洮河的水土流失情況與社會經(jīng)濟發(fā)展主要指標的關系分析發(fā)現(xiàn)，受氣候因素影響較大的同時，人口、經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)業(yè)耕作都對流域水土流失有重要的影響，水土流失和社會經(jīng)濟發(fā)展相互制約。耕地面積、人口密度的變化及流域的產(chǎn)沙量增減三者有密切關系，主要影響著產(chǎn)沙量的變化；因此優(yōu)化、調(diào)整種植業(yè)結構，轉(zhuǎn)變耕地利用方式，控制人口密度的增長，對改善流域的水土流失有一定程度的作用；流域的徑流量和GDP的相關性，改善流域的水土流失對GDP提升也有重要影響。

3.2 結論

本研究以黃河流域甘肅段主要一級支流涇河、渭河和洮河流域為研究區(qū)域，對流域水沙變化與自然因素（降雨量）、土地利用方式、經(jīng)濟發(fā)展狀況相關性分析，主要結論如下：

在研究時段內(nèi)，黃河流域甘肅段主要一級支流的產(chǎn)沙量波動劇烈，涇河流域甘肅段產(chǎn)沙量呈下降趨勢，洮河和渭河流域產(chǎn)沙量呈上升趨勢，涇河、渭河和洮河相比，渭河多年平均產(chǎn)沙量明顯更多。研究期內(nèi)，平均產(chǎn)沙量最大的為渭河，最小的為洮河，前者是后者的3.2倍；平均徑流量最大的為洮河，最小的為涇河，前者為后者的3.8倍。

三條主要支流的平均降雨量接近。渭河的產(chǎn)沙量、徑流量與降雨量相關性最顯著，產(chǎn)沙量與徑流量極顯著相關，洮河流域的降雨量對地表徑流的影響不顯著，但地表徑流對產(chǎn)沙量的貢獻極顯著。涇河流域的降雨量與地表徑流極顯著相關，產(chǎn)沙量與徑流量、降雨量相關性不強，說明涇河流域的水域涵養(yǎng)功能不強。

相關分析表明：人口、人口密度和土地利用方式是影響研究區(qū)三條一級支流水土流失的關鍵因素，水土流失的變化在一定程度上制約經(jīng)濟發(fā)展。