泾河流域水文气象演变及其变化归因.pdf

WaterResourcesandydropowerEngineeringVol.54No.1034CEditorial Department of Water Resources and Hydropower Engineering.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license.and Hydropower Engineering,2023,54(10):34-48.LIUYu,GUYuhui,LIUYanxin,et al.Hydrometeorological evolution and its change attribution in Jinghe River BasinL.WaterResources刘宇，辜玉慧，刘炎鑫，等.泾河流域水文气象演变及其变化归因J水利水电技术（中英文），2 0 2 3，54（10）：34-48.水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期泾河流域水文气象演变及其变化归因刘宇，辜玉慧，刘炎鑫，马孝义（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100)摘要：【目的】定量评价流域水文变化特征并开展其归因识别研究是应对气候变化实现水资源合理开发利用的基础。【方法】以泾河流域为研究区，采用滑动t检验、小波分析等方法分析流域19 51一2018年水文气象要素演变特征，并基于Budyko假设和双累积曲线定量评价气候变化和人类活动对年、季尺度下流域水文变化的贡献率。【结果】结果表明：流域降水和径流均集中在夏季和秋季，潜在蒸散发集中在春季和夏季，泥沙主要集中在夏季；径流、泥沙呈显著减少趋势，并分别在19 9 6 年、1997年发生突变；径流（泥沙）主要存在三个主周期，第一、第二和第三主周期分别为41a、58 a 和15a(56a、2 6 a 和16 a)特征时间尺度；在春季和冬季流域径流变化对下垫面参数最为敏感，在年、夏季和秋季流域径流变化对降水最为敏感；人类活动对年径流、泥沙的贡献率分别为9 3.0 5%、96.48%，夏季径流、泥沙变化对年径流、泥沙变化的贡献率分别为50.6 0%、8 2.8 7%。【结论】近70a，泾河流域水文变化均呈显著减小的趋势，人类活动是导致年径流、泥沙减少的主要原因，而夏季径流、泥沙变化主导了年径流、泥沙的变化。研究结果可为变化环境下干旱半干旱地区生态保护、水土流失治理与水资源管理和开发利用提供科学依据。关键词：泾河流域；水文变化；人类活动；气候变化；Budyko假设；双累积曲线；作者互动水资源D0I:10.13928/ki.wrahe.2023.10.003开放科学（资源服务）标志码（OSID）：中图分类号：TV11文献标志码：A文章编号：10 0 0-0 8 6 0(2 0 2 3)10-0 0 34-15Hydrometeorological evolution and its change attribution in Jinghe River BasinLIU Yu,CU Yuhui,LIU Yanxin,MA Xiaoyi(College of Water Resources and Architecture Engineering,Northwest A&F University,Yangling712100,Shaanxi,ChinaAbstract:ObjectiveJ Quantitatively assessing the characteristics of hydrological changes in the river basin and conducting re-search on attribution identification are the basis for the rational development and utilization of water resources in response to cli-mate change.Methods The Jinghe River Basin(JRB)was used as the study area to analyze the evolution characteristics ofhydro-meteorological elements in the basin from 1951 to 2018 using sliding t-test and wavelet analysis,and to quantitatively eval-uate the contribution of climate change and human activities to the hydrological changes in the basin at annual and seasonal scalesbased on Budyko hypothesis and double mass curve.Results J The result show that precipitation and runoff in the JRB are main-收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 7；修回日期：2 0 2 3-0 4-2 4；录用日期：2 0 2 3-0 4-2 5；网络出版日期：2 0 2 3-0 6-0 6基金项目：国家自然科学基金项目（52 17 9 0 48）；国家重点研发计划（2 0 2 1YFD1900600）作者简介：刘宇（19 9 6 一），男，博士研究生，主要从事水文学及水资源和农业水土工程方向的研究。E-mail：l i u y u 9 6 10 30 16 3.c o m通信作者：马孝义（19 6 5一），男，教授，博士，主要从事农业水土工程管理与信息技术研究。E-mail：x m a n w a f u.e d u.c n35水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期刘宇，等/泾河流域水文气象演变及其变化归因ly concentrated in summer and autumn,potential evapotranspiration is mainly concentrated in spring and summer,and sedimentis mainly concentrated in summer.The runoff and sediment showed a significant decreasing trend,and the abrupt changeoccurred in 1996 and 1997,respectively.Runoff(sediment)mainly has three main periods in the JRB.The first,second,andthird main periods are 41 a,58 a,and 15 a(56 a,26 a,and 16 a)characteristic time scales,respectively.In spring and win-ter,runoff changes are most sensitive to underlying surface parameters,and in annual,summer,and autumn,runoff changeswere most sensitive to precipitation.The contribution of human activities to annual runoff and sediment was 93.05%and96.48%,respectively,and the contribution of summer runoff and sediment changes to annual runoff and sediment changes was50.60%and 82.87%,respectively.ConclusionJIn the past 70 years,the hydrological changes in the JRB have all shown asignificant decreasing trend,and human activities are the main reason for the decrease in annual runoff and sediment,while thechanges in summer runoff and sediment dominate the changes in annual runoff and sediment.The research result can provide ascientific basis for ecological protection,soil and water loss control,and water resources management and development in aridand semi-arid areas under changing environmental conditions.Keywords:Jinghe River Basin;hydrological changes;human activity;climate change;Budyko hypothesis;double mass curve;waterresources0引言随着全球气候变化，流域水文循环过程在一定程度上发生改变，给水资源开发利用带来极大挑战 。人类活动直接影响（如取用水、水资源管理等）或间接影响（如土地利用方式、下垫面变化等）影响着流域的产汇流机制，进而导致流域水文循环过程发生变化 2 。在气候变化和人类活动共同作用下，变化环境对流域水文水资源的影响已成为重点研究的课题之一，特别是在干旱缺水的黄土高原地区 3-4。研究表明，黄河中上游窟野河流域、汾河流域和北洛河流域近年来人类活动对径流变化的贡献率均在7 0%以上 5-7 ，洮河流域和清涧河流域人类活动对径流变化的贡献率相对较小，但也均超过50%8-9 。科学认识水文变化归因是水文学研究的热点问题之一，其对实现水资源高效利用和水土流失治理有指导作用。然而，水文过程具有复杂的非线性、突变性和随机性等特性，如何在变化环境下定量识别水文变化归因，逐渐成为流域水文循环及水资源演变机理的研究热点10 。针对这一问题众多学者提出了不同定量识别水文变化归因的方法。依据对水文系统描述的细致程度，将流域水文变化归因识别方法分为经验关系法、半经验公式法和基于物理过程的水文模型法 1。其中，经验关系法基于降水输人和径流输出的因果关系，建立基准期两者的统计关系式，并采用该关系式还原变化期径流，与实测径流进行对比，求得人类活动对径流变化的贡献，该方法对基础数据要求较低且简单，得到了广泛使用 12 。半经验公式法以水文学、气象学等相关理论为基础，建立一定物理基础的关系式，输人变化环境下不同变量，估算气候要素和人类活动对径流变化的影响，该方法通过合理选取影响因素，能较好地反映径流变化机理，为径流变化归因识别提供了较好的解决方案 13。水文模型法能够合理的反映流域水文循环的物理过程，并通过改变输人条件，估算气象要素对径流变化的贡献，该方法估算精度较高，但数据难获取，操作复杂 14在上述研究流域水文变化归因的方法中，考虑水量和热量平衡的Budyko假设和双累积曲线法因其简单且适用性强得到较为广泛的应用 15。孙福宝等 16 以黄河流域为研究对象，通过对6 3个子流域水文气象资料的研究分析，证明了Budyko假设在黄河流域的适用性。杨大文等 17-18 基于Budyko假设对黄河流域不同子流域的气候和下垫面变化对径流变化的贡献率进行了定量分析。薛帆等 I基于Budyko假设和分形理论，采用弹性系数法，对北洛河流域不同分区水沙通量变化进行归因分析，结果表明流域上游径流变化受人类活动的影响程度逐渐增强，半经验公式法更加简便，且有较好的适用性。夏露等 19 利用双累积曲线法、回归分析法和弹性系数法对昕水河流域水沙变化的归因进行了对比评价，三种方法的计算结果均表明人类活动是引起流域水沙变化的主要驱动因素，且计算结果较为接近，这表明传统的经验统计法确实有一定的可靠性和适用性。泾河流域位于生态环境脆弱、水土流失严重的黄土高原，随着2 0 世纪7 0 年代黄河流域水土保持工作的大力开展，流域径流、泥沙显著减少 2 0 。尤其是21世纪后，随着流域内植被恢复和梯田、淤地坝等的增加，流域径流、泥沙大幅度减少，水沙关系也发36水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期刘宇，等/泾河流域水文气象演变及其变化归因生相应变化，直接影响到流域水资源利用效率，给流域水资源开发利用带来挑战 2 1。此外，泾河流域位于干旱和半干旱区，降水是流域主要的补给来源，流域内各水文要素受降水的影响年内分配极不均匀，主要集中在7 9 月（夏季）【2 2】。然而，先前的学者们更加侧重于关心在年尺度水文序列的变化归因，由于泾河流域水文气象条件的特殊性，仅从年尺度上研究气候变化和人类活动对水文变化的影响并不能全面揭示其水文演变的原因 2 3。厘清年、季尺度下泾河流域的水文演变规律，并分析其水文变化归因，有助于为当地水资源开发利用、水土流失治理及生态环境保护提供科学依据因此，本研究基于泾河流域19 512 0 18 年水文气象数据，采用Manner-Kendall突变检验（M-K检验）、滑动t检验、小波分析等多种方法对流域水文气象要素演变的突变性和周期性进行分析，在此基础上采用Budyko假设、双累积曲线等方法，研究了年、季尺度的水文变化的驱动因素，并确定气候变化和人类活动对水文变化的贡献率1研究区概况泾河发源于宁夏回族自治区经源县六盘山东麓，流经陕西、甘肃和宁夏回族自治区三省，于陕西省西安市陈家滩注人渭河，流域面积4542 1km，河道全长455.1km（见图1）。泾河流域地处温带大陆性气105E106E107E108E109EN38N38N盐池WES同心吴旗37N37N环县36N36N西峰盘山平?图例铜川气象站35N35N陇县河流水系永寿高程/m都High:2919武功34N34N04080160240Low:356km105E106E107E108E109E图1泾河流域地理位置及气象站点分布Fig.1 Geographic location and meteorological station distributionmap of Jinghe River Basin候区，降水量少且集中，多年平均降水量为517.9mm，主要集中在7 一9 月份，占全年降水量的56.0%；降水是泾河流域河川径流的主要补给源，径流主要集中在7 一10 月份，占全年径流量的6 0%以上。泾河流域位于黄土高原高强度水土侵蚀区，水土流失较为严重，流域多年平均输沙量为2.2 10 t，是渭河乃至黄河泥沙的主要来源2数据来源与研究方法2.1数据来源泾河流域内及周边14个国家气象站点19 51一2018年日气象资料，来源于中国气象数据网（ht-tp：/d a t a.c ma.c n），其中缺测气象数据选用相关性最好的站点进行插补 2 4。张家山水文站19 512 0 18年的实测径流资料来源于水利部黄河水利委员会编印的黄河流域主要水文站实测水沙特征值统计。DEM数据来自于地理空间数据云（http：/)。2.2研究方法2.2.1水文气象变化分析方法本研究采用Penman-Monteith公式 2 5 计算泾河流域内及周边14个气象站的潜在蒸散发量，并基于泰森多边形法对流域整体气象要素进行计算，在此基础上采用线性回归分析、M-K检验、滑动t检验、累积距平、小波分析等方法对泾河流域水文气象变化特征进行分析 2 6-2 9 2.2.2Budyko 假设我国著名气候学家傅抱璞基于对流域水文气象的物理意义的研究，于19 8 1年提出了一组具有普适性的年尺度流域Budyko假设解析表达式 30 ET.ET。(ET。)1+1+PPP(1)ET.PPW1+a1+ET。ET。(ET。）式中，表示水热耦合控制参数，可通过水量平衡法反推求得；ET。、ET。和P分别表示潜在蒸散发量、实际蒸散发量和降水量（mm）。随后杨大文等 17 基于黄河流域的相关研究改进该方程，公式如下P ET。ET.(2)(P+ET。)式中，n表示水热耦合控制参数在本研究中，傅抱璞公式和杨大文公式中径流对37水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期刘宇，等/泾河流域水文气象演变及其变化归因气候与下垫面变化的敏感性由降水、潜在蒸散发、下垫面弹性系数表示。由于流域蓄水量在多年尺度上的变化可以忽略不计，因此多年流域水量平衡方程可以表示为R=P-ET.(3)径流深R的全微分形式可表示为 31dRdPdETdn+8ETo0R8PPET。+8n(4)式中，8 p、8 Er o 和s，分别为降水弹性系数、潜在蒸散发弹性系数和下垫面弹性系数，可由下式计算(1+vV(n+1)-(nt(1+)(1+d)/n-18ETo(5)(1+)1-(1+-)/nln(1+)+ln(1+)87n(1+)-(1+)/(n+1)式中，为潜在蒸散发量与降水量的比值。依据傅抱璞公式和杨大文公式，并引人降水、潜在蒸散发、下垫面弹性系数，可以分别估算出降水、潜在蒸散发和下垫面变化引起的径流变化，公式如下APARp=8pRPAET。AREToR(6)二ETOET。AR.=8Rn式中，ET。和P分别为突变前后潜在蒸散发量和多年平均降水量的变化量（mm）；n 表示突变前后流域下垫面条件的变化量。各因素对径流变化的相对贡献率可由下式计算ARCi 100%(7)xAR式中，x；为P，ET。或n；R为突变前后径流深的变化量；C，为各因素对径流变化的贡献率2.2.3双累积曲线双累积曲线是由MERRIAM于19 37 年提出用于分析降水资料的一致性，后经SEARCY等将其应用到水文气象资料校验、人类活动对降水、径流、输沙的影响等方面。双累积曲线在辨析气象因素和人类活动对输沙模数变化的影响量，可分为如下四步 32-33：第一步，分别计算两变量累积值，建立并绘制两变量的双累计曲线图；第二步，检验曲线的斜率是否发生突变；第三步，计算突变年后输沙模数的变化量；第四步，辨析气象因素和人类活动对输沙模数变化的影响量。3结果与分析3.1水文气象要素变化特征分析3.1.1水文气象要素季节变化泾河流域19 51一2 0 18 年不同季节水文气象要素的年际变化特征如图2 所示。降水（径流）集中在夏季和秋季，分别占全年的52%（41%）和2 7%（31%）；潜在蒸散发集中在春季和夏季，分别占全年的30%和38%；泥沙主要集中在夏季，占全年的8 7%。此外，降水和潜在蒸散发在冬季波动程度最大，变差系数分别为0.49 和0.12；径流在秋季波动程度最大，变差系数为0.6 93.1.2水文气象要素年际变化泾河流域19 512 0 18 年水文气象要素年际变化特征，如图3所示。流域内降水、潜在蒸散发均有不同程度的增加趋势，增加速率分别为0.13mm/a和0.20mm/a；径流、泥沙整体上均呈减少的趋势，其中径流深以每年0.41mm的趋势减少，输沙模数以每年7 1.51tkm的趋势减少。此外，在各年代间径流、泥沙的变化也存在明显的差异。在2 1世纪初，10a平均径流深为2 2.30 mm，仅为多年（19 512 0 18年）平均径流深的57.6 2%，而10 a平均输沙模数在20世纪9 0 年代达到最大值，为6 2 2 0 t/km，为多年（2 0 10 2 0 18 年）平均输沙模数（136 8 t/km）的4.55倍。总体来说，泾河流域径流、泥沙均呈减少趋势，但输沙模数相比径流深减小幅度更为明显，这表明流域泥沙对外界环境变化的响应相较于径流更为敏感3.2水文要素突变性和周期性分析3.2.1水文要素突变分析利用M-K检验、滑动t检验、累积距平等方法对泾河流域张家山水文站的径流泥沙时间序列进行突变分析（见图4）。M-K检验表明，张家山水文站的径流、泥沙UF、U B曲线仅有一个交点且位于9 5%、99%置信区间内，因此可认为径流、泥沙分别在1996年、2 0 0 4年发生突变；依据步长为5的滑动t检验，在9 9%置信区间内，可认为张家山水文站的径流发生突变的年份为19 9 6 年、19 9 7 年、2 0 0 9 年，泥沙发生突变的年份为19 9 7 年；累积距平检验结果表明径流自19 9 6 年开始减小，泥沙自19 9 7 年开始减小且为最大值，因此可以认为径流、泥沙发生突变的年份分别为19 9 6 年、19 9 7 年。综合考虑三种突变检验结果，可认为泾河流域径流、泥沙分别在19 9 6 年、38第54卷2023年第10 期水利水电技术（中英文）刘宇，等/泾河流域水文气象演变及其变化归因09017926935844873145217290362434冬冬秋秋夏夏春春19501960197019801990200020101950196019701980199020002010年份年份(a)季节降水量变化特征(b)季节潜在蒸散发量变化特征18162330380.02.81035.51038.31031.11041.4104冬冬秋秋/夏夏春春1119501960197019801990200020101950196019701980199020002010年份年份(c)季节径流深变化特征(d)季节输沙模数变化特征图2 泾河流域水文气象要素季节变化特征Fig.2Seasonal variation characteristics of hydrometeorological elements in Jinghe River Basin1997年发生显著减少突变。泾河流域突变前后水文气候要素统计特征值，如表1所列。年径流深在突变后相较于突变前减少43.2%，其中夏季减少量为8.1mm，为占全年减少量的45.8%；突变后年降水量有微弱的增加，其中春季和夏季降水量减少，分别为4.7 mm和3.5mm，秋季和冬季降水量分别增加了4.6 mm和3.7mm；突变后年潜在蒸散发量增加2 3.0 mm，其中春季增加量最大为2 2.7 mm，夏季和秋季略有减少。此外，除冬季降水，其它水文气象要素突变后的极值比均不高于突变前，且突变后的变差系数以低于突变前为主，这表明突变后的水文气象要素变异性减小。3.2.2水文要素周期分析小波系数实部图能够大致反映流域水文要素变化的周期特征，泾河流域径流、泥沙的丰枯变化特征如图5所示。流域径流变化明显存在10 2 0 a的短周期和30 6 0 a的长周期，流域泥沙变化明显存在10 30a短周期和40 6 0 a长周期。由于小波系数实部不能准确反映水文要素周期变化特征，本研究绘制了不同时间尺度水文要素的主要周期变化（见图6）。泾河流域径流、泥沙周期变化特征较为相似，其中径流主要存在三个主周期，第一、第二和第三主周期分别为41a、58a和15a特征时间尺度；泥沙同样主要存在三个主周期，分别为56 a、2 6 a 和16 a特征时间尺度。在15a、41a 和58 a特征时间尺度上，径流分别经历了7 个、2.5个和2 个丰一枯变化周期，平均变化周期分别为10 a、2 7 a 和34a。泥沙在16a、2 6 a 和56 a特征时间尺度上分别经历了7个、4个和2 个丰一枯变化周期，平均变化周期分别为10 a、17 a 和34a。39水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期刘宇，等/泾河流域水文气象演变及其变化归因8001050一降水量一一一趋势线潜在蒸散发一一一趋势线y=0.13.x+264.970010007=0.03wu/鲁600950500900400850y=0.20 x+555.71=0.093008001950196019701980199020002010202019501960197019801990200020102020年份年份(a)降水量年际变化(b）潜在蒸散发年际变化10016000一径流深一一-趋势线一输沙模数一一-趋势线80y=-71.51x+146 446.9y=-0.41x+846.2120001-0.42r=-0.506080004040002001950196019701980199020002010202019501960197019801990200020102020年份年份(c）径流深年际变化(d）输沙模数年际变化图3泾泾河流域水文气象要素年际变化特征Fig.3Interannual variation characteristics of hydrometeorological elements in Jinghe River Basin表1泾河流域突变前后水文气候要素统计特征值Table 1 Statistical characteristic values of hydrological and climatic elements before and after the abrupt change in Jinghe River Basin平均值/mm极值比变差系数时期PETRPETRPET。R年516.0946.041.02.231.266.190.180.050.46春99.7274.66.97.761.325.660.370.070.41基准期(19 5119 9 6 年)夏267.2368.417.03.121.409.950.250.070.49秋136.3189.712.75.931.5610.160.420.090.62冬13.5112.84.413.611.959.390.520.130.33年519.0969.023.32.231.265.000.180.050.39春95.0297.33.96.291.253.150.430.060.35变化期（19 9 7 2 0 18 年）夏263.7363.29.02.791.233.870.270.050.46秋140.9189.37.34.911.398.590.400.080.72冬17.2119.73.190.651.472.790.410.090.29年3.023.0-17.70.000.00-1.190.000.00-0.07春-4.722.7-3.0-1.48-0.07-2.510.06-0.01-0.06突变前后的变化值夏-3.5-5.2-8.1-0.33-0.17-6.090.02-0.02-0.03秋冬4.6-0.4-5.3-1.03-0.181.570.02-0.020.103.76.9-1.377.04-0.48-6.60-0.11-0.04-0.043.3气候变化和人类活动对水文过程影响的定量评估3.3.1径流变化归因分析空河流域成19 51一2 0 18 年水文气象参数特征值，如表2 所列。由傅抱璞、杨大文公式，计算得到流域在19 512 0 18 年期间夏季n和均最大，分别为4.9和4.2；秋季次之，为4.2 和3.5。流域下垫面40第54卷2023年第10 期水利水电技术（中英文）刘宇，等/泾河流域水文气象演变及其变化归因UFUB-=0.05显著水平一0.01显著水平一一统计量值一0 一总离差平方和554433221鲁1100-1-1-2-2-3-3-4-4-5-519501960197019801990200020102020i9501960197019801990200020102020年份年份(a)M-K检验径流深(b)M-K检验输沙模数55443322100-11-22-3-3196019701980199020002010196019701980199020002010年份年份(c）滑动检验径流深(d)滑动t检验输沙模数3506x103005x102504x1042003104150210410011045000-50-1x1041950196019701980199020002010202019501960197019801990200020102020年份年份(e)累积距平径流深（f）累积距平输沙模数图4泾河流域径流、泥沙突变检验结果Fig.4Test results of abrupt change of runoff and sediment in Jinghe River Basin参数n和均呈增大的趋势，秋季变化最大，n和由基准期的3.1和3.8 增加到变化期的4.5和5.2；夏季变化次之，n和均增大1.3。流域下垫面参数增大的原因主要是因为近年来随着我国退耕还林（草）、再造西北地区山川秀美34】等一系列生态修复工程的实施，使流域植被覆盖度增大。依据傅抱璞公式，在19 51一2 0 18 年期间年降水量、年潜在蒸散发量和年下垫面参数每增加1%的条件下，流域年径流量分别增加3.2%、-2.2%和-2.3%；杨大文公式则分别增加3.3%、-2.3%和-2.4%。此外，在春季和冬季流域径流变化对下垫面参数最为敏感，在年、夏季和秋季流域径流变化对降水最为敏感。采用傅抱璞、杨大文公式对泾河流域19 51一2018年气候变化与人类活动对流域径流影响的贡献率进行计算，如表3所列。两种方法计算的径流变化贡献率较为接近，计算结果较为合理。但杨大文公式的相对误差较小，因此本研究采用其计算结果来评判气候变化与人类活动对径流变化的贡献率。计算结果表明，人类活动是导致年径流减少的主要原因，在19512018年泾河流域年径流减少17.8 3mm，人类活动的贡献率为9 3.0 5%；气候变化导致径流减少1.27mm，贡献率为7.13%，其中降水量增加3.1mm导致流域径流增加0.7 0 mm，贡献率为-3.9 1%，41水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期刘宇，等/泾河流域水文气象演变及其变化归因0.260.340.30.200.30.270.20.150.210.20.100.140.10.050.070.10.000.01-0.050.00.0-0.06-0.12-0.13-0.17-0.10.1-0.19-0.230.2-0.26-0.2-0.280.330.3-0.3606019601970,405019601970,40501980301980301990201990年202000102000份20100时间尺度/a份2010010时间尺度/a(a)径流小波系数实部(b）泥沙小波系数实部图5泾河流域径流、泥沙小波系数实部图Fig.5 Real part of the wavelet coefficients of runoff and sediment in Jinghe River Basin2.5652.041.513/1.0121110.511115a141a58a16ai26ai56a10.001020304050600102030405060时间尺度/a时间尺度/a(a)径流深方差(b)输沙模数方差0.30.415a16a41a0.326a0.258a56a0.20.10.10.00.0-0.1-0.1-0.2-0.2-0.3-0.3-0.41950196019701980199020002010202019501960197019801990200020102020年份年份(c)径流深特征时间尺度(d）输沙模数特征时间尺度图6 泾河流域径流、泥沙小波系数方差和特征时间尺度Fig.6Variance and characteristic time scale of runoff and sediment coefficients in Jinghe River Basin42水利水电技术（中英文）第54卷2023年第10 期刘宇，等/泾河流域水文气象演变及其变化归因表2泾河流域水文气象参数特征值Table 2Characteristic values of hydrometeorological parameters in Jinghe River Basin傅抱璞杨大文时期8P8ETOn8P8ETO年3.23.0-2.0-2.92.53.1-2.1-2.3春2.72.6-1.6-3.61.92.7-1.7-2.7基准期夏4.64.2-3.2-2.43.94.3-3.3-2.0秋3.83.5-2.5-2.23.13.6-2.6-1.8冬1.41.4-0.4-3.90.61.4-0.4-1.8年3.73.7-2.7-3.33.03.7-2.7-2.8春2.92.9-1.9-4.32.13.0-2.0-3.3夏秋冬变化期5.95.64.6-2.85.25.7-4.7-2.55.24.8-3.8-2.54.54.9-3.9-2.11.71.6-0.6-4.20.91.8-0.8-2.4年3.33.2-2.2-3.02.63.3-2.3-2.42.72.7-1.7-3.82.02.8-1.8-2.8总时段4.94.6-3.6-2.54.24.6-3.6-2.14.23.8-2.82.33.53.9-2.9-1.9冬1.51.4-0.4-4.00.71.5-0.5-2.0表3泾河流域气候变化和人类活动对径流变化的贡献率Table 3Contribution of climate change and human activities to runoff changes in Jinghe River Basin影响量/mm贡献率/%Budyko假设时间相对误差/%R.RR.C,C.C.Ch年0.7-1.9-1.2-16.7-3.810.66.893.80.7春-0.7-0.8-1.5-1.722.523.846.350.4-3.3傅抱璞夏-0.70.70.0-8.98.6-8.20.5106.87.3秋1.40.21.6-8.1-23.7-3.3-27.0135.58.5冬1.4-0.11.3-3.0-92.56.8-85.7198.512.8年0.7-2.0-1.3-16.6-3.911.07.193.10.2春-0.8-0.8-1.6-1.723.525.549.052.01.1杨大文夏-0.70.70.0-8.48.7-8.50.2100.81.1秋1.40.21.6-8.0-24.1-3.3-27.4134.16.7冬1.5-0.11.4-3.0-98.18.1-90.0197.27.3注：R，、R。、R。和R分别表示降水、潜在蒸散发、气候和人类活动变化引起的径流变化量；C，、C。、C。和C,分别表示降水、潜在蒸散发、气候和人类活动变化对径流变化的贡献率。潜在蒸散发量增加2 3.14mm导致径流减少1.9 7 mm，贡献率为11.0 3%此外，人类活动是导致春、夏、秋、冬季径流减少的主要原因，贡献率分别为52.0%、10 0.8%、134.1%和19 7.2%。春季和夏季气候变化对径流减少有促进作用，春季气候变化对径流变化的贡献率最高为49%，降水量和潜在蒸散发量的贡献率分别为23.5%、2 5.5%；夏季气候变化对径流变化的贡献率最低仅为0.2%，降水量和潜在蒸散发量的贡献率分别为8.7%、-8.5%。秋季和冬季气候变化有利于径流增加，贡献率分别为2 7.4%和9 0.0%，其中降水变化是主要原因，贡献率分别为2 4.1%和9 8.1%，但冬季占全年径流量的比值较小，对年径流变化的影响程度较低。3.3.2泥沙变化归因分析本研究基于泾河流域19 51一2 0 18 年降水和输沙数据，采用双累积曲线法点绘了泾河流域年和四季降水量一输沙模数的双累积曲线，以对泾河流域泥沙变化归因进行分析（见图7）。五条双累积曲线都呈上凸型态，说明流域年及四季输沙量均呈减小的趋