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是我们水文部门应该作的研究工作。
摘要：
自然因子和人类活动互动共生影响河川径流序列的变化，无定河流域大规模的水土保持等人类活动长期累积，产生了显著的水文响应。
本文利用无定河10个水文站1956－2000年径流实测数据，34处雨量站资料，综合检验分析了河川径流时间序列的一致性，定量分析计算了人工取水和水土保持活动对其减少量的影响程度。
结果表明：
气候和人类活动因子变化对径流量减少的影响程度，在流域上、中、下游情况各异。
水保措施在无定河中游支流影响径流减少程度超过50％。
蒸散发量减少对流域径流量的减少影响为零。
全流域以出口控制站白家川站为控制，降水量减少影响径流量减少占76.4％，人类活动影响占23.6％，其中人工取水消耗影响占18.8％，水保措施影响占4.8％。
关键词：
径流一致性；
人类活动；
定量影响；
无定河
无定河是黄河河口镇～龙门区间右岸的最大支流，流域面积30261km2、河长491.2km，河源与河口海拔高程差1158m、平均比降1.8‰。
暴雨多、强度大，降水年际变化大、年内分配不均，平均年降雨量350—500毫米，日照2600—2900小时，水面蒸发量1700—2000毫米。
干旱、降雨集中、蒸发高的气候水文特征，以及丘陵、梁涧沟壑和沙丘滩地三类地形破碎、植被差的地形地貌，使其成为黄河中游水土流失最严重和水土保持重点治理的区域。
流域内大规模人类活动的累积，改变了下垫面产汇流自然规律，产生了显著的流域水文响应，干扰了水文序列的稳定变化趋势。
1
河流产流特性及流域土地开发整治情况
1.1
降水、流域下垫面产汇流特性
无定河右岸上游河源梁涧区和左岸北部风沙区是地表径流的主产区，其多年平均径流量分别占无定河入黄河控制站白家川水文站的43.1％和30％，其次右岸中、下游黄土丘陵沟壑区的大理河占12.5％。
左岸北部风沙区（如榆溪河流域）降水多以河川基流形式稳定排泄，多年平均年降水量﹤350mm。
河源梁涧区及中、下游黄土丘陵沟壑区多年平均年降水量350－500mm，且多以暴雨洪水和超渗产流方式产流，上游年径流量约40％、中下游年径流量约60％集中于汛期的6～9月，汛期径流量占年径流量的百分比依丰水年、平水年和枯水年而减小，汛期和主汛期7～8月降水、径流的丰枯变化幅度大于其年值变幅。
水文测验断面暴雨洪水历时短、涨落快，水位流量关系受河道冲淤变化影响或关系线散乱、或呈绳套型，支流测站峰型较瘦，泥沙和洪水过程基本同步或沙峰稍滞后出现，峰型相似。
1.2
流域土地开发整治情况
无定河流域土地利用主要是发展以修筑淤地坝、水库、梯田和种草、种树等水土保持措施为主的农林牧业经济，近年来城市和能源、化工业用地迅猛增长。
20世纪60、70年代大规模水土流失治理首个高潮期兴建的治理工程，80年代初相继失效后，90年代开始水保二期一、二阶段的大规模治理，在一期大部分小流域取得“全拦全蓄，泥不出沟”治理效果之后，二期重点小流域形成了“层层设防，节节拦蓄”的水土流失综合防治体系［1］。
全流域大小蓄水工程1万余个，其中地表水引水工程在枯水年平均引水量占河道水量的60％，枯月高达80％，加之水量分配不均，大部分时间河道几乎断流无水［2］。
白家川水文站实测平均含沙量比50年代减少43.5％。
2
河川径流序列趋势一致性分析检验
水文资料序列趋势变异的检验方法：
相关系数检验、斯波曼（Spearman）秩次相关检验、肯德尔（Kendall）秩次相关检验等；
跳跃变异的识别方法：
有序聚类法、Lee-Heghinan法、滑动F检验法、最优信息二分隔模型、Mann-Kendall法等等。
降水、蒸发等气候因子和流域下垫面特征综合影响水文序列的平稳性变化趋势。
气候因子的随机变化大尺度上不受人类活动的影响，随其主成因子的周期性演变会使径流序列产生周期性的波动变化。
大规模水土保持工程对下垫面影响是渐进性的，除大型水利工程拦蓄或河道人工直接取引水会“实时”对径流序列产生显著干扰点外，淤地坝、小型水库、梯田和种草、种树等水土保持措施的水文效应具有后滞性。
这种滞后性首先反映在水文勘测断面实测泥沙序列的突变，然后出现径流序列的显著突变点。
前人利用丰富的水土保持统计资料，从成因的角度统计分析确定1970年是无定河流域出现明显减沙效应的突变年份［3］［4］。
许炯心等还分类统计了梯田、造林、种草坡面侵蚀和淤地坝、水库、灌溉拦（引）沙量的历年变化，表明1970年后各类水保措施的减沙、沉沙量均呈增加的趋势［5］（见图1）。
图1
无定河流域1954－1989年水保措施减沙量随时间变化
图2
无定河流域Sn（t）的变化过程（Sn（t）为总离差平方和）
王国庆等运用斯波曼秩次相关检验法分析了无定河流域年径流系数序列的趋势性，并利用有序聚类分析法推求出1972年是无定河流域年径流系数序列的突变点，之前可视为天然序列，之后人类活动对流域年径流影响显著［6］（见图2）。
本文采用点绘径流量R累积过程线、面雨量～径流量（P～R）双累积曲线的方法判定径流序列的一致性。
选无定河上中下游，干支流所设的韩家峁、横山、殿市、马湖峪、赵石窑、曹坪、丁家沟、李家河、绥德、白家川10处水文站实测径流资料，插补延长到1956～2000年同步系列，并逐站逐年进行社会经济发展用水消耗量的一次还原。
利用34处雨量站资料，求各站控制流域面积内的逐年面雨量。
结果表明，大部分站的面雨量与径流量双累积曲线反映突变点不明显，而径流量累积过程线反映的比较清晰，详见图3。
除韩家峁站因集水区全为沙漠基流稳定、曹坪站人类影响微弱，无径流序列突变外，其余站均出现了明显的序列突变点。
其中2站出现在1970年，1971年和1972年各出现3站，见表1。
以突变点为界，将突变点以前同量级降水高产流时段称为“基准期”，以后为人类活动影响下垫面累积及降水等气候因子综合作用状况下同量级降水低产流的“现状期”，以便分析“现状期”比“基准期”人类活动对径流量的定量影响。
表1
无定河干支流水文站年径流量突变点分析结果表
水文站
点绘天然年径流量累积过程线确定的突变点年份
统计年限
上中游右岸支流芦河
横山
1972
1956～2000年
中游右岸支流黑木头川
殿市
1970
中游干流
赵石窑
中游右岸支流马湖峪河
马湖峪
中游右岸支流大理河
绥德
1971
中游右岸支流小理河
李家河
丁家沟
下游干流
白家川
图3
部分选用站天然径流量累积过程线
∙基准期径流量计算的拟合方程
基准期被认为是人类活动影响流域产汇流的微弱期,流域降水径流关系处于自然因素控制的“天然状态。
拟合基准期选用水文站降水～径流关系方程，以便计算降水变化引起径流量的变化量，见表2。
表中方程式C为面降水量深,U为径流量深，单位均为mm。
表2
选用水文站基准期降水～径流关系方程式
基准期降雨～径流关系拟合方程式
相关系数（r）
基准期年限（年）
y=0.069x+18.393
0.82
1956～1972
y=0.0727x+16.87
0.63
1956～1970
y=0.04x+26.371
0.81
y=0.1323x1.0068
0.65
y=0.2267x0.8677
0.73
1956～1971
y=0.0639x1.0792
0.76
y=0.0455x+31.989
0.71
y=0.0698x+22.442
3
人类活动影响河川径流的定量估算
∙人类活动影响河川径流的分类
人类活动影响地表径流可分为水资源开发利用活动的直接影响和流域下垫面渐变累积的间接影响两大类型。
前者主要指因支撑河道外社会经济发展用水需求或防汛分洪和洪水利用，通过取水（分洪）设施直接引取利用河川径流，而对河流自然流量和过程造成的直接影响。
又可分为地表水消耗量变化的影响（如蓄、引、提水工程取水及人工河道直接搬运等）和傍河地下水开采对河川径流影响两个子类。
后者主要指人类社会大规模土地开发利用和土地覆盖变化活动，渐进式引起流域下垫面变化，最终累积产生流域产汇流变化的水文效应，使流域地表径流伴随过程的变化而增大或减少。
如：
水土保持工程、城市化、道路硬化、森林砍伐、农林牧渔垦殖，以及大规模水利工程、地下水超采引起的土壤干化等活动，造成的流域产汇流损失、产汇流速率、降水入渗、下垫面蒸散等产流特性发生变化，导致河川径流的量和过程发生变化的后置效应。
∙水文法存在的问题
3.1
定量估算方法
自然因子、人类活动，以及“自然－人类活动”的耦合相互共生体，综合作用影响河川径流量的增加或减少。
现代强人类活动缺水地区这种耦合影响流域产汇流的机理已很复杂，相对基准期的径流变化量一定是降水、蒸发等气候因子与人类活动影响因子的多层复合函数，降水、蒸发变化及人工取水的直接消耗和水保措施无疑是产生河川径流变化量的主成因子，即
DR=DPr+DEr+DRr+DSr
①
式中，DR为相对基准期河川径流量的变化量，由水文站天然径流量系列求得；
DPr为面降水量变化影响的径流变化量；
DEr为流域陆面蒸散发变化对径流的影响量；
DRr、DSr分别为水文站断面以上河道人工取水消耗水量的增量和水土保持等下垫面变化引起的径流变化量。
由①式反求水土保持影响径流量：
DSr=DR-DPr
-DEr-DRr
②
3.2
降水量变化影响径流量
将各水文站“现状期”面降水量均值，代入拟合的其基准期降水～径流关系方程式，计算该“现状期”面降水量均值在基准期的产流量，再减去该“现状期”的实际天然径流量即为面降水量变化的径流影响量。
见表3。
3.3
陆面蒸散发量变化影响径流量
利用水量平衡式P=R+E（P为降水量，R为径流量，E为蒸散发量）分别计算各站基准期和“现状期”的陆面蒸散发量，并求其差值，见表4。
表4各站计算的“现状期”对基准期陆面蒸散发量差值均为负值，说明在无定河流域陆面蒸散发对河川径流变化的影响量为零，也即在这个特定流域降水量减少引起径流量减少的同时，在气温、风速、相对湿度等气侯因子的协同作用下，也可引起陆面蒸散发量的减少。
若差值为正，说明陆面蒸散发增强，必然产生径流量的减少，则应确定一定系数估算陆面蒸散发增强对径流的减少量。
表4
选用水文站陆面蒸散发量计算成果表
基准期陆面蒸散发量（mm）
“现状期”陆面蒸散发量（mm）
相对基准期差值（mm）
365.4
329.4
-36.0
376.8
336.1
-40.7
361.9
332.7
-29.2
392.3
316.0
-76.3
421.6
372.3
-49.2
397.0
367.7
-29.3
375.5
328.7
-46.8
366.4
334.1
-32.3
3.4
河道人工取水耗用减少量
流域社会经济发展从河道取用的地表水,直接减少了河川径流量。
分农业、工业、生活等对社会各业耗用的地表水量，以及水库蓄变量，逐站、逐年进行统计计算，确定其对径流的影响，见表3“人工取水消耗影响”。
表3
人类活动影响无定河径流量变化成果表
控制流域面积（km2）
相对基准期平均年径流减少量（万m3）
降水量减少影响（％）
流域蒸散发影响（%）
人类活动影响（％）
人工取水消耗影响
水保措施影响
合计
2415
4027.7
-52.2
-42.7
-5.1
-47.8
327
585.1
-58.9
0.0
-41.1
15325
49269.1
-27.4
-16.3
-56.3
-72.6
371
969.8
-40.0
-60.0
3893
3741.5
-44.1
-29.1
-26.8
-55.9
807
1121.2
-61.4
-13.2
-25.4
-38.6
23422
32765.6
-80.1
-18.7
-1.2
-19.9
29662
39982.9
-76.4
-18.8
-4.8
-23.6
4
结论
1971年左右无定河径流序列出现显著突变点。
气候和人类活动因子变化，造成相对突变点以前基准期径流量减少的影响程度，在流域上、中、下游情况各异。
人类活动在无定河中游支流影响径流程度超过50％。
流域蒸散发量减少对径流量的减少影响为零。
下游出口控制站白家川站降水量减少影响径流量减少占76.4％，人类活动影响占23.6％，其中人工取水消耗影响占18.8％，水保措施影响占4.8％。
参考文献
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无定河流域概况./ylsbw/lygk_ylgk.asp
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王国庆，贾西安.人类活动对水文序列的显著影响干扰点分析[J].西北水资源与水工程，2001，12（3）：
15
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