潮河流域降水-径流关系变化及驱动因子识别

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1、第33卷第9期地理研究Vol.33,No.92014年9月GEOGRAPHICALRESEARCHSeptember,2014潮河流域降水—径流关系变化及驱动因子识别1,2111,3杨默远，桑燕芳，王中根，刘昌明（1.中国科学院地理科学与资源研究所，陆地水循环及地表过程重点实验室，北京100101；2.中国科学院大学，北京100049；3.北京师范大学水科学研究院，北京100875）摘要：基于1973-2010年长系列日降水、径流数据，利用降水径流双累积曲线、M-K统计检验和降水集中度等方法，结合HIMS模型模拟结果，

2、分析了潮河流域降水—径流关系的变化及其原因。结论如下：①近38年来，潮河流域降水变化较小，但径流下降趋势显著，降水—径流关系发生了两次突变，即在1973-1983年、1984-1998年和1999-2010年三个阶段降水—径流关系存在明显差异；②大雨日降水总和（P≥20）与径流深关系较为密切，其变化是引起降水—径流关系在1983年发生突变的主要驱动因子；③HIMS模型模拟结果显示，1999-2010年潮河流域下垫面条件较前两阶段变化明显，人类活动引起的减水效应由第二阶段的14.93%增加至第三阶段的25.78%，人类活

3、动是导致降水—径流关系在1998年发生突变的主要驱动因子。关键词：潮河流域；降水—径流关系；水文模型；气候变化；人类活动DOI:10.11821/dlyj2014090071引言近几十年受气候变化和人类活动的双重影响，许多流域（和地区）水循环过程发生[1]了明显的变化。半干旱半湿润地区的流域水循环过程对环境变化的响应尤其敏感。研究这些流域（和地区）降水—径流关系的演变规律和变化原因，对水资源开发利用和规划管理均具有重要的现实意义。选择地处半干旱半湿润地区的潮河流域进行研究。该流域是北京市重要水源地之一，约占密云水库控制

4、流域面积的30%，其径流量的变化直接关系到北京市的供水安全。已有学者开展了潮河流域降水—径流关系的相关研究。结果表明，近40年来潮河流域径流量存在显著减少的趋势，特别是在1999年以来的多年枯水阶段，径流量只相当于20世纪70年代的1/4左右。受气候变化和人类活动的影响，潮河流域降水—径流关系存[2,3]在阶段性变化，径流对降水的响应不断减弱，人类活动是引起这一变化的主因。潮河[4-6]流域人类活动主要包括水利水保措施的实施，这在一定程度上会减少径流量。上述研究在识别降水—径流关系驱动因子时，主要考虑降水年际变化以及人

5、类活动的影响，而较少分析降水年内特性变化及其对降水—径流关系的影响。此外，目前的研究大多基于[3-5][7]数理统计分析方法，较少从水文循环物理机制角度研究和识别环境变化因素的影响。收稿日期：2013-12-16;修订日期：2014-05-17基金项目：国家自然科学基金项目（41271048，41201036）；中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室开放研究基金（IWHR-SKL-201203）作者简介：杨默远（1989-），男，河南开封人，博士，主要从事流域水循环模拟研究。E-mail:ymoyua

6、n@163.com通讯作者：王中根（1973-），男，研究员，主要从事水文水资源方面的研究。E-mail:wangzg@igsnrr.ac.cn1658-1667页9期杨默远等：潮河流域降水—径流关系变化及驱动因子识别1659本文旨在研究潮河流域1973-2010年降水—径流关系的变化，并对其驱动因子进行识别。首先对长序列降水和径流进行突变分析，在此基础上结合降水径流双累积曲线拐点分析的结果，对降水—径流关系进行阶段划分。然后通过水文模拟的方法，比较不同阶段流域下垫面的变化情况；再借助降水集中度、大雨日数等指标，分析降

7、水年内特性变化。最后通过对比分析上述结果，识别不同阶段降水—径流关系变化的主要驱动因子，并进一步分析降水特性变化和人类活动对流域径流量的具体影响。2数据来源与研究方法图1潮河流域地形及站点分布2.1研究区概况Fig.1Terrainanddistributionofrainfallanddischargestations本文研究的潮河流域是指密云intheChaoheRiverBasin水库上游的集水区域（图1），位于oooo211610'E~11735'E、4035'N~4137'N，集水面积5340km。流域地形主

8、要包括山地和丘陵，地势由西北向东南逐渐降低，山地面积占总面积的80%以上。流域气候类型属于中[8]温带向暖温带以及半干旱向半湿润过渡的大陆性季风气候。夏季盛行东南风，炎热多雨，冬季盛行偏北风，寒冷干燥。四季分明、昼夜温差较大。2.2数据资料潮河流域的出口控制站是下会站，流域内有15个雨量站和1个国家气象站。利用的日降水、径流数据来