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user: 4. 径流偏枯成因探究 学界一致认为径流演变的成因主要分为气候变化和人类活动两大类，其中气候变化如降水、气温、ENSO等因素变化来影响陆地水文循环系统，对流域产流方式和径流过程产生影响，人类活动如蓄引提调工程、水土保持、土地利用等因素变化对流域产流机制和汇流过程均会产生影响 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。那么，径流偏枯的成因可以认为包括因气候变化导致的降水量的减少、因蓄引提调工程导致的流域内耗水量的增加以及因水土保持或土地利 Table 1 Contribution of each catchment to the runoff decreasing in the upper Yangtze Rive 年代/指标 金沙江 岷沱江 嘉陵江 长上干区 乌江 长江上游 面积(万km 2 ) 47.4 16.3 15.9 10.0 8.8 98.4 面积占比 48.2% 16.6% 16.2% 10.2% 8.9% 100.0% 1961~1990 年均径流量(亿m³) 1440 997 709 748 496 4391 分区占比 32.8% 22.7% 16.1% 17.0% 11.3% 100.0% 1991~2015 偏枯程度 1.8% −7.1% −14.9% −10.5% −3.4% −5.6% 贡献度 −10.3% 28.8% 42.8% 31.8% 6.8% 100.0% 2003~2015 偏枯程度 −4.7% −7.1% −4.9% −20.5% −15.2% −9.1% 贡献度 16.7% 17.6% 8.7% 38.2% 18.7% 100.0% 表1. 各水系分区对长江上游径流量偏枯贡献度 注明：1、偏枯程度统计值：负值表示偏枯，正值表示偏丰；2、贡献度统计值：负值表示反贡献，正值表示正贡献。 用变化导致的流域产流能力的降低。 分析方法主要包括两大类，一类是统计分析法，一类是水文模型法。统计分析法应用简便，鉴于我国经济社会发展特征，对于具备50年以上长系列降水和径流观测资料的流域，采用双累积曲线 [ 8 ] 或者累积量斜率变化率方法 [ 9 ] 可以量化研究气候变化和人类活动对径流变化的影响；水文模型法物理概念清晰，已有学者采用水文模型 [ 6 ] [ 7 ] 量化研究气候波动和人类活动对径流量的影响，但应用较为复杂且存在不确定性问题。但以上方法，仅仅是用来分离降水和下垫面变化对径流量变化的贡献，具体是哪些因素导致的下垫面变化还需要结合水资源综合规划、流域综合规划等重要资料进行分析研究。 本研究先从降水量分析入手，再结合流域规划和经济发展实际对长江上游径流偏枯成因进行分析。 4.1. 降水量偏少 降雨是形成径流的直接原因，但同时也受许多因素的影响，一方面，受季风影响，长江流域降雨时空分布不均；另一方面，随着经济社会的快速发展，流域下垫面进行着翻天覆地的变化，使得降雨径流关系十分复杂 [ 10 ] 。诸多学者研究表明，近五十年来长江上游年降雨量除金沙江水系呈增加趋势以外，其他地区呈现明显的减少趋势 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] ，上游总体年降雨量减少是近年来宜昌径流量减少主要因素之一 [ 2 ] [ 13 ] 。 本次研究降雨量分为两个层面，一是研究降雨量的年代际变化，二是分析降雨径流关系。 采用中国国家气象数据共享网上下载的长江上游84个气象站1961~2015年实测雨量数据，用泰森多边形加权计算得到面雨量系列。经分析，见图2，1991~2015年面雨量较1961~1990年面雨量减少约3.3%，2003~2015年面雨量较1961~1990年面雨量减少约4.5%。 由于三峡水库为多年调节水库，在分析降雨径流关系时，根据三峡水库的调度运行资料对宜昌站年径流量进行了还原计算，得到宜昌站天然年径流量。经分析，长江上游天然径流量变化过程与降水量变化过程具有很好的同步性、相似性，相关性系数达0.95。长江上游降水和径流深双累积曲线见图3，可以看出，年降水量与年径流深双累计曲线没有发生转折，降水径流关系没有发生明显变化，说明长江上游来水多少主要受降水量大小影响，1990年来长江上游水资源持续偏枯主要是降水偏少所致。 4.2. 流域内耗水增加 随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，1980年以来长江上游用水量、耗水量整体呈增加趋势，流域 图2. 1961~2015年长江上游面雨量系列及分段统计值 图3. 长江上游年径流深与年降水量双累计曲线图 内耗水量增加是长江上游径流偏枯不可忽视的因素。 根据《长江流域水资源综合规划》、《长江流域及西南诸河水资源公报》，长江上游用水量在1980~2000年间快速增加，从1980年的270亿m 3 增加至2000年的401亿m 3 ，年均增加6.5亿m 3 ，2000年以后呈现稳中有增的趋势，2001至2015年均增加2.2亿m 3 ；耗水量整体呈增加趋势，2005~2015年耗水量年均增加约8.9亿m 3 。 4.3. 上游水库拦蓄与库面蒸发增加 长江上游梯级水库群下闸蓄水，以及水库群蓄水后库面蒸发量增加是长江上游径流偏枯的又一成因。 2003年三峡水库建成运行后，2012年西南水电基地迎来新一轮投产高峰，雅砻江官地、锦屏二级，金沙江阿海、向家坝等巨型水电站陆续建成投产。据《长江流域及西南诸河水资源公报》，截止2013年，长江上游大型水库80座，中型水库381座。上游大中型水库主要为年调节或季调节，拦蓄水量主要位于水库死库容，对长江上游来水量的影响主要在下闸蓄水当年，正常运行时主要改变径流年内分配，对年径流量影响不大。2003~2013年三峡以上流域大中型水库陆续建成蓄水，累积蓄水总量86.6亿m 3 ，年均减少年径流量约7.9亿m 3 。 根据《长江区水资源及其开发利用调查评价简要报告》，长江上游多年平均陆地蒸发为430.9 mm，多年平均水面蒸发约858.4 mm。据不完全统计，长江上游已建大型水库在正常蓄水位时水库库面总面积约3040 km 2 。长江上游水库多是河道型水库，库面面积不大，水库正常蓄水位时，较无水库状态下，按库面面积的二分之一为由陆地面积改变为水面面积。因此，在水库正常蓄水位时，长江上游由陆地面积改变为水面面积的约1520 km 2 ，多年平均水库蒸发增损水量约6.5亿m 3 。 4.4. 土壤蓄水能力增强 土地利用变化引起的水文循环和水量平衡要素在时间、空间和数量上发生着不可忽视的变化 [ 14 ] 。不同土地利用甚至不同物种的蒸散发不一样，造成蒸散发空间分布差异，从而对水文循环产生影响。水文学者在全球各地典型流域中开展了水文要素对土地利用变化响应的研究，结果表明多数流域植树造林、蓄水保土等措施会降低流域产流能力，减少年径流量，尤其是减少汛期径流量 [ 15 ] [ 16 ] 。 20世纪80年代末，鉴于长江上游水土流失的严重性，国务院决定将其列为全国水土保持重点防治区，并于1989年批准以金沙江下游及毕节地区、嘉陵江中下游、陇南及陕南地区和三峡库区等水土流失最严重的“四大片”为重点，实施长江上游水土保持重点防治工程，即“长治”工程。20多年来，随着“长治”工程的实施，长江上游水土保持工作卓有成效。 2009年，长江上游水土保持委员会办公室组织有关单位和专家技术人员，对最早实施“长治”工程建设的金沙江下游、乌江流域、嘉陵江中下游、陕南陇南地区、三峡库区开展了调研。调研报告指出，自1989年启动以来，经过20多年的治理，长江上游水土流失最为严重的“四大片”水土流失面积减少了40%~60%，坡耕地减少近80%，基本消灭了荒山荒坡，小流域土壤减侵率达到70%以上。据遥感调查显示，三峡库区水土流失面积以年均1%的速度递减，减少了19%；嘉陵江流域水土流失面积已由治理前的58%下降到39%；金沙江下游地区水土流失面积和强度均有不同程度下降。通过各项治理措施的综合配置，各种生产用地和生态用地蓄水保土能力明显增强，通过拦蓄、减缓地表径流，土壤蓄水能力增强，产流能力降低。 然而，受“长治”工程等人类活动影响显著的区域占整个长江上游的比例很小，长江上游降水径流关系亦未发生明显变化，所以，水土保持导致的长江上游局部地区产流能力降低对长江上游总体径流偏枯影响很小。