第２１卷第６期水科学进展Ｖ０１．２１．Ｎｏ．６２０１０年１１月ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＷＡＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥＮｏｖ．．２０１０
气候变化对挠力河径流量影响的定量分析
姚允龙１’２，吕宪国２，王蕾３，于洪贤１
（Ｉ．东北林业大学野生动物资源学院，黑龙江哈尔滨１５００４０；２．中国科学院东北地理与农业生态研究所，
中国科学院湿地生态与环境重点实验室，吉林长春１３００１２；３．黑龙江科技学院建筑工程学院．黑龙江哈尔滨１５００２７）
摘要：三江平原位于黑龙江省东北部，是中国沼泽湿地集中分布区且面积最大的区域，挠力河作为该区域的一条典
型沼泽性河流。其径流演变过程受到气候变化和人类活动的双重影响。文中利用水量平衡法和降水一径流经验模型，
定量分析了变化期气候变化对径流的影响，并比较了两种方法的优劣性。研究结果表明：５０年来挠力河变化期
（１９６８—２００５年）内的年径流量的变化大约４０％是由气候变化引起。气候变化对径流量影响的主导因素是降水量的
变化，降水量变化对宝清站和菜嘴子站径流量减少的贡献率分别为４３％和３５％。蒸发量变化对两水文站径流量减
少的贡献率为１０％左右。利用水量平衡法研究气候变化对河流径流量的影响，其研究结果要优于一般的降水・径流
经验模型法，但经验模型也不失为一种快速且简便的方法。
关键词：水资源；降水量；沼泽湿地；径流量；气候变化；挠力河
中图分类号：ＴＶｌ２２文献标志码：Ａ文章编号：１００１－６７９１（２０１０）０６－０７６５－０６
气候变化是一项全球性的环境问题，气候变化对水文水资源的影响研究受到越来越多的重视…。气候变化不仅会引起水资源在时空上的分配变化，而且可能加剧洪涝、干旱灾害的发生频率，影响到区域生态、乃至人类的生存环境心］。气候变化对水资源的影响研究主要采用传统的数理统计方法和模型模拟法。模型模拟法基本上都遵从“未来气候情景设计一输入水文模拟模型－影响研究”的模式¨１，但目前还不能准确预测未来气候将如何变化，只能根据各种方法制定未来气候构想或称为未来气候情景，存在着诸多的不确定性Ｈ］。水量平衡模型是近期非常受关注的一种方法＂…，该方法即比传统的数理统计经验方法具有明显的物理意义，同时相对其它水文模型法来说有计算过程简单、参数容易获得等优点。
挠力河作为三江平原地区一条典型的沼泽性河流，近５０年来，随着气候变化和人类活动的影响，尤其是沼泽及沼泽化土地的大规模开垦，河流径流已经发生了一系列深刻的变化，如年径流量呈明显的减少趋势，径流的演变表现出阶段性特征，水文情势发生变化等＂…，其演变过程受气候变化以及人类活动的双重作用，虽已有研究对气候变化与人类活动对径流的影响进行了一定讨论¨ｍ“１，但尚缺乏进一步的定量化评价。本文利用水量平衡法和降水－径流经验模型定量估算气候变化对流域径流量的影响，试图定量化气候变化对典型沼泽性河流径流变化的影响，同时为进一步开展流域沼泽湿地开垦的水文效应研究提供参数。１研究区概况
挠力河流域位于黑龙江省三江平原腹地，地处东经１３１。３１’一１３４。１０’，北纬４５。４３７—４７。４５’，如图ｌ所示，总面积为２．４２万ｋｍ２。其中山地面积占总面积的３８．３％，平原占６１．７％。气候属中温带大陆性季风气
收稿日期：２００９．１２－０９
基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（４０８３０５３５）；中国科学院湿地生态与环境重点实验室开放基金资助项目
（ＷＥＬＦ．２００９．Ｂ－００１）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（ＤＬＩＯＢＡＯＩ）
作者简介：姚允龙（１９８２一），男，山东蒙阴人，讲师，博士，主要研究方向为湿地变化及环境效应研究、流域水文过程
研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙ１．ｙａｏ＠１６３．ｃｏｒｎ通信作者：吕宪国，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｕｘｇ＠ｎｅｉｇａｅ．ａｃ．ｅｎ
７６６水科学进展第２ｌ卷候，年均气温１．６。Ｃ，１月平均气温一２１．６℃，７月平均气温２１．４ｃｃ，年降水量５６５ｍｍ，陆面可能蒸发量５４２．４ｍｍ。流域地势低平，平均海拔６０ｍ左右，地表径流不畅，形成大面积湿地，是以湿地面积占优势的流域——湿地流域。１…。但自２０世纪５０年代以来，经
过４次大规模农业开发活动，景观基质由沼泽湿地转变
成了耕地。沼泽湿地面积已由１９５４年的９４３５．９ｋｍ２占
流域整个面积的３９．８％，下降到２０００年的３４６０．０
ｋｍ。，占流域面积的１４．３％，仅为原湿地面积的１／３左
右，而耕地面积由占流域总面积的８．２％增加到
５７．４％¨“，湿地流域变成了农业流域，流域中的湿地
在结构和功能上发生了巨大变化。
２数据来源及研究方法
２．１数据来源
挠力河流域共有４个水文站，分别为宝清站、保安
站、红旗岭站和菜嘴子站，空间分布位置如图１，由于
Ｆｉｇ．１图１研究区位置示意图ａｒｅａＴｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｓｋｅｔｃｈｏｆｓｔｕｄｙ
保安站的资料部分缺失，红旗岭的观测时间较短（１９７７
一至今）、集水面积较小（集水面积１
６８９１０３ｋｍ２），不具有代表性。本文重点对流域上游的宝清站（集水面积３ｋｍ２，观测自１９５５一至今）和中下游的菜嘴子站（集水面积２０７９６ｋｍ２，观测自１９５６一至今）的径流量进行分析，采用的数据是１９５６—２００５年两站的实测逐日径流量。为估算气候变化对径流量变化的影响，气象数据采用宝清县气象站、友谊县气象站和富锦市气象站的１９５６～２００５年的逐日数据。其中宝清站所采用的降水和气温数据是宝清县气象站１９５６—２００５年的年降水量和年均气温，菜嘴子站采用的是１９５６—２００５年宝清县气象站、友谊县气象站和富锦市气象站的３站气温平均值。
２．２气候变化对径流量的影响估算方法
（１）水量平衡法对于一个流域来说，水量平衡方程为
Ｐ＝Ｅ＋Ｑ＋△Ｓ（１）
式中Ｐ为降水量；Ｅ为蒸发量；Ｑ为径流量；ＡＳ是流域的蓄水量变化。从较长的时间来看（如，５一１０年），ＡＳ可以被认为是零。降水和潜在蒸发量的波动都能引起水量平衡的变化¨４｜，径流量的总体变化假设用下式计算：
ａＱ。＝ＩＱ曲。：一Ｑ曲。。Ｉ（２）
式中ａＱ。为年均径流量的总体变化量；刁曲。。为基准期年均径流量；审曲。：为变化期年均径流量。同时，ａＱ。也可以用下式表示
ＡＱ。＝ＩａＱ“。＋ａＱ。。。。Ｉ（３）
式中△刁“。为气候变化引起的径流量的变化量；ＡＱ‰。为人类活动引起的径流量的变化量。气候变化对径流量的影响因素主要是降水量和潜在蒸发量，由降水量和潜在蒸发量引起的径流量变化量可用下式表示㈨川：
哦。＝ａ等ＱＡＰ＋蓑△Ｐ。，
式中（４）ＡＰ为年均降水量的变化量；△Ｐ。，为潜在蒸发量的变化量；ｇ为降水量变化对径流量变化的贡献率；
毒毫为潜在蒸发量对径流量变化的贡献率，因此只要计算出面ａＱ和毒妥，就能定量确定降水量和潜在蒸发量对
第６期姚允龙，等：气候变化对挠力河径流量影响的定量分析７６７径流量变化的贡献率。
根据已有研究成果¨７ｄ引，实际蒸发量可用下式计算：
７ＥＴ－１＋下ＰＥＴ一１＋㈢“】Ⅳ“＋ｌ节ＪＪ７。１＋下一（５）（”
式中Ｐ为年降水量；Ｐ。，和Ｅ，为潜在蒸发量和实际蒸发量；ｔＯ为经验常数，与植被类型，土壤水力性质，地貌等情况相关，根据已有的研究结果¨７１，宝清站采用ｔＯ值为２，菜嘴子站采用的ｃｃＪ值为２．５。Ｐ。，的计算方法采用Ｐｅｎｍａｎ—Ｍｏｎｔｅｉｔｈ法【１乳２引，为提高Ｐ。，的估算精度，将整个挠力河流域划分成２６个子流域（见图１），利用文献［１１］构建的流域分布式水文模型ＳＷＡＴ（ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＴ００１）计算宝清站和菜嘴子站以上每个子流域的潜在蒸发量，利用平均值代表该点的Ｐ。，。
根据式（１）和式（５）得到∞１
ｏ＿．ｑ。＝Ｐ川（ＰｉＴ＋Ｐ“）…川’（６）
警＝Ｐ筹。（ＪＰ：，＋Ｐ”）Ⅳ㈨。１’一ｌ
（２）降水．径流经验模型
关系㈠１，根据李丽娟等［６］的研究成果川，本文将降水和径流的经验关系表述为
Ｑ’＝口＋ｂＰ（ｏｒ）。（７）气候变化对径流量的影响估计经常采用的另一方法是建立降水与径流的经验（８）
式中Ｑ’为计算的年径流量；Ｐ为年降水量；盯是逐年的年内月降水方差；口、ｂ、ｃ是通过基准期率定的３个常数项。变化期的计算值与基准期计算值的差值即为此时段降水变化对径流的影响量；变化期与基准期的实测差值减去降水变化的影响量，其值即为人类活动的影响量。
３气候变化影响估算
为估算气候变化对挠力河径流量的影响，首先将挠力河流域宝清站和菜嘴子站１９５６—２００５年的年平均径流量序列数据进行阶段划分，划分的标准采用文献［８］的划分标准，即将宝清站和菜嘴子站１９５６—２００５年整个时期的径流量演变过程分为两个阶段，基准期１９５６—１９６７年和变化期１９６８—２００５年。
降水和潜在蒸发量的波动都能引起水量平衡的变化’１４・２２１，根据式（２）．式（７）分别估算变化期内年均降水量、年均蒸发量对年均径流量的影响及气候变化对年径流量的总体影响，估算结果如表１。
从表ｌ可以看出，宝清站和菜嘴子站的年均降水
量对年均径流量的影响分别为４２．９％和３４．８％，年
均蒸发量对年均径流量的影响分别为一９．７％和
一１０．９％；宝清站径流量的减少受降水量的影响更大
一些，而年均蒸发量对年均径流量的影响，菜嘴子站
要比宝清站稍大一些。宝清站基准期内年均径流量的
平均值为２５．１ｍ３／ｓ，变化期较基准期减少了
１４．５表１年均降水量及年均蒸发量对年均径流量的影响估算％Ｔａｂｌｅ１Ｉｍｐａｃｔｏｆａｎｎｕａｌｍｅａｎｒａｉｎｆａｌｌａｎｄｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅａｎｎｕａｌｍｅａｎｒｕｎｏ仃ｍ３／ｓ；菜嘴子站基准期内年均径流量的平均值为８７．９ｍ３／ｓ，变化期较基准期减少了４８．５ｍ３／ｓ，其中由气候变化对年均径流量的影响分别为４２．７％和３３．１％，宝清站的要大于菜嘴子站的。从两个站来看，气候变化对挠力河径流量的影响主要是由降水量的减少引起的，宝清站和菜嘴子站降水量变化引起的径流量减少大约是蒸发量变化引起径流量减少的４．４倍和３．２倍。
根据式（８）对宝清站和菜嘴子站基准期的降水～径流的经验模型进行参数估算，宝清站的逐月降水方差是通过宝清气象站的逐日降水数据计算得到，菜嘴子站采用的逐月降水方差是宝清气象站、友谊县气象站、富锦市气象站逐月降水方差的平均值。通过上述方法建立的经验模型基本能反映降水一径流之间的关系，相
７６８水科学进展第２ｌ卷对于菜嘴子站，宝清站的经验模型更好地表达了降水。径流间的经验关系，拟合度尺２达０．８９。利用建立的经验模型定量估算了变化期的径流量变化的驱动力大小，计算结果如表２。从表２可以看出，宝清站由气候变化引起的年均径流量变化约占４０％，菜嘴子站由气候变化引起的年均径流量减少量约占总减少量的３６％，与水量平衡法计算结果基本相似。
通过上述两种方法对降水量对径流
量的影响大小的估算发现，宝清站径流
量的减少量大约４０％是由气候变化引
起的，菜嘴子站径流量的减少量大约站名宅清站表２气候变化与人类活动对径流量影响的估计结果Ｔａｂｌｅ２Ｉｍｐａｃｔｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅａｎｄｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｎｒｕｎｏｆｆ’基准期激＃６７钏Ｒ２变气化期候变（１化９６的８－影２响／％００５４０．４Ｑ’＝一３１．９９＋ｏ．２５Ｐ（口）““０．８９
３６％是由气候变化引起的。总体来看，』型堑堕—亚三一土丝竺＿卫鲨卫Ｌ＝８＿—旦笪—————２盟——一水量平衡法估算结果与降水～径流经验模型法的估算结果基本相似，但也存在一定的差别，具体原因将在讨论中进一步论述。
４讨论
气候变化对径流量的影响研究经常采用文中的第２种方法旧…，即建立降水一径流的经验关系。宝清站利用该种方法估算的气候变化对径流的影响要小于第１种方法的估算值，而菜嘴子站利用该种方法估算的值却相反，主要是由于以下几个方面的原因：首先，利用降水与径流的经验模型，只考虑了气候变化中的一个因素——降水变化对径流量的影响，与总体的气候变化对径流量影响存在一定差异。其次，对于宝清站来说，该站以上的流域主要是由林地覆盖，大约占该部分面积的５０％左右，而且近５０年来基本没有变化。利用Ｐｅｎ—ｍａｎ．Ｍｏｎｔｅｉｔｈ法估算的潜在蒸发量是增加的，如图４（ａ），蒸发量的增加进一步加剧了降水量减少对径流量的影响。因此，水量平衡法估算的值要大于降水一径流经验模型的估算值；对于菜嘴子站来说，处于宝清站与菜嘴子站之间的流域土地利用／覆被发生较大变化，在近５０年景观基质由沼泽湿地转变成了耕地¨“。下垫面的变化改变了潜在蒸发量的变化，从友谊县１９６６～２０００年的实测蒸发量及Ｐｅｎｍａｎ—Ｍｏｎｔｅｉｔｈ法估算的潜在蒸发量来看，蒸发量都是逐渐降低，如图４（ｂ）。蒸发量的减少缓解了降水量减少对径流量的影响，因此水量平衡法估算值小于降水减少对径流的影响量，即降水一径流经验模型的估算量。从以上分析发现，水量平衡法对气候变化的影响估算更为准确有效，但水量平衡法也有参数较多，计算繁琐等缺点。
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图４挠力河流域蒸发量变化情况
Ｆｉｇ．４ＶａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｉｎＮａｏｌｉＲｉｖｅｒｗａｔｅｒｓｈｅｄ
５结论
（１）流域内降水减少所产生的径流减少效应大于气温升高所产生的效应，降水量变化对宝清站和菜嘴子站径流量减少的贡献率为４２．９％和３４．８％，蒸发量变化对宝清站和菜嘴子站径流量减少的贡献率为一９．７％和一１０．９％。气候变化对挠力河流域径流量减少的影响主要是是由降水变化引起的。
第６期姚允龙，等：气候变化对挠力河径流量影响的定量分析７６９
（２）分别利用水量平衡法和降水一径流经验模型对变化期的年均径流量研究发现，宝清站径流量的减少量大约４０％是由气候变化引起的，菜嘴子站径流量的减少量大约３４％是由气候变化引起的。
（３）水量平衡法对气候变化的影响估算更为准确，但降水一径流经验模型也不失为一种快速评价气候变化对径流量影响的有效方法。
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Ａｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｍｐａｃｔｓ
ｏｎｒｕｎｏｆｆｉｎＮａｏｌｉＲｉｖｅｒ＋
ＹＡＯＹｕｎ—ｌｏｎ９１一，ＬＵＸｉａｎ。ｇｕ０２，ＷＡＮＧＬｅｉ３，ＹＵＨｏｎｇ．ｘｉａｎ‘
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷｉｌｄｌｉｆｅＲｅｓｏｕｒｃｅ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷｅｔｌａｎｄ
ＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｙａｎｄＡｇｒｏｅｅｏｌｏｇｙ，ＣＡＳ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ；ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＳａｎｊｉａｎｇ（ｔｈｒｅｅｒｉｖｅｒｓ）ＰｌａｉｎｉｓｓｉｔｕａｔｅｄｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎｐａｒｔｏｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅｐｌａｉｎ
ａｅｍｂｒａｃｅｓｍｏｓｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｍａｒｓｈｌａｎｄｓａｎｄｉｓｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｉｎＣｈｉｎａ．ＴｈｅＮａｏｌｉＲｉｖｅｒｉｓｔｙｐｉｃａｌｍａｒｓｈｒｉｖｅｒｏｎｔｈｅ
ＳａｎｊｉａｎｇＰｌａｉｎ；ｉｔｓｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｇｉｍｅｉｓｌａｒｇｅｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｄｕａｌ－ｆａｃｔｏｒｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅａｎｄｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．Ｉｎ
ａｒｅｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｗａｔｅｒｂａｌａｎｃｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ
ＮａｏｌｉＲｉｖｅｒ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓｏｎｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｒａｉｎｆａｌｌ・ｒｕｎｏｆｆｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｔｗｏｏｎｔｈｅｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅａｐｐｒｏａｃｈｅｓ
ａｒｅａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｂｏｕｔ４０％ｏｆｃｈａｎｇｅｓｉｎｍｅａｎａｎｎｕａｌｒｕｎｏｆｆｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄ１９６８－２００５ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｔｈｒｏｕｇｈ
ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｓａｍｅｐｅｒｉｏｄ．Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ，ａｔＢａｏｑｉｎｇａｎｄＣａｉｚｕｉｚｉｓｔａｔｉｏｎｓ，４３％ａｎｄ３５％ｄｅ—ｃｒｅａｓｉｎｇｉｎｍｅａｎａｎｎｕａｌｒｕｎｏｆｆｃａｎｂｅａｔｔｒｉｂｕｔｅｄｔｏｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｉｓｏｎｌｙｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅｆｏｒ１０％ｏｆｓｕｃｈｃｈａｎｇｅ．Ｏｕｒｓｔｕｄｙａｌｓｏｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｗａｔｅｒｂａｌａｎｃｅｍｅｔｈｏｄｍａｙｐｏｓｓｅｓｓｃｅｒｔａｉｎａｄｖａｎ—ｔａｇｅｓ
ａｌＪ．ｏｖｅｒｔｈｅｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｌａｔｔｅｒｃａｎｓｔｉｌｌｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅａｑｕｉｃｋａｎｄｅａｓｙａｐｐｒｏａｃｈｔｏｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔａｆｔｅｒ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅ；ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ；ｍａｒｓｈｌａｎｄ；ｒｕｎｏｆｆ；ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ；ＮａｏｌｉＲｉｖｅｒ
・ＴｈｅｓｔｕｄｙｉｓｆｉｎａｎｃｉａｌｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．４０８３０５３５）
气候变化对挠力河径流量影响的定量分析
作者：
作者单位：姚允龙， 吕宪国， 王蕾， 于洪贤， YAO Yun-long， L(U) Xian-guo， WANG Lei， YU Hong-xian 姚允龙,YAO Yun-long(东北林业大学野生动物资源学院,黑龙江,哈尔滨,150040;中国科学院
东北地理与农业生态研究所,中国科学院湿地生态与环境重点实验室,吉林,长春,130012)，
吕宪国,L(U) Xian-guo(中国科学院东北地理与农业生态研究所,中国科学院湿地生态与环境
重点实验室,吉林,长春,130012)， 王蕾,WANG Lei(黑龙江科技学院建筑工程学院,黑龙江
,哈尔滨,150027)， 于洪贤,YU Hong-xian(东北林业大学野生动物资源学院,黑龙江,哈尔滨
,150040)
水科学进展
ADVANCES IN WATER SCIENCE
2010,21(6)
1次刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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本文读者也读过(2条)
1. 徐东霞. 章光新. 尹雄锐. XU Dong-xia. ZIIANG Guang-xin. YIN Xiong-rui 近50年嫩江流域径流变化及影响因素分析[期刊论文]-水科学进展2009,20(3)
2. 贾仰文. 高辉. 牛存稳. 仇亚琴. JIA Yang-wen. GAO Hui. NIU Cun-wen. QIU Ya-qin 气候变化对黄河源区径流过程的影响[期刊论文]-水利学报2008,39(1)
引证文献(2条)
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2. 姚允龙. 王蕾. 吕宪国. 于洪贤 挠力河流域河流径流量对气候变化的敏感性分析[期刊论文]-地理研究 2012(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_skxjz201006005.aspx
第２１卷第６期水科学进展Ｖ０１．２１．Ｎｏ．６２０１０年１１月ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＷＡＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥＮｏｖ．．２０１０
气候变化对挠力河径流量影响的定量分析
姚允龙１’２，吕宪国２，王蕾３，于洪贤１
（Ｉ．东北林业大学野生动物资源学院，黑龙江哈尔滨１５００４０；２．中国科学院东北地理与农业生态研究所，
中国科学院湿地生态与环境重点实验室，吉林长春１３００１２；３．黑龙江科技学院建筑工程学院．黑龙江哈尔滨１５００２７）
摘要：三江平原位于黑龙江省东北部，是中国沼泽湿地集中分布区且面积最大的区域，挠力河作为该区域的一条典
型沼泽性河流。其径流演变过程受到气候变化和人类活动的双重影响。文中利用水量平衡法和降水一径流经验模型，
定量分析了变化期气候变化对径流的影响，并比较了两种方法的优劣性。研究结果表明：５０年来挠力河变化期
（１９６８—２００５年）内的年径流量的变化大约４０％是由气候变化引起。气候变化对径流量影响的主导因素是降水量的
变化，降水量变化对宝清站和菜嘴子站径流量减少的贡献率分别为４３％和３５％。蒸发量变化对两水文站径流量减
少的贡献率为１０％左右。利用水量平衡法研究气候变化对河流径流量的影响，其研究结果要优于一般的降水・径流
经验模型法，但经验模型也不失为一种快速且简便的方法。
关键词：水资源；降水量；沼泽湿地；径流量；气候变化；挠力河
中图分类号：ＴＶｌ２２文献标志码：Ａ文章编号：１００１－６７９１（２０１０）０６－０７６５－０６
气候变化是一项全球性的环境问题，气候变化对水文水资源的影响研究受到越来越多的重视…。气候变化不仅会引起水资源在时空上的分配变化，而且可能加剧洪涝、干旱灾害的发生频率，影响到区域生态、乃至人类的生存环境心］。气候变化对水资源的影响研究主要采用传统的数理统计方法和模型模拟法。模型模拟法基本上都遵从“未来气候情景设计一输入水文模拟模型－影响研究”的模式¨１，但目前还不能准确预测未来气候将如何变化，只能根据各种方法制定未来气候构想或称为未来气候情景，存在着诸多的不确定性Ｈ］。水量平衡模型是近期非常受关注的一种方法＂…，该方法即比传统的数理统计经验方法具有明显的物理意义，同时相对其它水文模型法来说有计算过程简单、参数容易获得等优点。
挠力河作为三江平原地区一条典型的沼泽性河流，近５０年来，随着气候变化和人类活动的影响，尤其是沼泽及沼泽化土地的大规模开垦，河流径流已经发生了一系列深刻的变化，如年径流量呈明显的减少趋势，径流的演变表现出阶段性特征，水文情势发生变化等＂…，其演变过程受气候变化以及人类活动的双重作用，虽已有研究对气候变化与人类活动对径流的影响进行了一定讨论¨ｍ“１，但尚缺乏进一步的定量化评价。本文利用水量平衡法和降水－径流经验模型定量估算气候变化对流域径流量的影响，试图定量化气候变化对典型沼泽性河流径流变化的影响，同时为进一步开展流域沼泽湿地开垦的水文效应研究提供参数。１研究区概况
挠力河流域位于黑龙江省三江平原腹地，地处东经１３１。３１’一１３４。１０’，北纬４５。４３７—４７。４５’，如图ｌ所示，总面积为２．４２万ｋｍ２。其中山地面积占总面积的３８．３％，平原占６１．７％。气候属中温带大陆性季风气
收稿日期：２００９．１２－０９
基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（４０８３０５３５）；中国科学院湿地生态与环境重点实验室开放基金资助项目
（ＷＥＬＦ．２００９．Ｂ－００１）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（ＤＬＩＯＢＡＯＩ）
作者简介：姚允龙（１９８２一），男，山东蒙阴人，讲师，博士，主要研究方向为湿地变化及环境效应研究、流域水文过程
研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙ１．ｙａｏ＠１６３．ｃｏｒｎ通信作者：吕宪国，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｕｘｇ＠ｎｅｉｇａｅ．ａｃ．ｅｎ
７６６水科学进展第２ｌ卷候，年均气温１．６。Ｃ，１月平均气温一２１．６℃，７月平均气温２１．４ｃｃ，年降水量５６５ｍｍ，陆面可能蒸发量５４２．４ｍｍ。流域地势低平，平均海拔６０ｍ左右，地表径流不畅，形成大面积湿地，是以湿地面积占优势的流域——湿地流域。１…。但自２０世纪５０年代以来，经
过４次大规模农业开发活动，景观基质由沼泽湿地转变
成了耕地。沼泽湿地面积已由１９５４年的９４３５．９ｋｍ２占
流域整个面积的３９．８％，下降到２０００年的３４６０．０
ｋｍ。，占流域面积的１４．３％，仅为原湿地面积的１／３左
右，而耕地面积由占流域总面积的８．２％增加到
５７．４％¨“，湿地流域变成了农业流域，流域中的湿地
在结构和功能上发生了巨大变化。
２数据来源及研究方法
２．１数据来源
挠力河流域共有４个水文站，分别为宝清站、保安
站、红旗岭站和菜嘴子站，空间分布位置如图１，由于
Ｆｉｇ．１图１研究区位置示意图ａｒｅａＴｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｓｋｅｔｃｈｏｆｓｔｕｄｙ
保安站的资料部分缺失，红旗岭的观测时间较短（１９７７
一至今）、集水面积较小（集水面积１
６８９１０３ｋｍ２），不具有代表性。本文重点对流域上游的宝清站（集水面积３ｋｍ２，观测自１９５５一至今）和中下游的菜嘴子站（集水面积２０７９６ｋｍ２，观测自１９５６一至今）的径流量进行分析，采用的数据是１９５６—２００５年两站的实测逐日径流量。为估算气候变化对径流量变化的影响，气象数据采用宝清县气象站、友谊县气象站和富锦市气象站的１９５６～２００５年的逐日数据。其中宝清站所采用的降水和气温数据是宝清县气象站１９５６—２００５年的年降水量和年均气温，菜嘴子站采用的是１９５６—２００５年宝清县气象站、友谊县气象站和富锦市气象站的３站气温平均值。
２．２气候变化对径流量的影响估算方法
（１）水量平衡法对于一个流域来说，水量平衡方程为
Ｐ＝Ｅ＋Ｑ＋△Ｓ（１）
式中Ｐ为降水量；Ｅ为蒸发量；Ｑ为径流量；ＡＳ是流域的蓄水量变化。从较长的时间来看（如，５一１０年），ＡＳ可以被认为是零。降水和潜在蒸发量的波动都能引起水量平衡的变化¨４｜，径流量的总体变化假设用下式计算：
ａＱ。＝ＩＱ曲。：一Ｑ曲。。Ｉ（２）
式中ａＱ。为年均径流量的总体变化量；刁曲。。为基准期年均径流量；审曲。：为变化期年均径流量。同时，ａＱ。也可以用下式表示
ＡＱ。＝ＩａＱ“。＋ａＱ。。。。Ｉ（３）
式中△刁“。为气候变化引起的径流量的变化量；ＡＱ‰。为人类活动引起的径流量的变化量。气候变化对径流量的影响因素主要是降水量和潜在蒸发量，由降水量和潜在蒸发量引起的径流量变化量可用下式表示㈨川：
哦。＝ａ等ＱＡＰ＋蓑△Ｐ。，
式中（４）ＡＰ为年均降水量的变化量；△Ｐ。，为潜在蒸发量的变化量；ｇ为降水量变化对径流量变化的贡献率；
毒毫为潜在蒸发量对径流量变化的贡献率，因此只要计算出面ａＱ和毒妥，就能定量确定降水量和潜在蒸发量对
第６期姚允龙，等：气候变化对挠力河径流量影响的定量分析７６７径流量变化的贡献率。
根据已有研究成果¨７ｄ引，实际蒸发量可用下式计算：
７ＥＴ－１＋下ＰＥＴ一１＋㈢“】Ⅳ“＋ｌ节ＪＪ７。１＋下一（５）（”
式中Ｐ为年降水量；Ｐ。，和Ｅ，为潜在蒸发量和实际蒸发量；ｔＯ为经验常数，与植被类型，土壤水力性质，地貌等情况相关，根据已有的研究结果¨７１，宝清站采用ｔＯ值为２，菜嘴子站采用的ｃｃＪ值为２．５。Ｐ。，的计算方法采用Ｐｅｎｍａｎ—Ｍｏｎｔｅｉｔｈ法【１乳２引，为提高Ｐ。，的估算精度，将整个挠力河流域划分成２６个子流域（见图１），利用文献［１１］构建的流域分布式水文模型ＳＷＡＴ（ＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＴ００１）计算宝清站和菜嘴子站以上每个子流域的潜在蒸发量，利用平均值代表该点的Ｐ。，。
根据式（１）和式（５）得到∞１
ｏ＿．ｑ。＝Ｐ川（ＰｉＴ＋Ｐ“）…川’（６）
警＝Ｐ筹。（ＪＰ：，＋Ｐ”）Ⅳ㈨。１’一ｌ
（２）降水．径流经验模型
关系㈠１，根据李丽娟等［６］的研究成果川，本文将降水和径流的经验关系表述为
Ｑ’＝口＋ｂＰ（ｏｒ）。（７）气候变化对径流量的影响估计经常采用的另一方法是建立降水与径流的经验（８）
式中Ｑ’为计算的年径流量；Ｐ为年降水量；盯是逐年的年内月降水方差；口、ｂ、ｃ是通过基准期率定的３个常数项。变化期的计算值与基准期计算值的差值即为此时段降水变化对径流的影响量；变化期与基准期的实测差值减去降水变化的影响量，其值即为人类活动的影响量。
３气候变化影响估算
为估算气候变化对挠力河径流量的影响，首先将挠力河流域宝清站和菜嘴子站１９５６—２００５年的年平均径流量序列数据进行阶段划分，划分的标准采用文献［８］的划分标准，即将宝清站和菜嘴子站１９５６—２００５年整个时期的径流量演变过程分为两个阶段，基准期１９５６—１９６７年和变化期１９６８—２００５年。
降水和潜在蒸发量的波动都能引起水量平衡的变化’１４・２２１，根据式（２）．式（７）分别估算变化期内年均降水量、年均蒸发量对年均径流量的影响及气候变化对年径流量的总体影响，估算结果如表１。
从表ｌ可以看出，宝清站和菜嘴子站的年均降水
量对年均径流量的影响分别为４２．９％和３４．８％，年
均蒸发量对年均径流量的影响分别为一９．７％和
一１０．９％；宝清站径流量的减少受降水量的影响更大
一些，而年均蒸发量对年均径流量的影响，菜嘴子站
要比宝清站稍大一些。宝清站基准期内年均径流量的
平均值为２５．１ｍ３／ｓ，变化期较基准期减少了
１４．５表１年均降水量及年均蒸发量对年均径流量的影响估算％Ｔａｂｌｅ１Ｉｍｐａｃｔｏｆａｎｎｕａｌｍｅａｎｒａｉｎｆａｌｌａｎｄｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅａｎｎｕａｌｍｅａｎｒｕｎｏ仃ｍ３／ｓ；菜嘴子站基准期内年均径流量的平均值为８７．９ｍ３／ｓ，变化期较基准期减少了４８．５ｍ３／ｓ，其中由气候变化对年均径流量的影响分别为４２．７％和３３．１％，宝清站的要大于菜嘴子站的。从两个站来看，气候变化对挠力河径流量的影响主要是由降水量的减少引起的，宝清站和菜嘴子站降水量变化引起的径流量减少大约是蒸发量变化引起径流量减少的４．４倍和３．２倍。
根据式（８）对宝清站和菜嘴子站基准期的降水～径流的经验模型进行参数估算，宝清站的逐月降水方差是通过宝清气象站的逐日降水数据计算得到，菜嘴子站采用的逐月降水方差是宝清气象站、友谊县气象站、富锦市气象站逐月降水方差的平均值。通过上述方法建立的经验模型基本能反映降水一径流之间的关系，相
７６８水科学进展第２ｌ卷对于菜嘴子站，宝清站的经验模型更好地表达了降水。径流间的经验关系，拟合度尺２达０．８９。利用建立的经验模型定量估算了变化期的径流量变化的驱动力大小，计算结果如表２。从表２可以看出，宝清站由气候变化引起的年均径流量变化约占４０％，菜嘴子站由气候变化引起的年均径流量减少量约占总减少量的３６％，与水量平衡法计算结果基本相似。
通过上述两种方法对降水量对径流
量的影响大小的估算发现，宝清站径流
量的减少量大约４０％是由气候变化引
起的，菜嘴子站径流量的减少量大约站名宅清站表２气候变化与人类活动对径流量影响的估计结果Ｔａｂｌｅ２Ｉｍｐａｃｔｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅａｎｄｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｎｒｕｎｏｆｆ’基准期激＃６７钏Ｒ２变气化期候变（１化９６的８－影２响／％００５４０．４Ｑ’＝一３１．９９＋ｏ．２５Ｐ（口）““０．８９
３６％是由气候变化引起的。总体来看，』型堑堕—亚三一土丝竺＿卫鲨卫Ｌ＝８＿—旦笪—————２盟——一水量平衡法估算结果与降水～径流经验模型法的估算结果基本相似，但也存在一定的差别，具体原因将在讨论中进一步论述。
４讨论
气候变化对径流量的影响研究经常采用文中的第２种方法旧…，即建立降水一径流的经验关系。宝清站利用该种方法估算的气候变化对径流的影响要小于第１种方法的估算值，而菜嘴子站利用该种方法估算的值却相反，主要是由于以下几个方面的原因：首先，利用降水与径流的经验模型，只考虑了气候变化中的一个因素——降水变化对径流量的影响，与总体的气候变化对径流量影响存在一定差异。其次，对于宝清站来说，该站以上的流域主要是由林地覆盖，大约占该部分面积的５０％左右，而且近５０年来基本没有变化。利用Ｐｅｎ—ｍａｎ．Ｍｏｎｔｅｉｔｈ法估算的潜在蒸发量是增加的，如图４（ａ），蒸发量的增加进一步加剧了降水量减少对径流量的影响。因此，水量平衡法估算的值要大于降水一径流经验模型的估算值；对于菜嘴子站来说，处于宝清站与菜嘴子站之间的流域土地利用／覆被发生较大变化，在近５０年景观基质由沼泽湿地转变成了耕地¨“。下垫面的变化改变了潜在蒸发量的变化，从友谊县１９６６～２０００年的实测蒸发量及Ｐｅｎｍａｎ—Ｍｏｎｔｅｉｔｈ法估算的潜在蒸发量来看，蒸发量都是逐渐降低，如图４（ｂ）。蒸发量的减少缓解了降水量减少对径流量的影响，因此水量平衡法估算值小于降水减少对径流的影响量，即降水一径流经验模型的估算量。从以上分析发现，水量平衡法对气候变化的影响估算更为准确有效，但水量平衡法也有参数较多，计算繁琐等缺点。
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图４挠力河流域蒸发量变化情况
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５结论
（１）流域内降水减少所产生的径流减少效应大于气温升高所产生的效应，降水量变化对宝清站和菜嘴子站径流量减少的贡献率为４２．９％和３４．８％，蒸发量变化对宝清站和菜嘴子站径流量减少的贡献率为一９．７％和一１０．９％。气候变化对挠力河流域径流量减少的影响主要是是由降水变化引起的。
第６期姚允龙，等：气候变化对挠力河径流量影响的定量分析７６９
（２）分别利用水量平衡法和降水一径流经验模型对变化期的年均径流量研究发现，宝清站径流量的减少量大约４０％是由气候变化引起的，菜嘴子站径流量的减少量大约３４％是由气候变化引起的。
（３）水量平衡法对气候变化的影响估算更为准确，但降水一径流经验模型也不失为一种快速评价气候变化对径流量影响的有效方法。
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ＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｙａｎｄＡｇｒｏｅｅｏｌｏｇｙ，ＣＡＳ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ；ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００２７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＳａｎｊｉａｎｇ（ｔｈｒｅｅｒｉｖｅｒｓ）ＰｌａｉｎｉｓｓｉｔｕａｔｅｄｏｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎｐａｒｔｏｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅｐｌａｉｎ
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ＳａｎｊｉａｎｇＰｌａｉｎ；ｉｔｓｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｇｉｍｅｉｓｌａｒｇｅｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｄｕａｌ－ｆａｃｔｏｒｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅａｎｄｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．Ｉｎ
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ａｒｅａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｂｏｕｔ４０％ｏｆｃｈａｎｇｅｓｉｎｍｅａｎａｎｎｕａｌｒｕｎｏｆｆｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄ１９６８－２００５ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｔｈｒｏｕｇｈ
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ａｌＪ．ｏｖｅｒｔｈｅｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｌａｔｔｅｒｃａｎｓｔｉｌｌｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅａｑｕｉｃｋａｎｄｅａｓｙａｐｐｒｏａｃｈｔｏｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔａｆｔｅｒ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅ；ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ；ｍａｒｓｈｌａｎｄ；ｒｕｎｏｆｆ；ｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅ；ＮａｏｌｉＲｉｖｅｒ
・ＴｈｅｓｔｕｄｙｉｓｆｉｎａｎｃｉａｌｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．４０８３０５３５）
气候变化对挠力河径流量影响的定量分析
作者：
作者单位：姚允龙， 吕宪国， 王蕾， 于洪贤， YAO Yun-long， L(U) Xian-guo， WANG Lei， YU Hong-xian 姚允龙,YAO Yun-long(东北林业大学野生动物资源学院,黑龙江,哈尔滨,150040;中国科学院
东北地理与农业生态研究所,中国科学院湿地生态与环境重点实验室,吉林,长春,130012)，
吕宪国,L(U) Xian-guo(中国科学院东北地理与农业生态研究所,中国科学院湿地生态与环境
重点实验室,吉林,长春,130012)， 王蕾,WANG Lei(黑龙江科技学院建筑工程学院,黑龙江
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引证文献(2条)
1. 白红英. 侯钦磊. 马新萍. 章杰. 袁博 50年来秦岭金钱河流域水文特征及其对降水变化的响应[期刊论文]-地理科学 2012(10)
2. 姚允龙. 王蕾. 吕宪国. 于洪贤 挠力河流域河流径流量对气候变化的敏感性分析[期刊论文]-地理研究 2012(3)
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