摘要：随着季节气候的变化以及人类活动的影响，黄河中游的多沙粗沙区会发生剧烈的水沙变化，而针对黄河中游多沙粗沙区的径流量和输沙量，产生影响的驱动因素进行仔细的研究分析，从而更好的预测黄河中游多沙粗沙区的水沙变化情况，为黄河中游多沙粗沙区水资源的合理分配提供理论支撑。
关键词：黄河中游；多沙粗沙区；水沙变化；贡献率
引言
随着季节气候的不断变化以及人类活动的不断加剧，促使黄河流域的径流量和输沙量产生了较大的变化，并且，气候变化会严重影响水文的循环过程，从而使得水资源进行重新分布，提高了洪涝灾害的发生几率。其中，人类活动对径流量和输沙量的影响，主要体现在下垫面的变化中，即地表径流的形成、径流的下渗现象、水资源的时空分布等。因此，针对黄河中游径流量和输沙量的研究，不再局限于气候变化方面的影响，还要考虑人类活动变化的影响。
一、研究区域概况
本文研究区域为黄河流域中的主要产沙区，即青阳岔水文站、韩家峁水文站、横山水文站、殿市水文站、李家河水文站、绥德水文站、赵石窑水文站、丁家沟水文站、高家川水文站、王道恒塔水文站、神木水文站、温佳川水文站、高石崖水文站、皇甫水文站、申家湾水文站，这些地区具有水少沙多的特点，是黄河流域下游洪水以及泥沙的主要来源区域，并且，这些地区的降水都集中在每年的7月-9月，约占全年降水量的70%左右，而且，在每年的7月-9月范围内，侵蚀产沙量以及输移量高于全年的80%。
二、研究方法
针对黄河中游多沙粗沙区域水沙变化情况进行分析，主要使用Mann-Kendall秩次检验法、Pettitt突变点检验法、累积量斜率变化率比较法、位置尺度和形状的广义可加模型。
Mann-Kendall秩次检验法，主要用于对区域降水和区域径流量以及区域输沙量进行相关趋势的检验，当实际的检验结果显示出水文序列存在减少趋势或者增大趋势时，可以使用Pettitt突变点检验法，针对存在变化趋势的水文序列进行突变点的检验。
累积量斜率变化率比较法，是在水文序列突变前后，建立累积降水量--累积径流量、积累降水量—积累输沙量之间的关系，在根据水文序列突变前后相关斜率的变化，得到影响径流量和输沙量的变化驱动因素。与此同时，累积量斜率变化率比较法，不仅能够定量的区分降水量对径流量和输沙量的变化影响，还能够定量的区分其他因素对径流量和输沙量的变化影响，而影响黄河中游径流量变化的气候因素是降水量和气温，其中，降水量的变化情况，直接影响黄河中游多沙粗沙区域的径流量变化；而气温的变化情况主要是利用影响蒸发量来影响径流量。
但是，针对上述水文站的研究成果进行分析可知，气温与年平均径流量缺少相关性，因此，在本文中使用累计率斜率变化率比较法，来计算黄河中游多沙粗沙区域的贡献率时，可以忽略蒸发量对该区域径流量的影响。首先，要确定降水量、径流量、输沙量的均值和方差，都为常数时的最优函数；然后，根据最优函数，使用GAMLSS模型来建立起降水量、径流量、输沙量的均值和方差，与时间变化之间存在的关系；最后，根据AIC最小准则，来得出降水量、径流量、输沙量的均值和方差的实际变化趋势。
三、研究结果分析
1、Mann-Kendall秩次检验法和Pettitt突变点检验法
通过对黄河中游多沙粗沙区域进行降水量、径流量、输沙量的MK趋势检验和Pettitt突变点检验，分析其年降水量、年径流量、年输沙量的一致性。
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针对黄河中游多沙粗沙区域的水文站，进行降水量的MK趋势检验分析，无显著的增加趋势和减少趋势，而在5%的显著水平下，这些水文站的年径流量和年输沙量都具有显著的减少趋势，其中，绥德水文站的年径流量和年输沙量、神木水文站的年输沙量、殿市水文站的年输沙量、李家河水文站的年输沙量减少趋势并不明显，因此，针对这些水文站可以不用进行突变点分析；针对其他的水文站的年径流量和年输沙量的明显减少，进行相应的突变点分析，经过相关分析之后可知，由于我国注重水土保持工程的建设，如兴建水利工程、修建梯田工程等，以及重视黄河中游流域的植被恢复工作，都会导致年径流量和年输沙量的减少。
2、基于GAMLSS模型的线性趋势分析
使用GAMLSS模型针对水文序列的均值和方差进行线性趋势分析，主要是对水文序列进行均值的分析，来反应出水文序列的整体变化，而对水文序列进行方差的分析，来反应出水文序列的整体趋势变化不明显。首先，建立降水量的分布函数，函数中的均值μ、均方差σ，都默认为常数；然后，得出相应函数的AIC值；最后，根据AIC最小原则来选出最优的降水函数，而径流量和输沙量的最优函数同理。
针对降水量而言，根据AIC最小原则选出的最优函数进行分析，横山水文站、温佳川水文站、皇甫水文站的降水量的均值和方差不随时间发生变化；而李家河水文站的降水量的均值随着时间发生变化，虽然，这个分析结果与MK检验的结果相同，但是，通过GAMLSS模型分析可知，降水量的方差随着时间的增加而减小，也就是说降水的总量没有发生变化，但是，实际降水量的波动幅度减小。
针对径流量而言，根据AIC最小原则选出的最优函数进行分析，无定河流域的径流量的均值和方差，都随着时间的变化而发生变化，这个分析结果与MK检验的结果相同，并且，部分水文站除了径流量的均值发生变化，其外方差也发生了变化。除此之外，针对输沙量而言，这个分析结果与MK检验的结果相同。
3、径流量和输沙量的影响因素贡献率分析
基于GAMLSS模型的分析结果，虽然，降水量总量没有发生变化，但是，降水量的方差发生了显著变化，因此，为了分析降水量以及人类活动，对输沙量和径流量的变化影响，要使用累积量斜率变化率比较法，来计算降水量以及人类活动，对径流量和输沙量的贡献率，主要是通过对降水—年径流量，以及降水—年输沙量的双累积曲线进行相应的分析计算。
将发生突变之前的年份作为基准时期，之后的年份作为措施时期，将措施时期各年的累积降水量，代入基准时期的双累积曲线，经过相应的计算，得出年径流量和年输沙量。其中，不同时期得到的计算值进行做差，就是降水变化的影响量；而相同时期的计算值与测量值进行做差，就是受人类活动影响的减水量和减沙量；而相同时期人类活动影响的减少量与计算值进行做差，就是受人类活动影响的减水效益和减沙效益。在这个过程中，要计算突变年份前后的径流量和输沙量，并且，针对没有突变年份的水文站，则不需要进行贡献率的计算。
人类活动对窟野河流域的王道恒塔水文站、神木水文站、温佳川水文站的输沙量和径流量的影响，大于人类活动对无定河流域以及黄河中游多沙粗沙区域的输沙量和径流量的影响，主要是因为窟野河流域的煤炭资源开采以及水土保持工作的效果。其中，煤矿资源开采力度的加大，导致地面出现沉降现象，促使地表水转化为地下水，从而使得地表河流量出现减少现象，继而使得黄河流域中的输沙量减少；而水土保持工作的效果会直接影响水量的平衡，从而会出现地表径流量和输沙量的减少现象。
结语
随着季节气候的不断变化以及人类活动的不断加剧，促使黄河流域的径流量和输沙量产生了较大的变化，通过MK秩次检验、GAMLSS模型，来分析降水量、径流量、输沙量的趋势，并且，使用Pettitt突变点法对存在显著变化的水文序列进行分析，从而得出主控因素的贡献率。
参考文献：
[1]孙倩，于坤霞，李占斌，等.黄河中游多沙粗沙区水沙变化趋势及其主控因素的贡献率[J].地理学报，2018，5（73）：945-956.
[2]赖天锃，张强，张正浩，等.人类活动与气候变化对东江流域径流变化贡献率定量分析[J].中山大学学报（自然科学版），2016，55（4）：136-145.
论文作者:郭丽伟,郭成山,田国强,杨轶文
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/24
标签：径流论文; 水文站论文; 降水量论文; 黄河论文; 粗沙论文; 中游论文; 方差论文; 《基层建设》2019年第10期论文;