近50年气候和人类活动对锡林河流域径流的影响

焦玮，朱仲元，宋小园，隋佳硕，席小康，董志兵

(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，010018，呼和浩特)



近50年气候和人类活动对锡林河流域径流的影响

焦玮，朱仲元†，宋小园，隋佳硕，席小康，董志兵

(内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，010018，呼和浩特)

摘要：气候变化和人类活动是影响河川径流变化的2大主要因素。基于1963—2011年锡林浩特水文站的实测水文数据资料，采用累积距平法(CA)对锡林河近50年径流年际变化序列的趋势进行分析，确定出2个拐点年份为1985和1999年，其中1999年为突变年，运用修正后的的累积量斜率变化率比较分析法(SCRCQ)定量计算了气候及人类活动对径流变化的贡献率。以初始研究阶段T1(1963—1985年)为基准期，不考虑潜在蒸散量变化的影响，T2(1986—1999年)和T3(2000—2011年)时期的降水量减少对于径流量减少的贡献率分别为26.30%和57.36%，人类活动对于径流量减少的贡献率分别为73.70%和42.64%；如果考虑潜在蒸散量变化，T2、T3时段的潜在蒸散量减少对于径流量减少产生的负贡献率分别为-23.47%和-52.25%，而人类活动对锡林河流域径流变化的贡献率分别增至97.17%和94.89%。显然，人类活动是该区间锡林河流域径流量减少的最重要的驱动因素。

关键词：径流量； 气候变化； 人类活动； 贡献率； 累积距平法； 累积量变化率比较分析法； 锡林河流域

项目名称： 国家自然科学基金“内蒙古典型草原水文过程及其扰动与触发草地退化的水文临界条件实验与模拟研究”(51269014)；内蒙古自治区自然科学基金“天然榆树疏林草地蒸散发及其与环境因子的关系研究”(2013MS0607)；内蒙古自治区科技计划项目

气候变化和人类活动是影响河川径流变化的2大主要因素[1]。气候变化在一定程度上可以导致水资源时空上的重新分布，甚至会增加洪涝、干旱灾害发生的可能性，进而影响到区域水资源的可持续利用[2-4]。气候变化对于河川径流量的影响主要体现在降水量和气温的变化。大量研究认为降水量的变化是影响产流的主导因素，往往不考虑气温因子，然而气温变化会导致潜在蒸散量变化，从而影响产流量的大小。在全球变暖的大背景下，我国的区域气候逐渐升温，水资源问题频现，河流径流量减少[5-7]。近几十年来，随着人类社会的进步，人口增加、社会经济快速发展、城市化进程加快，加剧了水资源供需矛盾，水短缺问题日益凸显；因此，学术界广泛认为在研究流域河川径流量变化时应当是气候和人类活动二者叠加后的效应。

国内学者对于流域径流变化方面的研究已逐步从定性分析过渡到定量解析的阶段[8-12]，对于径流贡献率分解也进行了许多探讨[13-17]。我国北方干旱半干旱地区水资源时空分布变异性大，人均占有量不均匀，生态环境问题频现，导致生态系统退化严重，在草原型内陆河流域地区尤为显著[18]。研究此区域的径流年际变化情况，定量分解有关影响因子的贡献率，为将来流域水资源可持续利用和有效配置提供参考依据，对于认识变化环境下内陆河流域的水文循环过程演变规律具有重要意义。

1研究区概况

内蒙古自治区境内内陆河流域面积约54.5万km2，其中有69条河流的流域面积超过1 000 km2。锡林河干流全长175 km，流域面积1.1万多km2，是内蒙古典型的草原型内陆河。河流发源于赤峰市克什克腾旗宝尔图，自东向西流经赤峰市和锡林郭勒盟，最后流入查干诺尔沼泽，属查干淖尔水系。近年来，随着城市新区的建立，该流域承载着城市工农业用水及景观用水的功能，锡林河生态湿地周边大力发展建设，开采利用地下水及地表水，锡林河水库建成后致使下游断流，直接影响锡林河流域的径流变化。锡林河流域位于E 115°32′～117°16′，N 43°26′～44°39′之间，属中温带半干旱大陆性季风气候。春季风大干燥，蒸发强度大；夏季炎热，雨水多集中在6—8月；秋季凉爽短暂；冬季漫长寒冷，风雪交加[19-21]。根据锡林浩特气象站1955—2013年资料统计，年均气温1.7 ℃，多年平均降雨量282.5 mm，多年平均蒸发能力为1 862.89 mm。

2数据来源

图1　锡林河流域及相关气象站水文站位置Fig.1　Xilin River Basin and location of hydro-meteorological stations

笔者选取锡林浩特水文站1963—2011年的日径流序列实测数据。锡林浩特水文站设立于1957年7月，系国家基本站点，位于锡林河流域中游，E 116°10′，N 43°49′，控制流域面积3 852 km2。由于该站水文观测资料时间序列较长且完整，控制流域出口，因此选择该站实测径流量数据作为分析数据。研究区降水数据根据流域内锡林浩特市气象站，周边2个气象站(阿巴嘎旗和林西县)1963—2011年的年降水量实测数据，利用ArcGIS平台Kriging方法差值计算得到。各台站的年降水数据收集自中国气象科学数据共享服务网(http:∥cdc.cma.gov.cn/home.do)，各站位置见图1。

3研究方法

累积距平法(CA)[22]是通过观察差积曲线判断数据点离散程度和变化趋势的一种非线性统计方法：

(1)

该方法可以判断离散数据与其均值之间离散幅度的大小，本文使用SPSS软件将序列进行量纲归一化处理后对其进行累积距平，若得到的累积距平值>0，表明离散数据>均值，反之则<均值，如果差积曲线包括以上2部分，则可用来确定变化趋势的拐点。CA法可以直接反映不同时期径流量的变化进程，判断降水量和径流量的突变年份，同时避免了近年来广泛使用的降水量—径流量双累积曲线法(DMC)判断突变拐点时的人为因素的局陷性[10]，采用累积距平法诊断出的突变点较为清晰，双累积量在拐点前后的线性拟合程度较好。以确定出的突变年份为界分为基准期和措施期，与基准期相比，在措施期人类活动对于径流的影响扰动较大。

分析累积径流量、累积降水量及累积潜在蒸散量趋势变化时采用统计分析方法，定量分解降水量和其他影响因素对河川径流量的贡献率应用累积量变化率比较分析法(SCRCQ)[10]。该方法可以更为客观地分析各因子的贡献率，引入累积量旨在降低实测年际资料的影响，在影响因子以及径流量变化不明显的情形，利用SCRCQ法仍能达到定量分析影响程度的目的。

SCRCQ法的原理是，将降水量和其他影响因素的总和定义为100%；各影响因素对因变量的影响程度等于其在时间序列上的累积斜率变化率与因变量累积斜率变化率的比值。因其具有良好适应性的特点，本文具体采用修正后的SCRCQ法来研究气候变化和人类活动对于径流量的影响程度，计算过程如下：

(2)

式中：CPi为降水量因子对径流量变化的贡献率，%；SRi2和SRi1为拐点年份前后累积径流量-年份线性关系式的斜率，108m3/a；SPi2和SPi1为累积降水量-年份线性关系式的斜率，mm/a。

同理，可求得

(3)

式中：CEi为蒸散量(气温)因子对径流量变化的贡献率，%；SEi2和SEi1为拐点年份前后累积蒸散量-年份线性关系式的斜率，mm/a。

在求得上述气候因子的贡献率后，根据水量平衡原理，可得到

CHi=100-CPi-CEi。

(4)

式中CHi为人类活动对径流量减少的贡献率，%。

图2　锡林河流域1963—2011年径流量和降水量变化特征Fig.2　Variations in annual runoff and precipitation at the Xilin River Basin from 1963 to 2011

由于研究区缺乏长系列持续观测的蒸散量数据，本文采用L. Zhang等[23]提出的张氏公式计算潜在蒸散量来代替实测蒸散量。

(5)

式中：E为潜在蒸散量，mm；p为年均降水量，mm；q为森林覆盖率，%。

采用该方法的前提是在要区分人类活动和自然因素2方面的影响；因此，排除人工林地只需搜集天然林所占研究区的面积比例，即天然林覆盖度[11]。由于研究区缺乏详尽的天然林覆盖度的相关资料，本文采用中科院遥感所制作的中国区的GLC2000土地覆盖数据，在ArcGIS平台将GLC2000矢量数据转化成grid栅格数据，根据研究区的流域外边界图裁剪得到锡林河流域2000年的土地覆盖数据，提取常绿针叶林、落叶阔叶林和灌丛的面积，进而计算得到研究区的森林覆盖率为3.89%。已有研究[24-26]表明锡林河流域范围内虽然灌木林增幅较大；但因为其自身原始面积很小，所以森林覆盖率变化不明显。因此，可近似认为在本文研究期内流域的森林覆盖率大致保持该水平不变。

4结果与分析

4.1径流量和降水量年际变化特征

锡林河流域在1963—2011年的径流量年际变化特征如图2所示。年径流量在波动中整体以11万m3/a的速度减少，其中1963—1979年变幅较小且走势平稳，1979—1985年有较大幅度下降，1985—2000年间波动幅度较大，1993年达到最高值，后期总体呈现下降的趋势，虽有小幅回升但程度有限。

流域的年均降水量整体以0.963 mm/a的速度减少，19世纪60年代初至70年代末呈增长态势(图2)，到80年代及以后的降水量变化幅度加大，总体具有减少的趋势。由径流量和降水量的5点滑动平均值变化可知在80年代中期前后二者均发生明显变化而且整体趋势呈现良好的同步性。

4.2降水量和径流量拐点年份

如图3所示，降水量-径流量双累积曲线(DMC)中双累积量之间具有非常好的线性拟合关系(R2>0.98，P<0.000 1)，判断拐点年份为1979年和1999年。可以看到20世纪80年代前后双累积曲线的拐点并不明显，这对拐点年份的选择产生了不确定因素。

图3　　锡林河流域年降水量-径流量双累积曲线　变化趋势及拐点年份Fig.3　　Changing trend of the double cumulative curve 　of precipitation and runoff showing the years 　of inflexion points at the Xilin River Basin

图4　锡林河流域量纲归一化序列累积距平曲线Fig.4　Cumulative anomalous curve of standardized annual runoff(a) and precipitation variations(b) at the Xilin River Basin

如图4(a)中的径流量量纲归一化序列累积距平曲线所示，1963—1979年径流量的年际变化有小幅波动，1979—1985年间年径流的累积距平分布小幅度下降，1985年是典型枯水年，1993—2006丰水期，1999年径流量累积距平达到峰值，前后总体发生了增加到减少的突变。图4(b)显示在整个时间序列锡林河流域的年降水量的拐点年份与同期年径流量累积距平表现出相似性，1979年由增加转变为减少，以1985年附近为界由减少转为增加，1998年发生了由增加趋势到减少趋势的突变。

综上所述，确定径流量和降水量的拐点年份分别为1985和1999年，其中1999年为突变年。在拐点1985年之前人类活动较为轻微；因此气候因素的影响是导致径流量变化的主要因素，将1963—1985年确定为基准期。1985年之后是气候因子和人类活动共同作用的措施期。径流量在1999年发生突变说明受气候和人类活动的影响程度加大。

4.3气候和人类活动对锡林河流域径流量减少的贡献率分析

以上述确定的拐点年份为界，将各变量累积量的变化过程划分为3个时期1963—1985年(T1)，1986—1999年(T2)和2000—2011年(T3)，分别对年份与累积径流量、累积降水量进行线性拟合，其相关线性回归方程见图5，相关程度非常高。根据SCRCQ法中相关系数的获取原则，将各线性回归方程的斜率提取至表1。T1为基准期，之后各时期的变量变化率都是与基准期相比，若变化率>0，趋势减少；<0，则增加。

3个时期的年份-累积径流量的线性拟合方程的斜率分别为0.178/(108m3·a-1)，0.234/(108m3·a-1)，0.114/(108m3·a-1)(表1)，与基准期T1相比，T2时段径流量减少了31.65%，T3时段径流量增长了35.75%；T3与T2相比径流量增加了51.20%，增幅较为明显。根据公式(2)～(4)分别估算各影响因素对于径流量减少的贡献率，T2和T3时段的贡献率均是与基准期作比较得到，结果见表2。在不考虑潜在蒸散量的影响时，措施期T2(1985—1999)和T3(2000—2011)时段降水量减少对于径流量减少的贡献率分别为26.30%和57.36%，人类活动对于径流减少的贡献率分别为73.70%和42.64%，可见在T3时期，人类活动对径流量影响程度最大。如果考虑潜在蒸散量变化，在措施期潜在蒸散量的减少对径流变化产生的负贡献率分别为-23.47%和-52.25%，人类活动的贡献率分别增至97.17%和94.89%。显而易见，人类活动是该流域地表径流量缩减的最重要驱动因素。

SD为标准差。SD is standard deviation图5　锡林河流域年份与累积径流量和累积降水量之间的关系Fig.5　Changes of variations in cumulative runoff and precipitation over years at the Xilin River Basin

表1　不同时期年份与各累积量斜率变化率

Note:SRishows that the slopes of the linear relationship between year and cumulative runoff.SPishows that the slopes of the linear relationship between year and cumulative precipitation.SEishows that the slopes of the linear relationship between year and cumulative potential evapotranspiration.

表2不同时期气候因子和人类活动对径流量变化的贡献率

Tab.2Quantitative impact of climatic factors and human activities on runoff change at the Xilin River Basin during different periods

时期PeriodsCPi/%CEi/%(CEi+CHi)/%CHi/%T1————T226.30-23.4773.7097.17T357.36-52.2542.6494.89

Note:CPiis the contribution rate of precipitation factor of runoff change;CEiis the contribution rate of evaporation factor of runoff change;CHiis the contribution rate of human activities on the reduction of runoff.

4.4人类活动因素分析

结果表明：锡林河流域径流变化主要受人类活动影响，下面对不同人类活动的影响作进一步分析。以流域所在的锡林郭勒盟为例，分别从人口及载畜量变化、生态保护措施以及水库建设等方面对此进行讨论。

锡林河流域自20世纪80年代以来，随着人口急剧增长，城市化进程加快，城镇用地面积和有效灌溉面积均有不同程度的增加[27]。据统计，锡林郭勒盟人口从1960年的50.34万人增至2011年的103.31万人，在进入20世纪80年代及21世纪之后增速较快(图6(a))。锡林郭勒盟有效灌溉面积从1988年的0.17万hm2增至2011年的3.94万hm2，增长约22倍，2000年以后大幅增长(图6(b))。研究区城镇用地面积20年间增加36.35 km2。

已有研究[28]表明，锡林河流域自1985年以来其实际载畜量远远大于正常水平，超出天然草地的承载能力。统计显示，流域范围内牲畜总量在近20年间增加约2倍。过度放牧和超载养畜等不合理的人类活动会引起流域植被的退化，降低地表对降雨径流的缓冲拦蓄作用，加速水土流失[29]。2000年开始，锡林郭勒盟开展了一系列的生态保护工作，包括“退耕还林还草”“围封禁牧”“天然林保护工程”“京津风沙源治理”等水土保持措施。统计[30]显示，锡盟水土流失治理面积从2000年的1.49万hm2增长至2011年的2.69万hm2。

根据朝博等[31]对内蒙古草原水资源开发利用状况的研究，为改善草原牧区生态环境，国家实施了大量生态恢复工程，其中还林、造林工程均为水资源“大用户”，消耗大量水资源。据水行政主管部门统计，2005年末锡盟机电井供水量2.69亿m3，其中51%用于农业灌溉，19%用于工业生产。退牧还草工程使部分牧民转变为农民，开垦草原种植作物，表面减轻了草场的负担，实则加重了对水资源的需求。王军等[20]96对锡林河流域水资源状况的研究表明，该地区煤炭资源丰富，大量工矿企业以地下水作为供水水源，造成地下水位下降，市区地下水开采已接近警戒线[32]，流域南部已有降落漏斗形成。2010 年流域水资源开发利用总量占可利用总量的93.19%,基于目前需水现状，到2020年锡林河流域将有1 513.85万m3的缺水口，缺水程度达19.47%。

水库对调节河流径流量有着独特的功能，2012年全盟已建成大、中、小型水库35座，总库容5.2亿m3，其中锡林河水库是一座以防洪为主、兼顾工业供水及灌溉、养殖和旅游等综合利用的中型水库。部分拦蓄滞留的地表水用以生态工程和农业灌溉以及景观观赏，这些水量部分通过水循环作用蒸散到大气中[29]185，从而间接作用其径流量的变化。

锡林河流域从20世纪80年代中期开始频繁人类活动，人口和载畜量快速增长，与1985年径流量出现拐点相一致；进入21世纪后，人口扩张和工业发展，农业灌溉以及水利工程的修建等人类活动共同影响流域径流，水土保持工作的展开使人类活动对径流的影响有所减轻。

数据来源于锡林郭勒盟统计局。data in the graph from Xilingol league area Bureau of Statistics. 图6　锡林郭勒盟部分人类活动变化过程Fig.6　Variations of some human activities in Xilin Gol League

5结论与讨论

1)1963—2011年间，锡林河流域径流量和降水量分别以11万m3/a和0.963 mm/a的速度减少，在20世纪80年代中期前后二者均发生明显变化而且整体趋势呈现良好的同步性。

2)本研究采用累积距平法(CA)诊断拐点年份，确定径流量和降水量的突变年份为1999年，拐点年份为1985年和1999年。

3)以T1(1963—1985)为基准期(人类活动轻微)，在不考虑潜在蒸散量变化的影响时，措施期T2(1985—1999)和T3(2000—2011)时段降水量减少对于径流变化的贡献率分别为26.30%和57.36%，人类活动对于径流减少的贡献率分别为73.70%和42.64%；如果考虑潜在蒸散量变化，在T2和T3时期潜在蒸散量变化对径流减少产生的负贡献率分别为-23.47%和-52.25%，而人类活动的贡献率分别增至97.17%和94.89%。

4)人类活动是导致锡林河流域径流量减少的最重要的驱动因素，其中人口及载畜量变化，工业发展与农业灌溉以及水利工程的修建等因子共同影响流域径流，水土保持工作的展开使人类活动对径流的影响有所减轻。

前人对于锡林河流域径流量变化的影响因素已做过一些研究，但杨力哲等[26]307没有细致地分析径流在年际上的突变特征，仅判断出径流量累积值发生偏移的年代，未查明拐点年份，只定性的分析了气候因素、人类活动及下垫面变化等潜在因素对锡林河径流产生的影响；而本研究通过累积距平法确认出的拐点年份与杨力哲的研究结果一致，并且通过划分不同时段对径流变化的影响因素进行了定量解析，结果更具说服力。本文分解出的人类活动影响的贡献率包含了所有类型的人类活动对径流变化的影响，由于各因子间的相互作用十分复杂；因此，如何进一步定量区分各因子对径流变化的影响有待深入研究。

参考文献6

[1]Zhan Chesheng, Zeng Sidong, Jiang Shanshan, et al. An integrated approach for partitioning the effect of climate change and human activities on surface runoff [J]. Water Resources Management, 2014, 28(11):3843-3858

[2]吴绍洪, 黄季焜, 刘燕华, 等. 气候变化对中国的影响利弊[J].中国人口·资源与环境,2014,24(1):7-13

[3]王刚, 肖伟华, 路献品, 等. 气候变化对旱涝事件影响研究进展[J].灾害学,2014,29(2):142-148

[4]夏军, 刘春蓁, 任国玉. 气候变化对我国水资源影响研究面临的机遇与挑战[J].地球科学进展,2011,26(1):1-12

[5]邢子强, 严登华, 鲁帆, 等. 人类活动对流域旱涝事件影响研究进展[J].自然资源学报,2013,28(6):1070-1082

[6]夏军, 邱冰, 潘兴瑶, 等. 气候变化影响下水资源脆弱性评估方法及其应用[J].地球科学进展,2012,27(4):443-451

[7]陈亚宁, 杨青, 罗毅, 等. 西北干旱区水资源问题研究思考[J]. 干旱区地理,2012,35(1):1-9

[8]赵晓坤, 王随继, 范小黎. 1954—1993年间窟野河径流量变化趋势及其影响因素分析[J]. 水资源与水工程学报,2010,21(05):32-36

[9]李志, 刘文兆, 郑粉莉, 等. 黄土塬区气候变化和人类活动对径流的影响[J]. 生态学报,2010,30(9):2379-2386

[10] 王随继, 闫云霞, 颜明, 等. 皇甫川流域降水和人类活动对径流量变化的贡献率分析：累积量斜率变化率比较方法的提出及应用[J]. 地理学报,2012,67(3):388-397

[11] 王随继,李玲,颜明. 气候和人类活动对黄河中游区间产流量变化的贡献率[J]. 地理研究,2013,32(3):395-402

[12] 张调风, 朱西德, 王永剑, 等. 气候变化和人类活动对湟水河流域径流量影响的定量评估[J]. 资源科学,2014,36(11):2256-2262

[13] 王宝鉴, 宋连春, 张强, 等. 石羊河流域水资源对气候变暖的响应及对生态环境的影响[J]. 地球科学进展,2007,22(7):730-737

[14] 李加强, 陈亚宁, 李卫红, 等. 天山北坡中小河川降水与径流变化特征：以精河为例[J]. 干旱区地理,2010,33(4):615-622

[15] 陈忠升, 陈亚宁, 李卫红, 等. 塔里木河干流径流损耗及其人类活动影响强度变化[J]. 地理学报,2011,66(1):89-98

[16] 邓振镛, 张强, 王润元, 等. 河西内陆河径流对气候变化的响应及其流域适应性水资源管理研究[J]. 冰川冻土,2013,35(5):1267-1275

[17] 张晓晓, 张钰, 徐浩杰, 等. 河西走廊三大内陆河流域出山径流变化特征及其影响因素分析[J]. 干旱区资源与环境,2014,28(4):66-72

[18] 李春梅，高素华. 我国北方干旱半干旱地区水资源演变规律及其供需状况评价[J]. 水土保持学报,2002,16(2):68-71

[19] Tong C,Wu J,Yong S,et al. A landscape-scale assessment of steppe degradation in the Xilin River Basin, Inner Mongolia, China [J].Journal of Arid Environments,2004,59(1):133-149

[20] 王军, 李和平, 赵淑银, 等.锡林河流域水资源评价与开发利用潜力分析研究[J]. 水资源与水工程学报,2011,22(4):95-102

[21] 杨淇越, 吴锦奎,丁永建, 等. 锡林河流域地表水和浅层地下水的稳定同位素研究[J]. 冰川冻土,2009,31(5):850-856

[22] Ran L S, Wang S J, Fan X L. Channel change at Toudaoguai station and its responses to the operation of upstream reservoirs in the upper Yellow River[J]. Journal of Geographical Sciences, 2010, 20(2):231-247

[23] Zhang L, Dawes W R, Walker G R. Response of mean annual evapotranspiration to vegetation changes at catchment scale[J]. Water Resources Research, 2001, 37(3):701-708

[24] 李月臣, 刘春霞. 锡林浩特市土地利用/覆盖变化研究[J]. 水土保持通报,2006,4(2):60-64

[25] 徐广才, 康慕谊, 李亚飞. 锡林郭勒盟土地利用变化及驱动力分析[J]. 资源科学,2011,33(4):690-697

[26] 杨立哲, 钱虹, 郝璐. 锡林河近50年径流变化特征及其影响因素分析[J]. 草业科学,2015,32(3):303-310

[27] 内蒙古自治区统计局.内蒙古统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2012:493-517

[28] 姜晔, 毕晓丽, 黄建辉, 等. 内蒙古锡林河流域植被退化的格局及驱动力分析[J]. 植物生态学报,2010,34(10):1132-1141

[29] 李玉兰, 贾国华. 锡林河水库水土流失现状及成因分析[J]. 安徽农学通报(上半月刊),2012,18(21):185-188

[30] 锡林郭勒盟党史地方志编纂委员会办公室. 锡林郭勒年鉴[M].呼和浩特：内蒙古出版集团内蒙古文化出版社，2012:168

[31] 朝博, 乌云,乌恩. 气候变化背景下内蒙古草原水资源保护与可持续利用[J].中国草地学报,2012.34(5):99-106

[32] 赵为耕. 浅谈锡盟地下水的可持续利用[J]. 内蒙古水利,2014(1):99-100

(责任编辑：程云郭雪芳)

Impacts of climate change and human activities on runoff yield of the

Xilin River Basin over nearly 50 years

Jiao Wei, Zhu Zhongyuan, Song Xiaoyuan, Sui Jiashuo, Xi Xiaokang, Dong Zhibing

(Hydraulics and Civil Engineering College,Inner Mongolia Agricultural University, 010018, Hohhot, China)

Abstract:Climate change and human activities are two main factors influencing the runoff change. To some extent, climate change can lead to the spatial-temporal redistribution of water resources. The effect of climate change on river runoff yield is mainly reflected in the change of precipitation and temperature. With the increase of population, rapid development of economy and society, and the accelerated process of urbanization, a serious contradiction arise between supply and demand of water resources, and the question of water resource shortage is increasingly concerned. A prevailing thought is that research on river runoff changes should take into account the combination of climate change and human activities. In this study, Xilin River, a typical inland river basin in arid and semi-arid region of Inner Mongolia, was selected as our research object. Based on the observed data of Xilinhot Hydrological Station during 1963—2011, we used the method of cumulative anomaly (CA) to analyze the runoff sequence interannual trend of Xilin River over nearly 50 years, in order to determine the years of inflection point, i.e., 1985 and 1999. Using the revised slope change ratio of cumulative quantity (SCRCQ), we calculated quantitatively the contribution rate of the precipitation, potential evapotranspiration and human activities on runoff. With years of inflection point as a boundary, change process of cumulants of the variables was divided into three periods, 1963—1985 (T1), 1986—1999 (T2) and 2000—2011 (T3). The linear regression equation was adopted to analyze the relationship between accumulated runoff and time. The slope of the linear regression equation was obtained, and then the rate of change was calculated. Compared with the benchmark stage T1, runoff during the T2period decreased by 31.65%, and that during T3period increased by 35.75%. If not considering the effect of evapotranspiration in the area, the reduced precipitation contributed to the runoff reduction by respectively 26.30% and 57.36% respectively during the period of T2and T3, and the contribution rate of human activity to the runoff reduction was 73.70% and 42.64% respectively, with the initial research phase T1(1963—1985) as a benchmark. On the contrary, regarding to the influence of potential evapotranspiration, the contributions of reduced potential evapotranspiration to the runoff yield change were -23.47% and -52.25% during the period of T2and T3respectively, and the contributions of human activities to the runoff yield change were increased to 97.17% and 94.89% respectively. Obviously, human activities were the dominant factor influencing the runoff yield changes of the Xilin River Basin. The human activities include population explosion, livestock grazing, industrial development, agricultural irrigation and water conservancy projects, and the influence of human activities on runoff is mitigated because of soil and water conservation projects. Since the interaction between various factors is very complex, how to further quantitatively measure influence of each factor on runoff changes need intensive study.

Keywords:runoff yield; climate change; human activities; contribution rate; cumulative anomaly (CA); slope change ratio of cumulative quantity; Xilin River Basin

通信作者†简介： 朱仲元(1956—)，男，教授，博士。主要研究方向：水文水资源与草原生态。E-mail: nmgzzy@tom.com

作者简介：第一 焦玮(1992—)，女，硕士研究生。主要研究方向：水资源利用与保护。E-mail: jw731011410@126.com

收稿日期：2015-05-15修回日期： 2015-11-03

中图分类号：K903

文献标志码：A

文章编号：1672-3007(2015)06-0012-08