径流系数影响因素分析

赖春羊， 郑哲韬， 邱洁坤， 鲜 冰

(四川农业大学， 四川 雅安 625014)

0 前 言

径流系数是水文学中的概念，是指时段内流域径流量R与同期降水量P的比值，公式为：a=R/P[1]。由于流域特征变化以及不同时期降雨特征的差异，径流系数在不同年份里有所不同，具有不确定性。但是多年平均的径流系数则相对稳定，可以很好地表征流域内的水循环特点，以及水文特征的时空变化，因此，径流系数得到了广泛的应用，并成为国内外学者的研究重点。有学者认为，径流系数作为一种随机变量，能较好地反映流域气候物理机制[1-2]。目前，关于径流系数的影响因素，国内外学者的研究结论较为一致，即：径流系数主要受流域地形地貌特征、下垫面状况及气候因素的影响。比如，郭华等注意到1995～2002年中，潘阳湖流域的径流系数出现了显著变化，且变化具有显著的突变性和阶段性。通过研究1955～2002年间潘阳湖流域的气象资料，发现该时期内的径流系数变化趋势以及突变点与气候因子的变化吻合，从而得出气候因素仍是影响流域降雨径流系数的主要因素[1]。而刘健等对近50年潘阳湖流域径流变化特征进行研究，也得出了相同的结论[3]。宫爱玺等则选取了大清河水系并利用多元线性回归分析方法，对大清河的四个子流域(紫荆关、城头会、阜平和张坊)近50年的降雨资料进行研究，结果指出降雨因素对于径流系数的变化影响最大，同时下垫面变化也对年径流系数产生一定的影响，尤其是草地、耕地和建设用地的变化对年径流系数影响较为明显[4]。

由此可见，气候因素和流域特征因素是影响流域降雨径流系数的主要方面，本文将从这两个方面分别总结前人的研究，为进一步分析径流系数的影响因素提供参考。

1 气候因素

大多数学者认为气候因素对于流域降雨产流、流域降雨径流系数起到主要的作用。比如Chen L等通过研究黄河发源地的气候因素对径流系数的影响，发现降雨和温度是影响径流系数的主要因素[5]。郭华等[1]，刘健等[3]则通过对潘阳湖流域近50年的水文气象资料研究分析发现了相同的结果。

气候因素对径流系数的影响，国内外学者研究较多，基本上是通过对已有水文气象资料的分析或人工模拟的方法进行分析研究。其中对于气候因素中的降雨量、雨强、降雨历时、蒸发量等的研究较多。郭华等基于1955～2002年潘阳湖流域的资料，利用奇异谱分析方法(SSA，Singular Spectrum Analysis)，以10 a为嵌入维数，并通过重建序列趋势项消除数据噪音的方法，研究了资料中数据突变的原因，并利用CUSUM统计量和“解靴”算法进行了显著性水平检测，结果发现降水量与流域内各小流域径流系数的相关性均达到了显著相关的水平，蒸发量对于径流系数也具有一定的影响，但明显较降水量弱[1]。邓珺丽等则利用1967～2006年太子河流域的气象水文资料分析了太子河流域6个主要支流中，气候因素对流域与径流系数的影响，结果显示年降水量对年径流系数影响极为显著[6]。宫爱玺等选取大清河水系的4个典型子流域，运用滑动平均和M-K检验分析了大清河流域的年径流系数变化趋势和突变特点，结果显示降雨因素是径流系数变化的主导因素[4]。魏小燕等通过人工模拟降雨的方法，研究了高羊茅草地地表径流系数的影响因素，结果指出雨强与径流系数相关[7]。李广等同样用人工降雨模拟器，定量研究了黄土丘陵区降雨雨强对径流系数的影响，结果表明雨强与径流系数呈负指数函数关系[8]。孙明等则利用太谷均衡实验站的资料分析得出降雨极值强度与径流系数呈显著的线性相关，且径流量的大小主要取决于降雨极值强度[9]。王兆礼等则通过分析东江流域1956～2005年的水文气象资料指出降水和蒸发是影响流域径流系数的主要气候因素[10]。许申来等研究岷江上游黑水河流域相关资料后得出了相同的结论[11]。可见对于气候因素对于径流系数的影响，目前研究较多而且结果也较为一致[12-14]。鉴于流域径流系数与气候因素存在紧密联系，径流系数在流域水文预报中得到广泛运用，如田永宏等分析黄丘一区的暴雨洪水资料后指出降雨量、雨强、降雨过程是决定流域产流的主要因素，并建立了小流域一次降雨条件下的产流计算式：M=B0IB1PB2。其中，M为一次降雨流域产流模数，P为一次降雨的雨量，I为一次降雨的权重降雨强度，B是与下垫面条件有关的小流域产流系数[15]。

2 流域特征因素

流域特征对产流过程具有较大的影响，从而影响到流域径流系数。武晟等利用模拟降雨系统，研究了城市中几种典型下垫面对径流系数的影响，结果指出在相同降雨条件下，3种弱透水性下垫面按径流系数由大到小依次为：不透水砖、SBS、水泥路面[16]。宫爱玺等通过对大清河水系典型子流域的研究也表明草地、耕地和建设用地的面积变化对径流系数具有一定的影响[4]。对于流域特征因素，国内外学者研究较多的有植被覆盖率、植被类型、土地利用类型、坡度、沟道密度等。其中对植被的影响研究最多，相关文献丰富，主要涉及植被覆盖率、植被类型等对产流的影响。Kang S等研究了裸土及不同植被覆盖率和耕作方式下各种坡度坡长上的降雨径流关系[17]。李文华等[18]、石培礼等[19]也对植被覆盖率对产流的影响进行了研究。吴希媛等通过模拟降雨实验，研究得出植被覆盖率随植被类型和植被生长阶段的不同而变化，而不同的植被覆盖率对入渗和径流产生影响的途径不同[13]。魏小燕等则通过研究高羊茅草地在不同覆盖率下的径流系数并与裸地作对照，得出覆盖率对流域产流有影响，且高羊茅草地地表径流系数随着覆盖率的增加而降低[7]。王兆礼等在对东江流域的研究中也指出植被覆盖率对径流系数起到间接影响的作用[10]。张喜等则采用了固定样地定位监测的方法，对黔中喀斯特山地不同森林类型对地表径流的影响进行了研究，得出不同森林类型与覆盖度对径流系数均有影响，且因降雨量的原因与季节变化有关系[20]。时忠杰等则利用GIS技术对宁夏六盘山区香水河小流域的资料进行研究，发现受植被类型的影响，径流系数以人工林最大, 灌丛次之, 亚高山草甸最小[21]。张洪江等为了探讨植被类型的影响，通过灰色理论对重庆缙云山不同植被类型的草本层盖度、枯落物厚度、灌木层盖度和郁闭度影响地表径流的因素进行了灰关联分析[22]。许申来等通过GIS技术，对岷江上游的黑水河流域进行了研究，探讨了不同景观结构小流域的多年平均径流系数，得出不同土地利用类型组合下径流系数的大小关系[11]。杨新兵等[23]、张发会等[24]更是从动态角度研究了植被变化对径流系数的影响。除了对植被的影响进行了大量研究外，国内外学者还对其他流域特征因素的影响进行了研究。如李广等利用人工降雨模拟器设计不同土地利用方式的区组实验，研究了土地利用对产流的影响[8]。Basic F等分析了不同耕作方式下的径流情况和土壤流失状况[25]。许翼等研究指出，坡长和坡度对径流系数有影响[12]。吴希媛等也得出了相同的结论[13]。

有学者就气候因素和流域特征因素对径流系数的影响进行了综合的研究。宫爱玺等的研究指出产流过程是一个比较复杂的问题，径流系数的大小与降雨量、植被、前期土壤湿度、土壤理化性质、地形地貌等因素密切相关[4]。王浩等则收集了黄土高原小流域有关资料，将流域面积、流域主沟道长度、主沟道比降、降雨量、降雨历时、平均降雨强度、流量等因素与流域径流系数进行了相关性分析，得出流域面积、流域狭长度、降雨量及平均雨强是影响小流域次降雨径流深的主要因素，并用回归分析的方法建立了径流深预报模型。

除了气候因素和流域特征因素外，还有学者指出流域径流系数与人类的活动有关[6，15]。

3 结 语

径流系数因为其重要的生产实践意义，受到国内外学者的广泛关注，也进行了大量的研究。通过本文的分析，目前研究结果大致可分为气候因素和流域特征因素两大类，其中主要研究的有气候因素中的雨量、雨强、降雨历时、蒸发，流域特征因素中的植被覆盖、植被类型、坡度、坡长、流域形状等。但由于受到多方面因素的影响，流域的产流过程十分复杂，单纯从气候因素或者流域特征因素，甚至是从其中的个别因子进行研究，无法准确地对流域径流系数进行研究与预报，从而影响流域的水土保持、水资源管理等工作。放眼国内外的研究可以发现，学者们大多基于少数几个因子对径流系数进行研究，鲜有从多方面、多角度对流域降雨径流系数进行研究的。因此本文列举出目前研究较多的影响因素，以供下一步更加全面地对流域降雨径流系数影响因素的研究。此外，流域径流系数受流域各种因素影响，地域性极强，后续研究中，应着重关注各重点流域径流系数相关研究，建立径流系数预报模型，为流域水文预报、水资源管理等工作提供科学依据。