由图 3 可以看出,1961—2016 年黄河流域无论是实测径流还是天然径流,都存在明显的下降趋势 。天然径流的下降趋势与该时段气候的暖干化有关,其中降水的减少是天然径流减少的主要原因;而气温的升高将使得流域蒸散发过程加速,不利于径流的产生 。实测径流的大幅度减少除与气候流域中下游地区暖干化有关外,人类对地表水的过度利用也是黄河径流减少的主要因素之一 。
黄河流域是我国主要的粮食基地和能源基地,水资源供需矛盾尤为突出,农业用水的比重占整个流域供水量的 60% 以上 。从图 4 可以看出,全流域人类用水占地表总径流量的比例从 20 世纪 50 年代的不足 20% 上升到最近的 85% 以上,地表水资源的利用比远超健康河流的警戒线(40%) 。
从图 5 可以看出,农业用水从2002 年开始有一个减小趋势(2002—2018 年减少了 3.4741×109m3),工业用水在 2011 年达到历史最高的 6.55×109m3 。2002—2018年,工业和农业用水稳中略有增加(+1.451×108m3);但生活用水和生态用水却有明显的增长趋势,分别增加了 1.459×109和 1.94×109m3 。黄河流域人类用水中,农业用水占比最高,2002—2018 年平均占比达 72% 。以 2012 年为例,地表水和地下水的总供水量为 5.246×1010m3,占黄河流域水资源量的 68%;而仅农业的用水量就为 3.4672×1010m3,耗水量为2.8099×109m3,相当于整个流域单位面积平均蒸发增加了约 35 mm,这显著地改变了整个流域的蒸散发大小 。由于地表水供应的严重不足,黄河流域地下水严重超采,2010 年黄河流域浅层地下水蓄水量比上年减少 1.63×108m3,形成了 12 个地下水漏斗区 。统计表明,黄河流域平原地区地下水资源量为 1.546×1010m3,而近年来黄河流域平原区平均地下水开采量为 1.323×109m3,远超该地区地下水与地表水的可重复量 。另外,黄河干支流已建大型水库 20 余座,总库容超过 7×1010m3,远超黄河的河川径流量,并且水库及库容量的增加使得整个流域地表水体近 10 年迅速扩大 。人类用水(包括地下水的抽取和地表水利用)已改变了黄河流域水资源分布格局,并能对局地水文循环和区域气候产生一定的反馈和影响 。例如,农田灌溉增加了土壤湿度和蒸发,进而影响了大气降水及其对地下水的补给,形成对“三水”(大气降水、地表水和地下水)转换过程的重要影响 。
黄河流域植被变化对流域水循环过程的影响
黄河流域的植被变化
黄河流域作为生态系统的敏感区,尤其是近年来实施的“退耕还林还草”政策,使得整个流域的植被覆盖发生了显著的变化 。由图 6a 可以看出,黄河流域大部分地区植被覆盖在 2000 年以后明显变好,且黄河中下游植被覆盖增加最为显著 。图 6b 清楚地显示出,在 2000 年以后,整个黄河流域植被覆盖指数(leaf area index,LAI)显著增大,增加幅度达 36.6% 。进一步的分析表明,上游流域(兰州站以上集水区)1982—2017 年 LAI 增加了 22.8%,中下游流域增加 43.9%;上游流域年平均气温 1982—2017 年上升了 0.82℃,年降水量增加了 33.0 mm;而中下游流域平均升温达 1.67℃,年降水量减少了 31.6 mm 。从两个区域气候和植被覆盖变化的对比可以发现,上游流域升温且降水增多,植被覆盖的增加主要是气候要素的变化所引起的;而中下游显著的暖干化气候变化是植被生长的不利因素,但中下游地区的植被覆盖度增长却约是上游的 2 倍 。可以推断,气候变化主导了上游流域的植被增加,而中下游植被增长与“三北防护林”建设和“退耕还林还草”政策的实施密切相关 。
植被变化对黄河流域水循环过程的影响
气候变化和人类活动是影响流域水循环的两个重要方面 。但由于不同流域之间地形地貌和气候变化的区域差异及气候的多样性,加之人类活动方式的不同,导致不同流域水循环及其影响因子具有特殊性,形成一个流域尺度上自然和人类,包括水-土-气-生相互作用过程的复杂系统,流域水循环变化机制的研究离不开对这些相互作用过程的探究 。但从目前的进展来看,仅考虑单影响因子与水循环的相互作用,缺乏对各种因子影响流域水循环的相对贡献和综合影响的估算研究 。存在的主要问题可归纳为 2 个方面:单向驱动的水文模型无法客观描述气候变化或人类活动和流域水循环的相互作用过程,没有系统考虑大气-植被-水文的完全耦合;在流域尺度上没有考虑气候变化和人类活动的综合效应,缺乏对不同影响因素相对贡献的客观评估,有关黄河流域的研究同样存在上述问题 。
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