基于歷史參照系的三江源區(qū)徑流調(diào)節(jié)功能及變化評估

孫倩瑩,高艷妮,*,楊春艷,王世曦,劉 學(xué),馮朝陽

1 中國環(huán)境科學(xué)研究院,環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室,北京 100012

2 中國環(huán)境科學(xué)研究院,國家環(huán)境保護區(qū)域生態(tài)過程與功能評估重點實驗室,北京 100012

三江源區(qū)地處青藏高原腹地,是長江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地,是中國以及東南亞的重要產(chǎn)水區(qū),同時也是亞洲乃至北半球氣候變化的“感應(yīng)器”和“敏感區(qū)”。三江源區(qū)特殊的地理位置、豐富的自然資源、重要的生態(tài)功能使其成為青藏高原生態(tài)屏障的重要組成部分。然而,由于該地區(qū)海拔高、自然條件惡劣,其生態(tài)環(huán)境十分脆弱,生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的變化非常敏感[1—3],尤其是20世紀(jì)70年代以來,在氣候變暖和人為活動不斷擴大的雙重影響下,冰川消退、江河斷流、草地退化、水土流失等問題相繼涌現(xiàn),三江源區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈惡化趨勢[4—6]。黨和國家高度重視三江源區(qū)生態(tài)保護工作,通過建立自然保護區(qū)、成立國家公園等體制機制的逐步完善和一系列生態(tài)保護與恢復(fù)工程的實施,三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢初步得到遏制[7—8]。

氣候變化和人類活動的雙重作用對三江源區(qū)水資源供給和徑流調(diào)節(jié)功能造成了重要影響,不少學(xué)者針對三江源區(qū)的水資源時空分布、演化規(guī)律和徑流調(diào)節(jié)能力等進行了研究分析,如：羅玉等[9]運用滑動平均、累積距平曲線、集中期、集中度、滑動t檢驗、小波分析等方法統(tǒng)計分析了長江源區(qū)徑流量變化特征；劉希勝等[10]采用過程線法、集中度和集中期等方法分析了黃河流域降水、徑流的演變特征,研究了徑流對降水的響應(yīng)特征；張士鋒等[11]借助氣候驅(qū)動模型分析了三江源區(qū)徑流變化的主要氣候驅(qū)動因素；蔣沖等[12]通過雙累積曲線、相關(guān)分析和貢獻率分析等方法探討了影響三江源區(qū)年際和年內(nèi)徑流量變化的氣候氣象因素；張小詠[13]基于春汛期、夏汛期、枯水期三個不同時段水文參數(shù),分析了氣候變化和生態(tài)系統(tǒng)退化或轉(zhuǎn)好對生態(tài)系統(tǒng)徑流調(diào)節(jié)功能的影響。

徑流調(diào)節(jié)反映了生態(tài)系統(tǒng)通過對降水截留、過濾、吸收等,對其時空再分配的過程,在一定程度上起到削峰補枯、緩和地表徑流、增加地下徑流等的作用,通常采用水量平衡法、降水貯存量法、綜合蓄水能力法等方法評估[14—16]。當(dāng)前針對徑流調(diào)節(jié)等反映生態(tài)質(zhì)量、生態(tài)功能的評估多是基于可觀測值或相關(guān)可觀測值的評估,雖然能夠直觀給出某一特定時期的變化情況,但由于其缺乏對應(yīng)時期評價指標(biāo)的參考值,難以量化其與該區(qū)域最優(yōu)狀態(tài)之間的差距,量化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)潛力[17],在一定程度上制約了生態(tài)保護措施的開展實施。生態(tài)系統(tǒng)參照系是指某地區(qū)在長期氣候、地形、海拔等自然因素的影響下,經(jīng)自然演替形成的最優(yōu)生態(tài)系統(tǒng)及其所具有的生理生態(tài)特征,具有生物群落發(fā)展到頂級植被的生態(tài)系統(tǒng)特征,它反映了一種自然原始、未受或極少受人為活動干擾的條件狀況。在開展生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)潛力或生態(tài)系統(tǒng)保護成效分析中,通過選取生態(tài)系統(tǒng)參照系,量化參照系條件下關(guān)鍵指標(biāo)的數(shù)值,并把它作為長期的評估標(biāo)準(zhǔn),就可以科學(xué)地量化生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與理想狀態(tài)或最優(yōu)狀態(tài)之間的差距。通過建立客觀的生態(tài)系統(tǒng)評估參照系,定量評估參照系和實際條件下的徑流變化過程,有利于厘清自然因素和人為因素的影響,量化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)進程,實現(xiàn)不同時間、不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)徑流調(diào)節(jié)功能的可比較。

對此,本研究以科學(xué)可比較為評估目標(biāo),以徑流量和徑流系數(shù)作為徑流調(diào)節(jié)功能表征指標(biāo),建立了基于歷史參照系的三江源區(qū)徑流調(diào)節(jié)功能評估模型,分析了2000—2017年三江源區(qū)徑流調(diào)節(jié)功能變化特征；采用參照條件下的徑流系數(shù)與實際條件下的徑流系數(shù)的比值作為徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù),計算了基于參照系下的三江源區(qū)徑流系數(shù)和地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分變化,分析了三江源區(qū)徑流調(diào)節(jié)功能現(xiàn)狀和變化情況。

1 研究區(qū)概況

三江源區(qū)位于我國青海省南部,是長江、黃河、瀾滄江的發(fā)源地,被譽為“中華水塔”。多年平均水資源量約為500億m3,分別占長江流域總水量的20%,黃河流域總水量的40%和瀾滄江流域總水量的15%[18]。其行政范圍包括玉樹、果洛、海南、黃南藏族自治州的21個縣和格爾木市的唐古拉山鎮(zhèn),區(qū)域總面積39.5萬km2。三江源區(qū)是典型的高原大陸性氣候,冷熱兩季交替、干濕兩季分明。年平均氣溫由東南向西北隨著緯度和海拔的升高而逐漸下降,區(qū)內(nèi)溫度梯度差異明顯,降水量分布總體上也呈現(xiàn)出由東南向西北逐漸遞減的趨勢[18—19]。三江源區(qū)土壤以高山草甸土為主,且土壤空間分布具有明顯的垂直地帶性規(guī)律,區(qū)域內(nèi)以高寒草甸和高寒草原等草地生態(tài)系統(tǒng)為主,其次是濕地生態(tài)系統(tǒng),此外還少量分布著森林、灌叢等植被類型[20—21]。植被隨降水變化呈地帶性分布,降水量最低的長江源區(qū),其西部最干旱區(qū)以荒漠草原為主,逐漸向東部過渡為以針茅為主的高寒草原,東部主要是以高寒嵩草為主的高寒草甸。降水量最高的瀾滄江源區(qū),其植被類型以高寒草甸為主,東部邊界谷地分布著落葉闊葉灌叢和針葉林。黃河源區(qū)內(nèi)植被整體仍以高寒草甸為主,其北部以溫帶草原和高寒草原為主,中部偏南部有落葉灌叢分布。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

徑流數(shù)據(jù)來源于中國水利統(tǒng)計年鑒,包括長江流域直門達站、黃河流域吉邁站和唐乃亥站、瀾滄江流域香達站的逐月徑流量。氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象共享網(wǎng),包括三江源區(qū)內(nèi)氣象站點的日降水量、日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日照時數(shù)、日平均相對濕度和日平均風(fēng)速數(shù)據(jù),及輻射站點的日太陽輻射數(shù)據(jù)(站點分布圖見圖1)。植被類型數(shù)據(jù)來源于中科院植物所的1:100萬中國植被類型圖[22]。生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心,空間分辨率為30 m,共包括2000,2005,2010和2015年4期生態(tài)系統(tǒng)類型圖,本研究以各期生態(tài)系統(tǒng)類型圖代表最近5年的生態(tài)系統(tǒng)類型情況(2000—2002年采用2000年數(shù)據(jù),2003—2007年采用2005年數(shù)據(jù),2008—2012年采用2010年數(shù)據(jù),2013—2017年采用2015年數(shù)據(jù))。地形高程數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云,空間分辨率為90 m；土壤類型圖來源于國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心“基于世界土壤數(shù)據(jù)庫的中國土壤數(shù)據(jù)集(v1.1)(2009)”。

圖1 三江源區(qū)站點分布圖

2.2 研究方法

徑流系數(shù)是表征流域降雨產(chǎn)流能力的重要參數(shù),它是指某一時段內(nèi)匯水面積上的產(chǎn)流量與相應(yīng)時段內(nèi)的降雨量的比值,反映了流域內(nèi)自然地理因素對降水形成徑流過程的影響。徑流系數(shù)主要受降水總量、降水強度和下墊面影響[23—25],具有明顯的區(qū)域特征。本研究利用SWAT (Soil & Water Assessment Tool)模型模擬區(qū)域徑流量,選取徑流系數(shù)和地表徑流系數(shù)來反映三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的徑流調(diào)節(jié)功能,以參照系徑流系數(shù)與實際徑流系數(shù)的比值作為徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù),評價實際生態(tài)系統(tǒng)相較于優(yōu)良生態(tài)系統(tǒng)徑流調(diào)節(jié)功能的偏離情況,分析三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)徑流調(diào)節(jié)功能參照值、現(xiàn)狀值及變化量的時空變化規(guī)律。

2.2.1參照系確定

生態(tài)系統(tǒng)參照系的選取應(yīng)盡量體現(xiàn)未經(jīng)過自然與人為因素擾動后的生態(tài)系統(tǒng)特征[17]。研究表明,三江源區(qū)草地退化格局在20世紀(jì)70年代中后期初步形成并快速發(fā)展[5]。20世紀(jì)70年代中期—2000年,達日縣發(fā)生退化的草地面積約占全縣面積的29.39%,瑪多縣約有70%的天然草場面積發(fā)生退化,其中大部分為重度退化；黃河源頭20世紀(jì)80—90年代草地退化速度相比20世紀(jì)70年代增加了1倍[26—30]。對此，本研究選取成圖在上世紀(jì)70年代的1:100萬植被類型圖作為生態(tài)系統(tǒng)參照圖層。結(jié)合植被類型圖,將三江源區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型重分類,劃分為常綠針葉林、落葉闊葉林、落葉闊葉灌叢、常綠闊葉灌叢、常綠針葉灌叢、高山草地、草原、草甸、農(nóng)田、濕地、冰川積雪、水體、裸露石山、荒漠14個二級類別(表1),結(jié)合2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)類型圖,進一步歸為森林、灌叢、草地、農(nóng)田、冰川積雪、濕地、水體和裸地8個一級類別。

表1 三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型劃分

2.2.2徑流模擬與驗證

SWAT模型是美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局開發(fā)的流域尺度分布式水文模型。SWAT模型對流域水文循環(huán)過程的模擬主要包括坡面產(chǎn)流過程和河道匯流演算過程,主要模擬的水分分量包括地表徑流、蒸散發(fā)、壤中流、地下水四個部分,其中地表徑流采用SCS(Soil Conservation Service)曲線法進行估算,蒸散發(fā)考慮了層截留蒸發(fā)、植物蒸騰和土壤水分蒸發(fā),壤中流采用動力貯水方法計算,地下徑流主要考慮河道地下水和蓄水層補給量、基流退水系數(shù)等計算。

由于1970年以前氣象數(shù)據(jù)缺測較多,本研究基于1970年以后的各水文站逐月徑流數(shù)據(jù)進行參數(shù)率定與檢驗。具體設(shè)置為：1970年作為模型緩沖期,1971—2000年作為模型率定期優(yōu)選模型參數(shù),對于直門達、唐乃亥站以2000—2017年為模型檢驗期；香達和吉邁站以2000—2012為模型檢驗期。并采用納什效率系數(shù)(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient, NSE)、相對誤差(Re)和決定系數(shù)(R2)3個指標(biāo)評價模擬精度[31—32]。

2.2.3徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)

以參照徑流系數(shù)與實際徑流系數(shù)的比值作為徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù),評價實際生態(tài)系統(tǒng)相較于優(yōu)良生態(tài)系統(tǒng)徑流調(diào)節(jié)功能的偏離情況,具體計算公式如下：

縣域尺度徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分為該縣域內(nèi)各像元徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分的均值：

3 結(jié)果與分析

3.1 參數(shù)率定與驗證

結(jié)合已有文獻,并利用SWAT-CUP軟件對模型參數(shù)進行敏感性分析,發(fā)現(xiàn)三江源區(qū)各水文站控制范圍內(nèi)的地表水文過程參數(shù)CN2(徑流曲線系數(shù))、ESCO(土壤蒸發(fā)補償系數(shù))、SOL_AWC(土壤可利用水量)較為敏感；地下水文參數(shù)ALPHA_BF(基流α系數(shù))、GW_DELAY(地下水滯后系數(shù))較為敏感。此外長江流域和瀾滄江流域CH_K2(主河道有效導(dǎo)水率)不全為0,3個流域的主要模型參數(shù)情況見表2。表3中各水文站點徑流量驗證結(jié)果顯示,率定期和檢驗期各站點徑流模擬結(jié)果均具有較好的精度[33],SWAT水文模型在三江源區(qū)具有較好的適用性。

表2 三江源區(qū)SWAT模型參數(shù)調(diào)整表

表3 月徑流模擬結(jié)果評價表

3.2 生態(tài)系統(tǒng)類型變化

結(jié)果顯示(圖2),20世紀(jì)70年代,草地和濕地為三江源區(qū)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)類型,草地面積占比高達80.58%,濕地面積占比為7.37%。70年代至2000年期間,三江源區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重,大量草地向裸地轉(zhuǎn)化,草地面積減少比例為16.77%,主要集中在長江源西部和北部區(qū)域,黃河源區(qū)北部區(qū)域；濕地生態(tài)系統(tǒng)面積也大幅減少,減少比例為51.63%,主要集中在長江源西南部區(qū)域和黃河源西部源頭區(qū)。2000—2015年,草地和裸地為主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)類型,草地、裸地面積占比分別在66.86%—67.07%之間,21.22%—21.36%之間。各生態(tài)系統(tǒng)面積整體變化不大,其中,2000—2005年,森林、灌叢、草地和農(nóng)田面積共減少685.37 km2,裸地增加584.99 km2。2005—2015年,草地和裸地面積分別減少153.88 km2、324.17 km2,森林、灌叢和農(nóng)田面積基本穩(wěn)定。

圖2 三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分布圖

3.3 徑流調(diào)節(jié)功能時空動態(tài)變化

3.3.1徑流量時空變化

2000—2017年三江源區(qū)實際多年平均徑流量為495.15億m3,比參照系高26.78億m3,各年實際徑流量均高于參照系徑流量,2012年兩者差值最大,約為48.83億m3,2015年差值最小,約為11.47億m3,參照系徑流和實際徑流的歷年差別率在4%—9%之間(圖3)；2000—2017年實際多年平均地表徑流量為96.64億m3,比參照系高28.04億m3,各年實際地表徑流量均高于參照系,參照系地表徑流和實際地表徑流的歷年差別率在22%—58%之間(圖4),表明三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的退化增加了總徑流,尤其是地表徑流顯著增加,而壤中流和地下徑流則明顯減少。

圖3 三江源區(qū)不同情景下的徑流量時間變化

圖4 三江源區(qū)不同情景下的地表徑流量時間變化

2000—2017年三江源區(qū)多年平均徑流空間分布圖(圖5)顯示,參照系和實際生態(tài)系統(tǒng)條件下的徑流空間分布特征基本一致,總體呈現(xiàn)東部和南部高,西部和北部低的分布特征,降水空間差異是影響徑流空間差異的主要因素。2000—2017年,三江源區(qū)多年平均徑流為125.35 mm,其中43.71%的區(qū)域低于100 mm,37.81%的區(qū)域在100—200 mm之間。從圖5可看出,三江源區(qū)大部分地區(qū)實際徑流高于參照徑流,其中黃河源區(qū)曲麻萊東部和瑪多縣實際徑流與參照徑流差別最大；實際徑流與參照徑流差別較小的地區(qū)主要分布在濕地面積明顯增加的唐古拉山鎮(zhèn)(約增加了3810 km2)、草地面積增加明顯的玉樹縣(約增加了1663 km2,增長約15.09%)以及部分草地轉(zhuǎn)化為森林生態(tài)系統(tǒng)的囊謙縣中東北部、興?？h南部等地區(qū)。

圖5 三江源區(qū)不同情景下的多年平均徑流空間分布

2000—2017年三江源區(qū)多年平均地表徑流空間分布圖(圖6)顯示,參照系和實際生態(tài)系統(tǒng)條件下的地表徑流空間分布特征基本一致,但和總徑流空間分布有較大差異,總體呈現(xiàn)西部高,東部低的分布特征。2000—2017年,三江源區(qū)多年平均地表徑流為24.43 mm,其中61.72%的區(qū)域低于20 mm,35.80%的區(qū)域在20—100 mm之間。從圖6可看出,三江源區(qū)大部分地區(qū)實際地表徑流高于參照地表徑流,兩者差值大于20 mm的高值區(qū)主要在治多縣北部的裸地生態(tài)系統(tǒng)分布區(qū)、稱多縣東部和海南州東部的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)分布區(qū)、雜多縣的濕地大面積退化區(qū)。降水量小且濕地面積增幅明顯的唐古拉山鎮(zhèn)、植被覆蓋度增加的雜多縣東南部、玉樹縣、治多縣東南部,共和縣、貴德縣和貴南縣實際地表徑流與參照值差別較小。

圖6 三江源區(qū)不同情景下的多年平均地表徑流空間分布

3.3.2徑流系數(shù)時空變化

2017年三江源區(qū)徑流系數(shù)為0.26,地表徑流系數(shù)為0.05(圖7),參照系條件的徑流系數(shù)為0.23,地表徑流系數(shù)為0.04。2000—2017年,三江源區(qū)實際條件下的徑流系數(shù)和地表徑流系數(shù)均高于參照系條件下的數(shù)值,且兩種條件下的時間動態(tài)變化較為一致,年際變化均不明顯。從年均值來看,2000—2017三江源區(qū)多年平均徑流系數(shù)為0.27,地表徑流系數(shù)為0.06,均比參照系條件下的數(shù)值高出0.02。

圖7 三江源區(qū)不同情景下的徑流系數(shù)時間變化

三江源區(qū)多年平均徑流系數(shù)與徑流量的空間分布特征基本一致(圖8),地表徑流系數(shù)與地表徑流量空間分布特征基本一致(圖9)。實際條件下的徑流系數(shù)和參照系條件的徑流系數(shù)差別不大,但前者明顯高于后者。相較于參照生態(tài)系統(tǒng),2000—2017年間,三江源區(qū)產(chǎn)流能力尤其是地表產(chǎn)流能力明顯增加。

圖8 三江源區(qū)不同情景下的多年平均徑流系數(shù)空間分布

圖9 三江源區(qū)不同情景下的多年平均地表徑流系數(shù)空間分布

3.4 基于參照系的徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)變化

2000—2017年,三江源區(qū)徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分均值為98.63,歷年數(shù)值變化在98.29—99.07分之間；地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分均值相較徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)低了1.68分,歷年數(shù)值變化在96.43—97.71分之間。三江源區(qū)徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分呈先降低后基本平穩(wěn)趨勢,地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分呈先降低后上升趨勢,表明區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量呈先退化后逐漸恢復(fù)的變化特征。從得分直方圖可知(圖10),各縣(鎮(zhèn))徑流系數(shù)得分≥98.86的數(shù)量占比(59.09%)最多,≤97.65的數(shù)量占比(13.64%)最少；地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分≥98.33的數(shù)量占比(40.91%)最多,≤96.39的數(shù)量占比(22.73%)最少。

各縣(鎮(zhèn))徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分和地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分有較大差別(表4)。2017年,三江源區(qū)徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分高值區(qū)為班瑪、甘德、久治縣,低值區(qū)為唐古拉山鎮(zhèn)、治多和雜多縣。地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分高值區(qū)為久治、河南、甘德縣,低值區(qū)為瑪多、囊謙和曲麻萊縣。2000—2017年三江源區(qū)各縣(鎮(zhèn))徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分變化介于-1.94—0.69之間,得分變化率介于-1.95%—0.71%之間；各縣(鎮(zhèn))地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分變化介于-0.34—1.84之間,得分變化率介于-0.35%—1.90%之間。

表4 三江源區(qū)各縣(鎮(zhèn))徑流系數(shù)和地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分表

4 結(jié)論與討論

4.1 討論

降水?dāng)?shù)據(jù)是SWAT模型徑流模擬最重要的氣象輸入數(shù)據(jù),SWAT模型假設(shè)一個HRU內(nèi)的下墊面具有相同的水文響應(yīng)屬性,在同一子流域內(nèi)部的所有HRU采用同一雨量站數(shù)據(jù),即降水量的空間精度為一個子流域。由于三江源區(qū)域內(nèi)及周邊國家基本氣象站較少,本研究根據(jù)子流域劃分情況,采用臨近子流域內(nèi)已有氣象數(shù)據(jù)的加權(quán)平均對無氣象站點的子流域進行氣象數(shù)據(jù)插補,在一定程度上減少了氣象站點不足對徑流模擬結(jié)果的影響。此外,光照也是植被所必需的氣候因子,光照強度直接影響植被光合作用的強弱。尤其是在水分充沛的地區(qū),植被活動受到光照的影響最為明顯[34—35]。但三江源區(qū)域內(nèi)及周邊太陽輻射站不足10個,站點插值也難以彌補,對徑流空間模擬結(jié)果有一定影響。

基于植被類型圖和生態(tài)系統(tǒng)類型面積變化的分析顯示,20世紀(jì)70年代至2000年期間,三江源區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重,草地面積減少了約5.25萬km2,減少比例為16.77%。草地面積的大幅減少使得生態(tài)系統(tǒng)對降水徑流的蓄納能力降低,導(dǎo)致實際生態(tài)系統(tǒng)的徑流量和地表徑流量均高于參照系。通過參照系和實際徑流的差值分析發(fā)現(xiàn),參照系徑流和實際徑流的差別率、參照系地表徑流和實際地表徑的差別率均在2003—2007年最大,2008年后有所減少。主要原因可能如下：三江源區(qū)生態(tài)保護與修復(fù)工程開始于2005年,2005年之前草地退化嚴(yán)重,植被生態(tài)質(zhì)量較差[36],此后,受生態(tài)保護與修復(fù)工程的推進和氣候暖濕化的影響,區(qū)域內(nèi)草地退化問題基本得到遏制,生態(tài)質(zhì)量顯著好轉(zhuǎn)[37—39]。此外,受數(shù)據(jù)限制,未獲取到歷年生態(tài)系統(tǒng)類型圖,本研究分別以2000,2005,2010和2015年生態(tài)系統(tǒng)類型圖作為近5年基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也導(dǎo)致2003—2007年的評估結(jié)果較為接近。

基于參照系的評估體系不僅能夠有效避免氣候波動等造成的生態(tài)系統(tǒng)功能年際變化的不確定性,也可以更科學(xué)準(zhǔn)確地反映出生態(tài)系統(tǒng)功能現(xiàn)狀及其變化。在參照系條件下,徑流調(diào)節(jié)功能的年際空間變化主要由降水等氣象因素變化引起,而在實際生態(tài)系統(tǒng)條件下還受生態(tài)系統(tǒng)變化影響。對于特定年份,降水量、生態(tài)系統(tǒng)類型、土壤類型和地形空間分布是影響徑流調(diào)節(jié)功能空間分布的主要原因,其中降水量對徑流系數(shù)貢獻量最大,呈現(xiàn)徑流系數(shù)隨降水量增加而增加的空間分布特征,但對徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)的影響則有所區(qū)別,生態(tài)系統(tǒng)類型變化是影響其空間分布的主要原因；對于不同年份,生態(tài)系統(tǒng)類型的變化是影響徑流調(diào)節(jié)功能空間分布變化的主要原因。單純基于實際徑流的變化不能代表其現(xiàn)狀值和變化的真實情況,結(jié)合參照系和實際徑流差別率的變化可以更加準(zhǔn)確地反映出三江源徑流調(diào)節(jié)功能的年際變化,根據(jù)徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)可以反映出實際徑流調(diào)節(jié)功能與參照系徑流調(diào)節(jié)功能的差距。

4.2 結(jié)論

(1)2000—2017年,三江源區(qū)多年平均徑流量為495.15億m3,地表徑流量為96.64億m3,參照系條件下數(shù)值分別為468.37億m3和68.60億m3。整體而言,三江源區(qū)年徑流量和地表徑流量均高于參照系。2000—2017年,三江源區(qū)參照生態(tài)系統(tǒng)和實際生態(tài)系統(tǒng)的多年平均徑流量整體呈東南高西北低的空間分布特征,地表徑流量則呈西部高東部低的空間分布特征。

(2)2000—2017年三江源區(qū)多年平均徑流系數(shù)為0.27,地表徑流系數(shù)為0.06,均比參照系條件下的數(shù)值高0.02。2000—2017年,三江源區(qū)歷年實際條件下的徑流系數(shù)和地表徑流系數(shù)均高于參照系條件下的數(shù)值,且兩種條件下的時間動態(tài)變化較為一致,年際變化均不明顯。三江源區(qū)徑流系數(shù)與徑流量空間分布特征基本一致,地表徑流系數(shù)與地表徑流量空間分布特征基本一致。

(3)2000—2017年,三江源區(qū)徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)和地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分均值分別為98.63和96.86。區(qū)域徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分呈先降低后基本平穩(wěn)趨勢,地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)得分呈先降低后上升趨勢,地表徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)相較徑流系數(shù)質(zhì)量指數(shù)變化更為明顯。