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Arid Zone Research >

2024 , Vol. 41 >Issue 11: 1842 - 1852

DOI: https://doi.org/10.13866/j.azr.2024.11.05

Land and Water Resources

Runoff trends and influencing factors at Caiqi hydrological station in the lower reaches of Shiyang River

  • HU Guanglu , 1, 2 ,
  • FAN Yalun 1 ,
  • TAO Hu 3 ,
  • LI Haochen 1 ,
  • YANG Penghua 1
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  • 1. School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, Gansu,China
  • 2. Key Laboratory of Yellow River Water Environment in Gansu Province, Lanzhou 730070, Gansu, China
  • 3. College of Resources and Environment, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu, China

Received date: 2024-06-17

  Revised date: 2024-08-19

  Online published: 2025-08-13

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Abstract

The lower reaches of the Shiyang River are the most serious resource-based water shortage areas, and water resources have a significant restraining effect on local social and economic development. Based on the runoff sequence data of the Caiqi hydrological station in Shiyanghe from 1956 to 2020, the sliding t-method, cumulative anomaly method, and M-K mutation test method were used to analyze the trend and abrupt year of runoff at the Caiqi hydrological station. The periodic change of runoff was analyzed using the Morlet wavelet method, and the factors influencing runoff change were analyzed by the double cumulative curve and correlation analysis methods. The results indicated that from 1956 to 2020, the annual runoff of the Caiqi hydrological station decreased and then increased; the runoff in spring, summer, and autumn decreased first and then increased, while winter displayed a decreasing trend. The runoff of the Caiqi hydrological station was studied for 46 years as the main period, which existed during the whole study period, and the fluctuation of abundance and drought changed significantly. The runoff of the Caiqi hydrological station occurred in two apparent mutations in 1972 and 2010, and it decreased significantly after the first mutation and increased considerably after the second mutation. Under the background of regional climate change, human activities, such as land use change, cross-basin water diversion, adjustment of industrial and planting structures, and water conservation in irrigation areas, are the principal reasons for the runoff change at the Caiqi hydrological station. The results can provide a scientific basis for the river basin management department to formulate a rational water resource allocation and transfer plan.

Key words： runoff changes; Morlet wavelet; mutation testing; climatic change; human activities

Cite this article

HU Guanglu , FAN Yalun , TAO Hu , LI Haochen , YANG Penghua . Runoff trends and influencing factors at Caiqi hydrological station in the lower reaches of Shiyang River[J]. Arid Zone Research, 2024 , 41(11) : 1842 -1852 . DOI: 10.13866/j.azr.2024.11.05

20世纪以来，全球范围内气候变暖愈加明显，引起降水、气温、蒸发等气象因素均发生了不同程度变化，进而导致全球许多河川径流也发生显著变化[1]。与此同时，人类大规模地开发利用水资源和土地、建设水利设施等活动直接或间接影响流域产汇流过程，造成水资源时空分配不均，河川径流量年际间变化大，流域洪涝与干旱现象频发，严重阻碍了人类社会的生产与发展[2-3]，尤其干旱区内陆河流域，水资源短缺程度更加严重，河川径流受气候变化和人类活动的影响更大。因此，明晰干旱区内陆河流域径流变化及其影响因素，对于优化水资源配置方案，提高用水效率，改善区域生态环境，促进社会经济高质量发展等均具有重要意义。
作为河西走廊的第三大内陆河，石羊河流域是我国内陆河流域中人口最密集、水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重的地区之一[4-5]。近20 a来，很多学者对石羊河径流变化趋势及影响因素进行研究。段然等[6]研究发现石羊河干流年径流量呈现波动变化趋势，1956—1990年石羊河干流蔡旗站径流量每10 a减少1.08×108 m3，而1991—2020年径流量每10 a增加0.87×108 m3，是1956—1990年径流量变化幅度的1.81倍。李兴宇等[7]研究表明石羊河流域内的径流量与气温、蒸发量在各个时间尺度上都呈显著负相关，同时，流域内径流量变化还受水资源调配模式的影响。刘明春等[8]发现西营河汛期气温升高导致的蒸发量增大对径流量减少起主导作用。王婷婷等[9]运用水文统计等方法，探究了1956—2013年古浪河上游径流的变化特征，结果表明径流呈先增后减的趋势，体现了人类活动、气候变化的协同影响。周俊菊等[10]研究发现1968年之前石羊河蔡旗站径流量主要受气候变化影响，1968年之后径流量的变化受气候和土地利用变化的影响。综上所述，受气候变化与人类活动双重影响，石羊河流域径流面临着多变性和不确定性，径流变化影响流域内水资源配置模式，进而影响社会经济的可持续发展。
蔡旗水文站作为石羊河下游干流上的国家重要水文站，主要监测流入民勤县境内的地表水变化，该断面径流量的大小也反映了上中游地区人类活动对径流形成汇集的干扰强度[11]。但目前相关研究较多集中在分析石羊河干支流出山径流的变化特征及影响因素、流域内水文水资源变化与下游民勤沙漠化土地的演变等方面，而对流入石羊河下游的地表径流量变化趋势、周期、突变等的研究聚焦较少。石羊河下游蔡旗水文站径流演变的归因是什么?径流演变对下游民勤县的产业发展、生态环境维持将产生怎样的影响?基于此，本文以石羊河中下游分界处的控制站——蔡旗水文站实测径流数据为研究对象，利用滑动t检验、累计距平检验、M-K突变检验、Morlet小波分析等方法探究石羊河下游径流变化特征，并分析气候变化与人类活动对径流演变的影响，旨在为石羊河中下游水资源优化配置及生态环境管理提供参考依据。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

石羊河流域地理范围36°29′~39°27′N，101°41′~104°16′E，东起乌鞘岭，西止大黄山，北与巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠相接，南靠祁连山脉北麓，流域面积4.16×104 km2。石羊河流域上游主要有大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河、东大河、西大河8条支流，各支流流出祁连山后，仅杂木河、金塔河、西营河与石羊河干流有地表水力联系，其他支流由于人类活动的影响已无地表径流流入石羊河干流（图1）。石羊河流域中下游深处内陆腹地，属于温带大陆性干旱气候，区域内地势较为平坦，人口密集，以绿洲灌溉农业为主，水资源供需矛盾突出，尤其地处下游的民勤县，气候极其干旱，多年平均降水量小于150 mm，且主要集中在7—9月，当地生产生活用水高度依赖石羊河地表水及其转换形成的地下水，属于资源性缺水地区，地下水超采现象严重。加之受北部腾格里沙漠侵袭的影响，民勤县域内生态植被十分脆弱，难以有效发挥防风固沙功能，致使绿洲农业生产常常受到风沙威胁，农业收入存在极大的不确定性。蔡旗水文站作为石羊河下游的标志站，位于民勤县境内，地理位置38°13′4″N，102°45′13″E，集水面积10209 km2，多年平均径流量为2.82×108 m3[11]。
图1 石羊河流域地理位置示意图

Fig. 1 Geographical location map of Shiyang River Basin

1.2 数据来源

石羊河蔡旗水文站1956—2020年径流数据由甘肃省武威石羊河水文站提供。同时收集了1956—2020年凉州区、永昌县、民勤县的气象数据，均来源于武威国家基本气象观测站。土地利用数据（1995年、2000年、2005年、2010年、2015年、2020年）来自武汉大学杨杰、黄昕两位教授共同整理的中国土地覆盖数据集（CLCD），CLCD的总体准确率达到79.31%[12]。武汉大学遥感信息处理研究所CLCD数据（1985—2022年）免费公开于： http://doi.org/10.5281/zenodo.4417809。2000—2020年的社会经济数据由《武威市统计年鉴》和《石羊河流域水资源公报》整理获得。

1.3 研究方法

基于收集整理的数据，本研究采用线性回归法分析径流变化趋势；采用滑动t检验法[13]、累计距平法[7]、M-K突变检验法[14]、降水-径流双累计曲线法[15]对长序列径流进行突变检验与分析；采用Morlet小波分析法[16]对径流周期变化进行分析。

2 结果与分析

2.1 径流变化趋势

1956—2002年石羊河下游蔡旗水文站径流量总体呈减少趋势，2002—2020年则呈增大趋势，最大径流量为1958年的6.18×108 m3，最小径流量为2002年的0.845×108 m3，由5 a滑动曲线来看，径流量年际间的波动变化与径流量实际变化趋势基本一致（图2）。1975年之前，5 a滑动曲线波动下降但位于径流量均值的上方，表明1956—1975年年径流量虽呈波动减少但大于平均值，为丰水期；1976—2010年曲线位于径流量均值的下方，呈现先减小后增加的趋势，说明这一时期年径流量虽波动变化，但总体小于平均值，为枯水期；2011—2020年，曲线大部分位于径流量均值的上方，表明这一时期年径流量高于平均值，呈增多趋势，为丰水期。蔡旗水文站年径流量的这种变化趋势可能与区域气候变化和近20 a来石羊河流域实施的“流域综合治理工程”有关。
图2 蔡旗水文站年径流变化趋势

Fig. 2 Trend of annual runoff change at Caiqi hydrologic station

蔡旗水文站径流量季节间也存在不同的变化趋势（图3）。春、夏、秋季的径流量在2002年前后均发生了一次转折变化，2002年之前径流量呈波动减小趋势，2002年之后则呈波动增加趋势，这可能与景电二期工程2001年开始实施的跨流域调水有关。冬季期间未进行调水，因此，冬季的径流变化在一定程度上能真实反映蔡旗水文站不受调水影响的实际径流变化情况。冬季径流量在1956—2020年总体呈持续下降趋势，这可能与气候变化及上游修建蓄水工程有关。
图3 蔡旗水文站年径流季节变化

Fig. 3 Seasonal variation of annual runoff at Caiqi hydrological station

2.2 径流的周期变化

对石羊河蔡旗水文站年径流量长时间序列数据进行Morlet小波分析（图4）。由图4a可知，1956—2020年，蔡旗水文站年径流量在35~60 a尺度上，共经历了三个正相位，两个负相位，呈现出丰-枯-丰-枯-丰的变化过程，周期变化特征明显，具有全域性，截至2020年第三个正相位仍处在未闭合等值线圈，说明蔡旗水文站目前仍处在丰水期，年径流量有持续增加的趋势；17~30 a尺度上，亦呈现出丰-枯-丰-枯-丰的变化周期，但波动在1956—1988年较为明显，并非充斥着整个研究时段，不具有全域性；10~15 a尺度上，存在枯-丰-枯-丰-枯的变化周期，但波动在1956—1970年较为明显，之后波动比较散乱，亦不具有全域性；3~7 a小尺度上的变化特征不明显，但充斥着整个研究时段，具有全域性。
图4 蔡旗水文站径流小波分析

Fig. 4 Wavelet analysis of annual runoff at Caiqi hydrological station

结合小波方差检验可知，一次完整的拐点变化表明发生了一次周期变化，第一主周期为46 a，存在于整个研究期内，第二主周期为21 a，第三主周期为13 a，第四主周期为5 a（图4b）。在第一主周期内明显发生了两次完整的丰-枯-丰变化，平均周期为30 a，是丰枯变化的主周期，对径流量的周期变化起主导作用，且该周期振荡强度并未减弱，呈逐渐增强趋势（图4c）；在第二主周期内明显发生了五次完整的丰-枯-丰变化，平均周期为15 a，该周期震荡强度呈逐渐减弱趋势（图4d）。总之，1956—2020年蔡旗水文站径流量在大、中尺度上的丰枯振荡变化特征较为明显，而小尺度上的变化特征相对稳定且具有全域性。

2.3 径流的突变检验

利用滑动t检验法、累计距平法和M-K突变检验法对蔡旗水文站长时间序列径流量进行突变分析（图5）。由滑动t检验得到的统计量t在1972、2010年超过给定P=0.05显著水平临界线，且达到极大值，表明蔡旗水文站径流量可能在1972年和2010年发生了显著突变（图5a）。研究期内蔡旗水文站年径流量累计距平曲线在1956—1972年呈上升趋势，表明此时段内径流量增多；在1972—2010年呈下降趋势，表明此时段内径流量减小；但自2010年以后，蔡旗水文站年径流量又呈逐渐上升趋势（图5b）。另外，经M-K突变检验得到蔡旗水文站径流量在1972年前后发生了一次突变（图5c）。
图5 蔡旗水文站年径流突变检验

Fig. 5 Test for annual runoff mutation at Caiqi hydrological station

综合上述三种分析结果，我们认为1956—2020年蔡旗水文站年径流量先后于1972年、2010年发生了两次明显的突变。对蔡旗水文站年径流量突变前后的变化特征进行对比分析（表1），可以看出1972年第一次突变后蔡旗水文站年径流量呈下降趋势，下降率为56.96%，变差系数Cv由0.2变为0.33，表明突变后径流量年际间变异程度增大，变化的波动性增强；而2010年第二次突变后蔡旗水文站年径流量呈增加趋势，增加率为70.41%，变差系数Cv由0.33变为0.16，表明突变后径流量年际间变异程度减弱，变化更趋稳定。
表1 蔡旗站年径流突变前后对比

Tab. 1 Comparison before and after the abrupt change in the annual runoff of Caiqi hydrological station

突变点 突变前 突变后 变化率
年份 显著性 径流量/108 m3 Cv 径流量/108 m3 Cv
蔡旗水文站 1972年 0.05 4.35 0.20 1.98 0.33 -56.96%
2010年 0.05 1.98 0.33 3.34 0.16 70.41%
为了方便后续分析，根据1956—2020年径流突变的时间节点，确定1956—1972年为径流变化的基准期，1973—2010年为变化中期，2011—2020年为变化后期。

3 讨论

3.1 径流变化特征

西北内陆河径流来源主要是大气降水、山区冰川融水，以及地下水的补给。受气候变化和人类活动影响，内陆河径流发生了明显变化，尤其是干流的中下游[17]。本文研究表明，位于石羊河下游的蔡旗水文站年径流量在2002年之前总体上呈减小趋势，2002年之后则呈增大趋势（图2），这与缑天宇等[5]、李瑶等[18]的研究结果一致。石羊河中下游地处干旱区，区域内缺水问题严重，导致地下水水位下降、土地荒漠化加剧、生态环境功能减退[4]。为解决石羊河下游水资源短缺问题，21世纪初，在国家和地方政府的大力支持下，实施了民勤调水工程，即每年将黄河水通过景电二期延伸工程调配部分水量至石羊河下游，调水量从0.49×108 m3陆续增加到0.79×108 m3，使蔡旗断面年径流量逐年增加，有效缓解了下游水资源压力[19]。与此同时，西营河专用输水渠工程也贡献了部分水量，根据《石羊河流域重点治理规划》要求，西营河专用输水渠贫水年向蔡旗断面输入1.1×108 m3水量，实行丰水年多调，枯水年少调，使多年平均调水量满足设计要求[20]。而流域上游天然河道来水被中游拦蓄利用后排泄到蔡旗断面的年径流平均只有1.08×108 m3[5]。因此，2002年以后石羊河下游蔡旗断面60%以上的径流来自跨流域调水和西营河输水。
径流是水循环系统中的重要环节，具有时变性，其时间序列常表现出非平稳特性[21]。Morlet小波分析能很好地分析径流动态变化特征并进行主周期的识别。石羊河蔡旗水文站年径流的小波周期图呈现出不同时间尺度下的丰枯位相结构（图4），第一主周期为46 a，该时间尺度下波动最强，正负相位变化明显，为丰枯交替变化的主周期，且具有全域性，这与段然[17]的研究结果一致。中尺度（21 a、13 a）下波动变化较明显，但不具有全局性，而小尺度（5 a）下波动频繁，变化特征相对稳定且具有全域性，这与有关学者[6-7]的研究结果存在差异，原因可能与采用的径流序列时间尺度不同有关。有学者[22]研究认为，不同时间尺度下所对应的径流丰枯变化是不同的，小尺度的丰枯变化表现为镶嵌在大尺度下的较为复杂的丰枯结构。蔡旗水文站年径流在不同时间尺度下的周期变化也体现出这一变化特征。另外，1956—2020年流入蔡旗断面的年径流发生了两次明显的突变，分别为1972年和2010年，对于1972年发生突变，与有关学者们[6,17,23]的分析结果一致，而2010年发生突变，与相关学者们的研究结果略有差异。究其原因可能与不同学者采用的径流序列时间尺度不一致、突变分析方法不同有关，但都认为1972年之后蔡旗断面年径流受人类活动的影响大于气候变化的影响。

3.2 气候变化对径流的影响

干旱区内陆河流域的径流量对气候变化较为敏感。气候变化可能与大气环流异常因子有关，大气环流异常因子会干预水汽输送进程，从而影响区域蒸发、降水等气候因素波动变化，而气候波动在很大程度上决定了流域径流的动态变化，最终会在一定程度上影响区域水文循环过程[24]。近60 a来石羊河蔡旗水文站径流量总体呈现出先减小后增多趋势，其变化受气温与降水的影响，其中降水影响更大[10]。本文采用降水-径流量双累积曲线法对蔡旗水文站年径流量和年降水进行一致性分析，发现各阶段降水和径流量的相关系数均超过0.97（图6），说明1956—2020年蔡旗水文站年径流量受中游降水影响较大。但变化中期径流量的增长率较基准期从0.0452下降到0.0162，也低于变化后期的0.0272，表明在变化中期累计降水量对累计径流量的影响呈减弱趋势，在此期间，径流量变化可能还受其他气候因素及中游人类活动的影响。
图6 蔡旗水文站径流-降水双累计曲线

Fig. 6 Double accumulative curve of runoff and precipitation at Caiqi hydrological station

为进一步探明石羊河蔡旗水文站年径流量变化与气候因子之间的关系，利用1956—2020年武威气象站观测资料对年径流量与降雨量、气温、潜在蒸发量之间的相关性进行分析（图7）。
图7 蔡旗水文站径流量与气候因子的相关性

Fig. 7 Correlation between runoff and climate factors in Caiqi hydrological station

石羊河蔡旗水文站年径流对降水和气温的响应程度在不同阶段也不尽相同。由图7a可知，1956—2020年蔡旗水文站年径流量与年降水量在各个阶段的变化趋势基本一致，呈现出正相关关系，但相关性均不显著。径流量随降水量的增加率从基准期的0.0047降为变化中期的0.0003，说明变化中期降水对径流的影响在减小，影响年径流量的变化还可能与其他因素有关。但从变化中期到变化后期，增加率从0.0003上升为0.0089，说明在变化后期，降水对径流的影响逐渐增强。由图7b可知，从基准期到变化中期，蔡旗水文站年径流量随气温的增加率从-0.3546降为-0.6426，说明变化中期内气温对径流量的影响在增强。然而气温与径流量的相关性从变化中期的负相关变为变化后期的正相关，但正相关性较弱（R2=0.0078），这可能与变化后期降水与径流的正相关性增强有关，也可能与流域内实施水量分配以及跨流域调水等措施有关。张强等[25]认为在气候变化中温度变化是直接和主动的，它是气候变化的主导因素，而降水变化则是间接和被动的，更多是对温度变化的直接或间接响应。全球气候变化对干旱区的影响更为显著。已有研究表明，干旱区不同区域的内陆河径流对气温和降水呈现出不完全一致的响应，导致水循环和水资源的分布均发生了明显变化[3,22,26]。
蒸散发是石羊河中游地区水分耗散的主要途径之一，受气温变化和下垫面等因素的综合影响，蒸发量变化也存在明显的分段特征。由图7c可知，从基准期到变化中期，蔡旗水文站年径流量随潜在蒸发量的增加率从-0.0098上升到-0.0055，说明在变化中期，潜在蒸发量对年径流量的影响在减弱。在变化后期，增加率上升到-0.0012，说明这种减弱趋势进一步增强。由此可见，潜在蒸发量对蔡旗水文站年径流的影响在不同阶段也不相同，但总体上影响呈逐渐减弱趋势。李小琴[27]等研究表明，石羊河中游地区1958—1970年蒸发量减少，20世纪70年代以来蒸发量增加，气温升高是引起70年代以来蒸发量增加的主要原因。也有学者[7,28]研究认为石羊河中游平原区夏季气温高，蒸散发量大，水分散失快，不利于流量的增加；而冬季气温低，蒸散发小，但上游来水量小，也不利于流量的增加。总之，气温与蒸发量变化是一个正相关过程，但二者均与径流量变化呈负相关过程。
综上所述，气候变化在一定程度上对石羊河上中游径流的形成汇集过程产生影响，但径流量变化不单纯决定于某个气候因子，可能是多个气候因子协同影响的结果。当叠加人类活动的影响后，石羊河上中游的水循环过程及径流形成模式更趋复杂，进而影响流入下游蔡旗水文站的径流量。

3.3 人类活动对径流的影响

人类活动对径流的影响程度主要反映在下垫面条件的变化上，下垫面条件变化不仅影响内陆水文循环和流域产汇流过程，对河川径流的二次分配过程也产生复杂的影响[29-30]。下垫面条件与流域内的土地利用、土壤生境、地形地貌等因素有关。就石羊河上中游地区而言，短期内土壤生境与地形地貌变化较小，因此下垫面条件的变化主要用区域内土地利用变化来反映。本文通过对比1972—2020年石羊河中游地区的土地利用面积变化，进而分析其对下游蔡旗水文站年径流量变化的影响（表2）。
表2 石羊河中游土地利用面积变化

Tab. 2 Change of land use area in the middle reaches of Shiyang River /103 km2

年份 城乡建设用地 工矿仓储用地 耕地 草地 林地 湿地 水域 未利用土地
1972年 0.30 0.02 6.15 7.58 0.64 0.33 0.02 18.04
2000年 0.34 0.06 6.29 7.88 0.61 0.34 0.03 17.65
2020年 0.44 0.18 6.75 7.66 0.63 0.37 0.02 17.35
人类活动是土地利用变化的主要驱动因素，土地利用变化对绿洲系统的稳定性和水资源空间分配产生不确定性影响[31]。中游是石羊河流域内水土资源开发利用程度最高的区域。从变化中期到变化后期，草地、未利用地面积减少趋势明显，耕地、城乡建设用地、工矿仓储用地面积增加趋势明显（表2），表明这一时期社会经济发展迅速，城镇化建设以及水利设施不断增加，对中游下垫面产生了较大影响，进而影响区域径流的形成和汇集。根据图2的分析可知，2002年之后，下游蔡旗水文站年径流量总体呈现波动上升的变化趋势，因此本文选取2000—2020年石羊河中游地区人类活动指标来分析其对下游蔡旗水文站径流量变化的影响（表3）。
表3 石羊河中游人类活动指标的年际变化

Tab. 3 Interannual variation of human activity indicators in the middle reaches of the Shiyang River

年份 耕地面积
/km2		 实际耕地灌溉率/% 人均GDP
/104元		 建设用地
面积/km3		 农业用水
/108 m3		 工业用水
/108 m3		 生活用水
/108 m3		 生态用水
/108 m3		 总用水量
/108 m3
2000年 6292.05 52.35 0.44 342.76 23.35 1.30 0.41 1.05 26.63
2005年 6612.53 58.51 0.86 344.80 24.01 1.55 1.06 0.83 27.92
2010年 6551.21 55.58 2.02 382.48 20.11 1.67 0.65 0.83 24.03
2015年 6528.47 56.33 2.74 399.27 19.08 2.14 0.49 0.42 23.68
2020年 6752.73 58.58 3.90 436.16 18.88 0.67 0.73 2.24 24.22
由表3可知，在变化中期（2000—2010年），耕地面积和建设用地面积分别增长了4.12%和11.59%，人均GDP的增长率达到了453%，工业用水量、生活用水量不同程度增加，但农业用水量与生态用水量在减少。在变化后期（2010—2020年），耕地面积与建设用地面积进一步增加，社会经济发展进一步加快，人均GDP较2010年增长了93.06%，但农业用水量进一步缩减。就石羊河中游地区实际情况而言，中游是主要的绿洲灌溉农业区，农业灌溉用水量占总用水量的80%以上，农业用水量的减少，直接造成总用水量的减少，进而使蔡旗水文站年径流量逐渐增加。2000—2020年蔡旗水文站年径流量的波动增加，究其原因可能与流域内积极落实2007年施行的《石羊河流域重点治理规划》有关，也与地方政府部门不断调整产业结构与种植业结构、发展设施农业、推进灌区节水改造、完善用水计量设施等政策措施有关[5]。2000—2020年石羊河中游农业用水量降低了19.14%，但实际耕地灌溉率增加了11.91%，表明节水型高效农业建设初见成效。有研究[32]表明对于绿洲农业的发展演化来说，耕地是人类活动可控可调因素中最主要的土地利用类型，而水资源依然是最主要的制约因素。因此，减少农耕地灌溉用水量应是石羊河中下游地区社会经济可持续发展的重要前提。
另外，为遏制石羊河下游生态退化趋势，自2001年3月开始，景电二期工程向石羊河下游调水，平均每年向民勤县稳定提供0.9×108 m3的调水量，截至2019年底累计调水14.358×108 m3[29]。同时，天然河道下泄流量也逐年增加，占总径流量比例由2001年的16%提高到2019年的48%，也是调水工程稳定后蔡旗断面地表径流增长量的主要来源之一[5]。随着石羊河下游生态治理范围不断扩大，生态用水量也不断增加，2020年生态用水量达2.24×108 m3（表3），而该年度调水工程为民勤地区调水高达1.158×108 m3，实现了调水历史上的突破，截至2022年11月累计调水17.55×108 m3[33]，这在较大程度上改善了石羊河下游的生态环境，也缓解了中下游地区供需水之间的矛盾。
综上所述，蔡旗水文站径流量的年际变化与上中游地区的气候变化和人类活动息息相关，而调水工程、重点治理工程等一系列人类活动在改善中下游生态环境状况的同时也对区域气候及水循环产生积极影响。加强对蔡旗水文站径流演变规律和影响因素的研究，不仅能提高人们对气候变化与人类活动对径流影响的认识，还能为石羊河中下游地区制定水资源优化配置方案提供参考依据，对西北干旱区其他内陆河流域的水资源管理也具有借鉴意义。

4 结论

本文采用滑动t检验法、累计距平法、M-K突变检验法、Morlet小波法等方法对石羊河下游蔡旗水文站1956—2020年径流量变化趋势及周期变化特点进行了分析，并对引起这些变化的因素进行了探究。所得主要结论如下：
（1） 1956—2020年蔡旗水文站径流量年际间波动变化明显，总体上呈先减小后增大的变化趋势；分别于1972年、2010年发生了两次明显突变，第一次突变后，径流量年际间减小趋势明显，第二次突变后，径流量年际间增加趋势明显；蔡旗水文站年径流量变化具有46 a丰枯交替变化的第一主周期，且存在于整个研究期内，而小尺度的丰枯变化表现为镶嵌在大中尺度下的较为复杂的丰枯相位结构，具有全域性。
（2） 1956—2020年石羊河流域上中游的气候变化与人类活动对下游蔡旗水文站径流量变化影响较大。在气候因子中，降水对径流量变化产生正相关效应，气温与潜在蒸发量均对径流量变化产生负相关效应，但对蔡旗水文站径流量变化的影响是气候因子协同作用的结果。而2002年之后，景电工程跨流域调水、西营河输水以及中游节水等人类活动是蔡旗水文站径流量增加的主要原因。
（3） 气候变化背景下，未来需要科学论证跨流域调水规模进一步增长的可能性，也需要根据石羊河中下游社会经济发展情况不断调整水量调度计划及水资源分配方案，这对合理高效利用水资源、维持区域生态环境功能稳定十分重要。

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