基于WEP-ISF模型的黄河源区径流演变特征及其驱动因素分析

孙君文; 黄跃飞; 甘永德; 吴玉帅; 刘欢

doi:10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.008

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基于WEP-ISF模型的黄河源区径流演变特征及其驱动因素分析

水保监测与应用技术

- 基于WEP-ISF模型的黄河源区径流演变特征及其驱动因素分析
- Analysis on runoff evolution characteristics and driving factors in source region of Yellow River by using WEP-ISF model
- 水土保持通报 2025年45卷第4期页码：173-183
- 作者机构：
  
  1.青海大学土木水利学院，青海西宁 810016
  2.黄河上游生态保护与高质量发展;实验室，青海西宁810016
  3.水利部江河源区水生态治理与保护重点实验室，青海西宁;810016
  4.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京 100038
- 作者简介：
  
  孙君文（1999—），男（汉族），河南省邓州市人，硕士研究生，研究方向为水文与水资源。Email：2543027404@qq.com。
  甘永德（1985—），男（汉族），青海省海东市人，博士，副教授，主要从事水文与水资源方面研究。Email：bjganyd@163.com。
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划“冰冻圈要素演变及其对长江和黄河水资源的影响与应对”(2023YFC3206303);清华大学—宁夏银川水联网数字治水联合研究院专项统筹重点项目(SKL-IOW-2023TC2309)
- DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.008
  中图分类号： P333
- CSTR：32312.14.stbctb.2025.04.008.
- 收稿：2025-01-03，
  
  修回：2025-03-23，
  
  纸质出版：2025-08-20
- 稿件说明：
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孙君文, 黄跃飞, 甘永德，等.基于WEP-ISF模型的黄河源区径流演变特征及其驱动因素分析[J].水土保持通报,2025,45(4):173-183.

Sun Junwen, Huang Yuefei, Gan Yongde, et al. Analysis on runoff evolution characteristics and driving factors in source region of Yellow River by using WEP-ISF model [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):173-183.
孙君文, 黄跃飞, 甘永德，等.基于WEP-ISF模型的黄河源区径流演变特征及其驱动因素分析[J].水土保持通报,2025,45(4):173-183. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.008. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.008..

Sun Junwen, Huang Yuefei, Gan Yongde, et al. Analysis on runoff evolution characteristics and driving factors in source region of Yellow River by using WEP-ISF model [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(4):173-183. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.04.008. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.04.008..

摘要

目的

量化径流深中各因素产流量的贡献率及构成，分析黄河源区下垫面、气候和工农业用水变化对径流变化的贡献率，为黄河流域生态环境保护和水资源开发提供参考。

方法

基于1970—2021年黄河源区气象水文数据，利用分布式水热耦合模型WEP-ISF分析不同时期黄河源区月均流量及其实际蒸散发、土壤温度、土壤含水量和径流成分动态变化过程，并运用多因素归因分析方法定量剖析各影响因素对径流量变化的贡献。

结果

①利用WEP-ISF模型对黄河源区1970—2021年流域水文及水热变化过程模拟验证，其土壤温度模拟值与遥感解译值的平均绝对百分比误差为69.78%~171.55%，Nash效率系数均超过0.70；土壤表层含水量模拟值与遥感解译值的平均绝对百分比误差为13.94%~20.97%，Nash效率系数基本达到0.5以上；月平均流量模拟值与实测值Nash效率系数和平均绝对百分比误差分别为0.80和25.85%；实际蒸散发模拟值与遥感解译值Nash效率系数和平均绝对百分比误差分别为0.80和53.39%。②冰川、融雪和降水产流多年平均为0.9，14.9，70.5 mm，分别占黄河源区径流深的1.0%，17.3%和81.7%。变化期1991—2021年相比于基准期1970—1990年，冰川、融雪和降水产流变化量分别为1.48，-3.8，-13.2 mm，这三者对黄河源区总径流深变化量的贡献率分别为9.53%，-24.48%和-85.05%。③唐乃亥多年平均径流量减少6.77×10

，其中气候、下垫面以及工农业用水变化影响的贡献率分别为96.46%，2.49%和1.05%。

结论

在影响黄河源区径流变化的诸多因素中，气候因素是导致黄河源区径流衰减的主要驱动因子，其具体表现为冰川融水产流呈现增多趋势，而融雪产流和降水产流呈减少趋势。

Abstract

Objective

The contribution rates and composition of each factor in runoff depth were quantified to analyze the contribution rates of underlying surface， climate， and industrial and agricultural water use change to runoff change in the source region of the Yellow River， in order to provide references for ecological environment protection and water resource development in the Yellow River basin.

Methods

Based on the meteorological and hydrological data of the source region of the Yellow River from 1970 to 2021， the distributed water-heat coupled model WEP-ISF was used to analyze the dynamic changes in monthly average flow， actual evapotranspiration， soil temperature， soil moisture content and runoff components in different periods in the source region of the Yellow River， and the multi-factor attribution analysis method was used to quantitatively analyze the contribution of each influencing factor to the variation in runoff volume.

Results

① Simulation and verification of the hydrological and water-heat change process in the source region of the Yellow River from 1970 to 2021 by using the WEP-ISF model showed that the average absolute percentage error between the simulated soil temperature and remote sensing interpreted value was between 69.78% and 171.55%， and the Nash efficiency coefficient was more than 0.70； the average absolute percentage error between the simulated surface soil moisture content and remote sensing interpreted value was between 13.94% and 20.97%， and the Nash efficiency coefficient was more than 0.5； the Nash efficiency coefficient and average absolute percentage error between the simulated monthly average flow and measured value were 0.80 and 25.85%， respectively； and the Nash efficiency coefficient and average absolute percentage error between the simulated actual evapotranspiration and remote sensing interpreted value were 0.80 and 53.39%， respectively. ② The multi-year average runoff from glaciers， snowmelt， and precipitation in the source region of the Yellow River was 0.9， 14.9， and 70.5 mm， accounting for 1.0%， 17.3%， and 81.7%， respectively， of the runoff depth in the source region of the Yellow River. Compared with the baseline period of 1970—1990， the change in runoff from glaciers， snowm

elt and precipitation during the change period of 1991—2021 was 1.48， -3.8， and -13.2 mm， respectively， accounting for 9.53%， -24.48%， and -85.05%， respectively， of the change in the runoff depth of the source region of the Yellow River. ③ The multi-year average runoff at Tangnaihai decreased by 6.77×10

， among which the contribution rates of climate， underlying surface， and industrial and agricultural water use changes were 96.46%， 2.49%， and 1.05%， respectively.

Conclusion

Among the many factors affecting runoff change in the source region of the Yellow River， climate is the main driving factor leading to runoff attenuation， which is manifested in the trend of increasing glacier melt water flow and decreasing trend of snowmelt runoff and runoff.

关键词

Keywords

references

刘虎，王磊 . 第三极地区冰川径流研究进展［J］. 冰川冻土， 2022 ， 44 （ 3 ）： 737 - 752 .

Liu Hu ， Wang Lei . A review of glacier runoff studies in the third pole region ［J］. Journal of Glaciology and Geo-cryology ， 2022 ， 44 （ 3 ）： 737 - 752 .

Si Jianhua ， Li Jianming ， Lu Sujin ， et al . Effects of climate change on surface runoff and soil moisture in the source region of the Yellow River ［J］. Water ， 2023 ， 15 （ 11 ）： 2104 .

余忠全，杨雪，王盼，等 . 耦合不同融雪方法的黄河源区径流模拟与评估［J/OL］（ 2024-04-01 ）.西安理工大学学报， https：∥kns.cnki.net/kcms/detail/61.1294.n.202403 29.1717.010.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1294.n.20240329.1717.010.html .

Yu Zhongquan ， Yang Xue ， Wang Pan ， et al . Evaluation of snow simulation methods on hydrologic simulation in the Yellow River’s source region ［J/OL］（ 2024-04-01 ）. Journal of Xi’an University of Technology， https：∥kns.cnki.net/kcms/detail/61.1294.n.20240329.1717.010.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1294.n.20240329.1717.010.html .

李霞，周祖昊，刘佳嘉，等 . 基于WEP-QTP模型的近65 a黄河源区径流演变分析［J］. 人民黄河， 2024 ， 46 （ 2 ）： 41 - 48 .

Li Xia ， Zhou Zuhao ， Liu Jiajia ， et al . Analysis of runoff evolution in the source region of the Yellow River in the past 65 years based on the WEP-QTP model ［J］. Yellow River ， 2024 ， 46 （ 2 ）： 41 - 48 .

周祖昊，刘佳嘉，严子奇，等 . 黄河流域天然河川径流量演变归因分析［J］. 水科学进展， 2022 ， 33 （ 1 ）： 27 - 37 .

Zhou Zuhao ， Liu Jiajia ， Yan Ziqi ， et al . Attribution analysis of the natural runoff evolution in the Yellow River basin ［J］. Advances in Water Science ， 2022 ， 33 （ 1 ）： 27 - 37 .

庄稼成，星寅聪，李艳忠，等 . 基于改进abcd模型的黄河源区径流变化与归因［J］. 南水北调与水利科技（中英文）， 2022 ， 20 （ 5 ）： 953 - 965 .

Zhuang Jiacheng ， Xing Yincong ， Li Yanzhong ， et al . Attribution analysis of runoff change based on the abcd model coupled with the snowmelt module in the source region of the Yellow River ［J］. South-to-North Water Transfers and Water Science & Technology ， 2022 ， 20 （ 5 ）： 953 - 965 .

张磊磊，郝振纯，童凯，等 . VIC模型在三江源地区产汇流模拟中的应用［J］. 水电能源科学， 2013 ， 31 （ 1 ）： 18 - 20 .

Zhang Leilei ， Hao Zhenchun ， Tong Kai ， et al . Application of VIC model to runoff simulation of three-source regions ［J］. Water Resources and Power ， 2013 ， 31 （ 1 ）： 18 - 20 .

Zheng Yutong ， Huang Yuefei ， Zhou Sha ， et al . Effect partition of climate and catchment changes on runoff variation at the headwater region of the Yellow River based on the Budyko complementary relationship ［J］. Science of The Total Environment ， 2018 ， 643 ： 1166 - 1177 .

Yan Dan ， Lai Zhizhu ， Ji Guangxing . Using budyko-type equations for separating the impacts of climate and vegetation change on runoff in the source area of the Yellow River ［J］. Water ， 2020 ， 12 （ 12 ）： 3418 .

Wu Jingwen ， Zheng Haiyan ， Xi Yang . SWAT-based runoff simulation and runoff responses to climate change in the headwaters of the Yellow River， China ［J］. Atmosphere ， 2019 ， 10 （ 9 ）： 509 .

Qin Yue ， Lei Huimin ， Yang Dawen ， et al . Long-term change in the depth of seasonally frozen ground and its ecohydrological impacts in the Qilian Mountains， northeastern Tibetan Plateau ［J］. Journal of Hydrology ， 2016 ， 542 ： 204 - 221 .

Gan Yongde ， Li Qingqing ， Liu Huan ， et al . Construction and verification of distributed hydrothermal coupling model in the source area of the Yangtze River ［J］. Journal of Hydrology：Regional Studies ， 2024 ， 56 ： 102057 .

长江黄河发现新源头［J］. 海河水利， 2009 （ 5 ）： 81 .

The Yangtze River and the Yellow River have found a new source ［J］. Haihe Water Resources ， 2009 （ 5 ）： 81 .

刘壮添，陈睿智，王未 . 气候变化和土地利用变化对黄河源区径流变化的累积影响评估［J］. 人民珠江， 2022 ， 43 （ 7 ）： 29 - 35 .

Liu Zhuangtian ， Chen Ruizhi ， Wang Wei . Assessment of cumulative impacts of climate change and land use change on runoff variations in source area of Yellow River ［J］. Pearl River ， 2022 ， 43 （ 7 ）： 29 - 35 .

张勇，刘时银，王欣 . 高亚洲冰川区度日因子空间分布数据集［J］. 中国科学数据， 2019 ， 4 （ 3 ）： 137 - 147 .

Zhang Yong ， Liu Shiyin ， Wang Xin . A dataset of spatial distribution of degree-day factors for glaciers in high mountain Asia ［J］. China Scientific Data ， 2019 ， 4 （ 3 ）： 137 - 147 .

郭琦，刘少锋，袁华，等 . 基于FLUXNET数据集对陆面模式CoLM能量通量的单点评估［J］. 气候与环境研究， 2022 ， 27 （ 6 ）： 688 - 706 .

Guo Qi ， Liu Shaofeng ， Yuan Hua ， et al . Evaluating energy fluxes of the common land model based on FLUXNET dataset ［J］. Climatic and Environmental Research ， 2022 ， 27 （ 6 ）： 688 - 706 .

Fu Chong ， Xue Jing ， Chen Junfeng ， et al . Evaluating spatial and temporal variations of soil water， heat， and salt under autumn irrigation in the Hetao irrigation district based on distributed SHAW model ［J］. Agricultural Water Management ， 2024 ， 293 ： 108707 .

Wang Shijun ， Yang Jing ， Wang Xing ， et al . Uncertainty in determination of the soil-water characteristic curve based on the van Genuchten model ［J］. Sustainability ， 2023 ， 15 （ 8 ）： 6740 .

Lin Feng ， Chen Xingwei ， Yao Huaxia . Evaluating the use of Nash-sutcliffe efficiency coefficient in goodness-of-fit measures for daily runoff simulation with SWAT ［J］. Journal of Hydrologic Engineering ， 2017 ， 22 （ 11 ）： 05017023 .

张观山，丁小明，何芬，等 . 基于LSTM-AT的温室空气温度预测模型构建［J］. 农业工程学报， 2024 ， 40 （ 18 ）： 194 - 201 .

Zhang Guanshan ， Ding Xiaoming ， He Fen ， et al . Predicting greenhouse air temperature using LSTM-AT ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering ， 2024 ， 40 （ 18 ）： 194 - 201 .

陈龙飞 . 三江源地区雪冰动态变化及其对流域水文过程的影响［D］. 北京：中国科学院大学（中国科学院空天信息创新研究院）， 2022 .

Chen Longfei . Snow and glacier variation and its impact on hydrological processes in the three-rivers headwater region ［D］. Beijing ： Aerospace Information Research Institute， Chinese Academy of Sciences ， 2022 .

姚檀栋，徐柏青，谭德宝，等 . 气候变化对江河源区水循环的影响［J］. 青海科技， 2022 ， 29 （ 5 ）： 4 - 11 .

Yao Tandong ， Xu Baiqing ， Tan Debao ， et al . Effects of climate change on water cycle in the source region of the Yangtze and Yellow rivers ［J］. Qinghai Science and Technology ， 2022 ， 29 （ 5 ）： 4 - 11 .

谢昌卫，丁永建，刘时银，等 . 长江—黄河源寒区径流时空变化特征对比［J］. 冰川冻土， 2003 ， 25 （ 4 ）： 414 - 422 .

Xie Changwei ， Ding Yongjian ， Liu Shiyin ， et al . Comparison analysis of run off change in the source regions of the Yangtze and Yellow rivers ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology ， 2003 ， 25 （ 4 ）： 414 - 422 .

曹振江，姬广兴，杨瑞婷，等 . 黄河源实际蒸发和径流变化多时间尺度归因分析［J］. 水土保持研究， 2025 ， 32 （ 1 ）： 209 - 217 .

Cao Zhenjiang ， Ji Guangxing ， Yang Ruiting ， et al . Multi-temporal scale attribution analysis of actual evapotranspiration and runoff changes in the source area of the Yellow River ［J］. Research of Soil and Water Conservation ， 2025 ， 32 （ 1 ）： 209 - 217 .

李芳 . 黄河上游水源涵养区径流变化及其影响因素研究［D］. 甘肃兰州：兰州大学， 2022 .

Li Fang . Study on the runoff changes and influencing factors in the water conservation area of the upper reaches of Yellow River basin ［D］. Lanzhou，Gansu ： Lanzhou University ， 2022 .

王召航 . 气候变化背景下黄河源区径流演变与模拟预估［D］. 河南郑州：华北水利水电大学， 2023 .

Wang Zhaohang . Runoff variation and simulation in the source region of the Yellow River under climate change ［D］. Zhengzhou， Henan ： North China University of Water Resources and Electric Power ， 2023 .

陈利群，刘昌明 . 黄河源区气候和土地覆被变化对径流的影响［J］. 中国环境科学， 2007 ， 27 （ 4 ）： 559 - 565 .

Chen Liqun ， Liu Changming . Influence of climate and land-cover change on runoff of the source regions of Yellow River ［J］. China Environmental Science ， 2007 ， 27 （ 4 ）： 559 - 565 .

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