抚仙湖水位变化特征及影响因素研究

近年来抚仙湖水位出现严重下降现象,研究其水位变化特征及影响因素对维持湖泊生态系统稳定有重要意义。基于1953~2020年抚仙湖流域水文气象数据,采用Mann-Kendall趋势检验、累积距平、Pettitt突变检验等方法分析水位年际、年内变化规律,用水量平衡法分析湖泊水量变化,用累积量斜率变化率法探究气候变化与人类活动对抚仙湖流域径流的影响。结果表明:①1953~2020年抚仙湖年际水位变化呈上升-下降-上升-下降趋势,季节性变化特征为秋季水位高、夏季水位低;②与基准期1962~1974年相比,1975~2008年气候变化和人类活动对径流的贡献率分别为10.0%和90.0%,2009~2020年的贡献率分别为18.1%和81.9%,人类活动影响占主导作用但近年来贡献率有所降低;③人类活动对径流贡献率的减少与抚仙湖流域取水许可管理、工业园区搬迁、引调水工程运行等因素有关,减少人类活动对湖泊水位的影响,有利于保障抚仙湖水位稳定。

渭河流域气候变化与人类活动对径流影响的定量分析

【目的】定量分析渭河流域人类活动和气候变化对径流的影响,为该流域水资源可持续利用与管理提供理论依据。【方法】采用累积距平法和Mann-Kendall法诊断渭河流域径流序列变异位置,以径流变异之前时间段为基准期,变异点之后时间段为计算期,采用累积量斜率变化率比较法定量分析气候变化和人类活动对径流的影响。【结果】渭河流域径流序列分别在1971、1991年发生变异,1972-1991年气候变化对径流减少的贡献率为14.60%,其中降水、蒸发所占比例分别为24.55%和-9.96%,人类活动的贡献率为85.40%;1992-2005年,气候变化对径流减少的贡献率为30.37%(降水占25.00%,蒸发占5.37%),人类活动对径流减少的贡献率为69.63%。【结论】人类活动对渭河流域径流的减少有决定性影响,平均贡献率接近80%。

近50年气候和人类活动对锡林河流域径流的影响

气候变化和人类活动是影响河川径流变化的2大主要因素。基于1963—2011年锡林浩特水文站的实测水文数据资料,采用累积距平法(CA)对锡林河近50年径流年际变化序列的趋势进行分析,确定出2个拐点年份为1985和1999年,其中1999年为突变年,运用修正后的的累积量斜率变化率比较分析法(SCRCQ)定量计算了气候及人类活动对径流变化的贡献率。以初始研究阶段T1(1963—1985年)为基准期,不考虑潜在蒸散量变化的影响,T2(1986—1999年)和T3(2000—2011年)时期的降水量减少对于径流量减少的贡献率分别为26.30%和57.36%,人类活动对于径流量减少的贡献率分别为73.70%和42.64%;如果考虑潜在蒸散量变化,T2、T3时段的潜在蒸散量减少对于径流量减少产生的负贡献率分别为-23.47%和-52.25%,而人类活动对锡林河流域径流变化的贡献率分别增至97.17%和94.89%。显然,人类活动是该区间锡林河流域径流量减少的最重要的驱动因素。

气候变化和人类活动对淮河上游径流影响分析

以淮河流域上游漯河站为研究对象,采用Mann-Kendall法、里海哈林法和滑动游程检验法对1957—2010年的年降雨量和年径流深序列跳跃变异进行诊断,结果表明漯河站年径流深和年降雨序列分别于1985年和1999年左右发生跳跃变异。根据跳跃变异检验结果,采用降雨径流关系法与累积量斜率变化率比较法定量计算气候变化和人类活动对该研究区域径流量变化的影响。综合分析结果显示:1986—1999年较前一阶段径流的减少主要因素是人类活动的影响,而2000—2010年较前一阶段径流的增多主要因素是气候的变化。降雨径流关系法与累积量斜率变化率比较法对气候变化和人类活动的水文效应定量评估结果基本一致。

累积量斜率变化分析法及其在径流变化归因中的应用

综合考虑降水和气温对径流的影响,提出了一种新的径流变化归因分析方法——累积量斜率变化分析法,该方法原理简单,能客观地定量分离出气候变化和人类活动对径流量变化的贡献,进而以釜溪河流域为例,探讨了累积量斜率变化分析法的可行性和合理性。结果表明,釜溪河流域年径流序列存在1989、2002年两个突变点,可以此为界将序列划分基准期和影响期;气候变化和人类活动对径流变化的贡献率在1989~2001年期间分别为63.20%、36.80%,在2002~2014年期间分别为55.64%、44.36%。计算结果符合釜溪河流域的实际情况,可在流域径流变化归因分析中应用。

不同时间尺度小流域径流变化及其归因分析

流域径流的变化及其原因的研究,是森林水文领域的一个重要的科学问题。当前,大部分研究基于年尺度定量分析了流域径流变化及其影响因素的贡献率,而季节尺度上的研究较少。因此,季节尺度上径流变化的归因分析值得深入研究。基于彭冲涧小流域1983—2014年降水、径流等水文气象资料,通过Mann-Kendall检验法对降水、径流序列进行突变分析,采用累积量斜率变化率比较法计算季节及年尺度上降水变化、蒸发散和植被恢复对径流变化的贡献率。结果表明:2003年为降水与径流的一致突变点;春、夏、秋、冬季及年降水变化的贡献率分别为50.88%、42.60%、-10.39%、-3.28%和31.26%,蒸发散的贡献率分别为32.89%、40.71%、29.33%、47.43%和42.64%,植被恢复的贡献率分别为16.23%、16.69%、81.06%、55.85%和26.10%。季节尺度上,春、夏季,降水变化和蒸发散是径流深减少的主要原因,而秋、冬季,植被恢复居主导地位;年尺度上,蒸发散对径流深减少的贡献率最大。该研究揭示了彭冲涧小流域近30年来径流变化规律以及不同时间尺度上影响径流的主要驱动因子,为流域水资源合理配置和管理提供科学依据。

基于三种方法的径流变化贡献率对比分析--以彭冲涧小流域为例

小流域径流变化是气候变化和人类活动共同作用的结果,定量评价两者对径流变化的贡献率已成为当前的研究热点。以彭冲涧小流域为研究对象,对比分析水文模型模拟法、经验统计分析法、累积量斜率变化率比较法的径流变化贡献率计算结果,并归纳分析3种方法的优缺点。结果表明:在春、夏季及年尺度上,水文模型模拟法计算的降水变化对径流减少的贡献率分别为61.00%,81.60%,70.00%,大于另外2种方法;而累积量斜率变化率比较法考虑了蒸散发的贡献率,其降水变化和植被恢复的贡献率在春、夏季及年尺度上分别为50.88%,42.60%,31.26%和16.23%,16.69%,26.10%,均为最小。

降水和人类活动对乌江上游径流变化的影响分析

径流量变化与气候和人类活动密切相关,其相互作用使得流域水循环发生变化,对气候变化和人类活动进行定量分析,可为流域调控水资源效率、协调农业发展等提供参考。以乌江上游为例,基于鸭池河水文站和流域内及周边共12个气象站,根据1960-2013年长时间序列实测径流与气象资料,利用Mann-Kendall法、累积距平法判断流域降水量和径流量的突变时间,用Morlet小波法对径流量进行周期变化分析,重点分析乌江上游流域降水与人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明:1960-2013年间,径流量与降水量无显著增加趋势;径流量和降水量在此期间存在1986和2002年两个突变点,且突变特征和阶段特征同步;径流量与降水量的共振周期为18~19 a及19~20 a,流域径流量对降水量变化具有一定滞后作用,滞后时间为1~2 a;以1960-1986年为基准期,1987-2002年降水和人类活动对径流的贡献率分别为50.93%和49.70%,2003-2013年降水和人类活动对径流的贡献率分别为49.30%和50.70%。降水对径流变化的影响程度在降低,而人类活动对径流变化的作用在增大,因此,未来流域水资源管理应重视良性人类活动的构建与调控。

河南省降水量、地表水资源量变化趋势及演变关系

以河南省1956—2016年降水量、地表水资源量数据为基础,采用距平累积法、Mann-Kendall检验法、双累积曲线法、累积量斜率变化率比较法判定河南省及其各流域降水量、地表水资源量变化趋势,分析降水量、地表水资源量演变关系。结果表明:河南省1956—2016年降水量、地表水资源量均呈减小趋势,地表水资源量减小趋势更显著,北部海河、黄河流域地表水资源量减小趋势比南部淮河、长江流域显著;20世纪90年代,该省海河、黄河流域一些站降水—径流关系发生改变。以海河流域新村站为例,量化降水和人类活动对径流量的影响程度,发现降水对径流量变化的影响较小、人类活动对径流量变化的影响较大。

气候变化和人类活动影响下窟野河流域水沙变化归因分析

流域水沙情势演变归因是水文地质学的研究重点之一。为了深入理解窟野河流域水沙变化规律,并为水资源管理和生态保护提供科学依据,以应对气候变化和人类活动的影响,基于水文、气象、归一化植被指数、土地利用等数据信息,运用累积量斜率变化率分析法、Mann-Kendall非参数检验法、双累积曲线法、累积距平法、滑动秩和检验法等方法,定量研究气候变化和人类活动综合作用下流域水沙变化趋势及其影响归因。结果表明:(1)窟野河流域1956—2019年的年径流量、年输沙量呈显著减少趋势,年径流量和年输沙量平均每年减少约0.104×10^(8)m^(3)和0.027×10^(8)t,突变年为1997年,通过了5%显著性水平检验;(2)1998—2011年间,气候变化和人类活动对流域年径流量减少的贡献率分别为36.06%和63.94%,对年输沙量减少的贡献率分别为26.11%和73.89%,其中径流量减少主要与退耕还林还草工程导致的植被、土地利用/覆被变化有关;(3)以1998—2011年为基准期,2012—2019年累积径流量斜率变化率高达109%,径流量反弹明显,可能与矿井封存水外溢有关,同时,累积输沙量斜率接近零,输沙量无显著变化,说明研究区土壤侵蚀得到有效控制。研究成果为窟野河流域水文预测与管理提供科学依据,未来需重点关注生态恢复和煤炭开采活动对水资源变化的复合影响。

气候和人类活动对典型岩溶地下河系统径流年际变化的影响

为揭示气候变化与人类活动对岩溶地下河系统年径流量的影响,以南洞地下河为研究对象,利用其1972-2014年的径流量、降水量和蒸散量数据,分析其年际变化特征。研究结果表明:研究期内径流、降水和蒸散均呈现波动减少的趋势。其中流域内径流整体以0.014亿m3/a的速度减少,降水整体以3.14 mm/a的速度减少,蒸散整体以7.94 mm/a的速度减少。通过有序聚类法和Mann-Kendall法综合确定出径流、降水的突变年份为2002年、2008年。通过累积量斜率变化率比较法,定量分解了不同时期气候与人类活动对径流变化影响的贡献率:综合考虑降水和蒸散因素,以人类活动轻微的T1(1972-2002年)阶段为基准期,气候变化对径流减少的贡献率在T2(2003-2008年)、T3(2009-2014年)时期分别为-86.68%、35.92%,人类活动对径流减少的贡献率在T2、T3阶段分别为186.68%、64.08%。可见,人类活动是南洞地下河流域径流量年际变化的主导因素,其中生活、生产的直接耗水和土地利用/土地覆被变化影响下径流过程的变化,共同影响着径流年际变化。

太湖西苕溪流域径流变化归因分析

气候变化与剧烈的人类活动正深刻地影响着全球水循环系统,河川径流作为水循环系统中的重要组成部分,也因此发生了显著的变化。为此,以太湖上游西苕溪流域为典型,应用累积距平、线性趋势分析及流量历时曲线等方法,分析1972~2015年流域内的水文气象变化趋势;基于累积量斜率变化分析方法与气候弹性模型,定量揭示降水与人类活动对流域径流变化的贡献率。研究结果显示:(1)1972~2015年间流域年径流量呈减小趋势,并且在1999年发生突变,以此将时间序列划分为基准期与变异期两个阶段。变异期流域年均径流量减少约11.76%,减少幅度较大。(2)流域降水量年际变化趋势并不显著,与基准期相比,变异期年均降水减少约1.43%,减少幅度较小,但流域径流对降水变化敏感。汛期降水量占年降水量比重减少,降水的年内分配逐渐坦化,一定程度上使得产流减少。(3)根据累积量斜率变化率分析方法,降水与人类活动对西苕溪流域径流减少的贡献率分别为26.45%和73.55%,由气候弹性模型计算得出二者的贡献率分别为23.52%与76.48%。两种计算方法结果较为接近,均表明人类活动是导致西苕溪流域径流减少的主要因素。

典型喀斯特流域降水与径流特征分析及径流年际变化的影响因素贡献分解

地下水文过程是地球关键带科学研究的重要问题，在具有地表地下二元水文结构的喀斯特地区，其水文过程与其他类型区差异显著，研究黔中典型喀斯特小流域后寨河流域降水与径流特征及径流年际变化的影响因素，有助于在区域视角上了解气候变化与人类活动影响下的喀斯特流域水文特征。本文基于贵州省普定县后寨河流域出口观测站1987~2006年实测降水、地表径流、地下径流序列水文数据，分析比较了后寨河流域降水、径流的年内与年际变化特征，并采用集中度与不均匀系数两个指标分析比较了流域降水与径流的年内分配特征。采用累积距平法、年际累积量法分析了流域降水量与径流量的年际变化趋势，确定出1990年与2002年两个拐点年份，其中1990年为突变年。运用累积量斜率变化率比较法定量计算出气候变化与人类活动对径流年际变化的贡献率：以人类活动影响较小的初始阶段T1（1987~1990年）为基准期，在不考虑潜在蒸散量的影响时，计算得到人类活动影响加剧的措施期T2（1991~2002年）时段降水量减少对于地表、地下径流量减少的贡献率分别为39.32%、46.52%，人类活动对于地表、地下径流量减少的贡献率分别为60.68%、53.48%；如果考虑潜在蒸散量的影响，潜在蒸散量减少对于地表、地下径流量减少的贡献率分别为-14.89%、-17.61%，而人类活动对于地表、地下径流量减少的贡献率分别增至为75.57%、71.09%。可见，人类活动是后寨河流域径流量年际变化的主要驱动因素。