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。

彭冲涧小流域降水与植被恢复对径流的影响--经验统计分析法与水文模型模拟法比较

降水变化与植被恢复对小流域径流变化的贡献率分析是当前研究的热点。运用Mann-Kendall检验法对江西省九江市都昌县彭冲涧小流域1983—2014年的降水、径流序列进行突变分析,采用经验统计法与水文模型模拟法计算降水变化与植被恢复对径流影响的贡献率。结果显示:2003年为降水与径流的一致突变点;因此,以1983—2003年为基准期,2004—2014年变化期的年降水量、年径流深分别减少8.7%和29.2%,年平均减少幅度分别为12.7和22.1 mm。相对于基准期,春季、夏季及年尺度上变化期的平均径流深分别减少100.2、105.8和243.0 mm。经验统计分析法的研究结果表明,降水变化和植被恢复对径流减少的贡献率分别为58.9%、41.1%,71.6%、28.4%和57.1%、42.9%;而水文模型模拟法的研究结果分别为61.0%、39.0%,81.6%、18.4%和70.0%、30.0%。可知,尺度不同,研究结果存在较大差异,且降水变化的贡献率均大于植被恢复。同时,2种方法的研究结果总体上较接近,说明均比较可信,能为从更深层次上认识植被对径流的影响程度提供科学依据。

降雨与植被变化对彭冲涧小流域径流影响的定量研究

降雨与植被变化对小流域径流影响的定量研究是当前研究的热点。运用Mann-Kendall检验法对彭冲涧小流域1983—2014年的降雨、径流序列进行突变分析,结果显示,2003年为降雨与径流的一致突变点。因此,以1983—2003年为基准期,2004—2014年变化期的年降雨量、年径流深分别减少8.7%、27.5%,年平均减少幅度分别为12.7和20.4 mm。相对于基准期,变化期春、夏季及年的径流深分别减少87.5、99.5和223.9 mm,其中降雨变化的贡献率分别为55.3%、80.5%和67.5%,植被变化的贡献率分别为44.7%、19.5%和32.5%。可以看出,在春季、夏季及年尺度上,降雨与植被变化对径流影响贡献率存在较大差异,总体上降雨变化的贡献率均大于植被变化的贡献率,尤其降雨充沛的夏季。

彭冲涧小流域基流变化特征及其归因分析

【目的】基流是最重要的枯季水文特征之一,其变化规律与流域气候条件、自然地理属性及人类活动等密切相关,深入分析基流变化特征及其影响因素,对揭示流域基流变化的内在机理具有重要意义。【方法】以南方红壤区的彭冲涧小流域为研究对象,选用数字滤波法对1983—2017年逐日径流量进行基流分割,利用Mann-Kendall检验法、小波分析等探究基流趋势和周期变化特征,采用逐步回归分析法定量计算各显著性影响因素对年基流变化的相对贡献率,并借助小波系数相关性分析基流周期变化的主导因素。【结果】(1)1983—2017年流域基流量呈非显著下降趋势,多年平均基流量为162.4 mm;年基流存在3~6年、8~12年、15~20年和25~32年4种尺度的周期变化,第一、第二、第三、第四主周期分别为32、6、10、17年。(2)降水、蒸发散、平均气温、最高气温、最低气温、NDVI等6个基流的影响因素在1983—2017年均呈上升趋势,其多年平均值分别为1589.1 mm、828.0 mm、17.55℃、36.99℃、-4.11℃和0.77,其中平均气温、NDVI的变化极显著,蒸发散变化显著,其他因素的变化均不显著。(2)降水、蒸发散和平均气温为基流趋势变化的显著性影响因素,三者对基流的相对贡献率大小分别为61.1%、-27.9%、-11.0%。(3)基流周期变化的主导因素为降水,两者具有3个相同的显著周期,对应的小波系数相关性极强;其次为平均气温和蒸发散,与基流均只有1个相同的显著周期,对应的小波系数相关性较强。【结论】无论是趋势变化还是周期变化,降水、蒸发散和平均气温都是基流变化的主要影响因素,且降水起主导作用。

彭冲涧小流域蒸发散变化及其影响因素分析

【目的】蒸发散是森林流域水量平衡的重要组成部分,深入探究流域蒸发散的变化特征及影响因素,对流域水资源的合理配置具有重要意义。【方法】以南方红壤区的彭冲涧小流域为研究对象,基于1983—2014年的气象、水文观测资料,运用Mann-Kendall检验法、小波分析等探讨了1983—2014年蒸发散及其影响因素的变化特征,利用累积距平法将蒸发散时间序列划分为1983—2003年和2004—2014年2个时段,并通过灰色关联度分析得到了1983—2014年、1983—2003年、2004—2014年3个时段的年尺度上和1983—2014年的季节尺度上降雨量、气温、风速、NDVI、饱和水汽压差、潜在蒸发散和日照时数这7个因素对蒸发散影响的排序。【结果】(1)1983—2014年流域降雨量和径流深在季节和年尺度上变化趋势均不显著,降雨量仅在冬季呈上升趋势,而径流深在季节、年尺度上均呈下降趋势。(2)蒸发散仅在春季呈显著上升趋势,并在2003年发生突变,突变后蒸发散的年内分配更为均匀;年蒸发散主要存在3~7年、9~15年、18~26年这3种时间尺度的周期变化,其变化的4个主周期依次为4,6,25,12年。(3)年尺度上,蒸发散的影响因素气温、NDVI、饱和水汽压差、日照时数均呈上升趋势,而风速、潜在蒸发散呈下降趋势;除NDVI的变化趋势显著、潜在蒸发散不显著外,其它因素的变化均为极显著。季节尺度上,气温、NDVI、饱和水汽压差、日照时数均呈上升趋势,风速呈下降趋势,潜在蒸发散仅在春季呈上升趋势;除气温、日照时数在夏季和冬季,潜在蒸发散在4个季节,风速在春季和夏季,NDVI在冬季的变化趋势不显著外,上述6个因素在其它季节均表现为显著或极显著变化。(4)年尺度上,1983—2014年和1983—2003年蒸发散影响因素的灰色关联度均为风速最大,而2004—2014年蒸发散与NDVI的关联度最大;季节尺度上,1983—2014年春、夏季排序前3位的影响因素均为NDVI、饱和水汽压差、日照时数,而秋季前3位影响因素为降雨量、潜在蒸发散、风速,冬季为降雨量、气温、风速。【结论】研究结果表明,由于时段和时间尺度的不同,蒸发散影响因素的排序存在较大差异。

彭冲涧小流域植被恢复的水文效应及其对年降水量响应的临界值

对流域径流的变化及其原因的研究,是森林水文研究领域中一个重要的科学问题.本研究以降水充沛的彭冲涧小流域为对象,运用Mann-Kendall检验法对彭冲涧小流域1983—2014年的降水、径流序列进行突变分析;采用经验统计分析法,分析降水变化和植被恢复对小流域径流的影响及其贡献率,并计算年尺度上植被恢复的水文效应对降水量响应的临界值.结果表明:2003年为降水与径流的一致突变点;相对于基准期(1983—2003年),变化期(2004—2014年)的年降水量、年径流深分别减少8.7%、29.2%,年平均减少幅度分别为12.7、22.1 mm;春、夏、秋、冬季及年尺度上的平均径流深分别减少100. 2、105. 8、25. 2、23. 4和243.0 mm,其中,降水变化的贡献率分别为58.9%、71.6%、65.5%、35.0%和57.1%,植被恢复的贡献率分别为41.1%、28.4%、34.5%、65.0%和42.9%;植被恢复的水文效应依赖于年降水量,且临界值为1181 mm.当年降水量小于1181 mm时,植被恢复增加了年径流深;当年降水量大于1181 mm时,植被恢复减小了年径流深.此临界值的存在,将有助于解释不同流域植被恢复对径流影响贡献率的差异性,有助于找到森林对径流影响存在争论和分歧的原因.

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。