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。

清水河流域不同尺度水沙变化归因分析

【目的】揭示清水河流域水沙变化的驱动因素,为黄河上游流域的水土流失治理提供理论依据。【方法】基于1970—2019年清水河流域上、中、下游水文站的实测水沙数据及气象数据,采用Mann-Kendall检验法和Pettitt检验法对流域内不同尺度的水文气象序列进行趋势性分析和突变检验,基于Budyko弹性系数法、双累积曲线法和累积量斜率变化率比较法对流域不同尺度水沙变化进行归因分析。【结果】1970—2019年,清水河流域年径流深呈显著增加趋势,年输沙模数呈不显著减少趋势,流域上中游区域的年径流深和年输沙模数呈显著减少趋势;与突变前相比,人类活动对上游区、上中游区和全流域的年径流量减少的贡献率分别为99.9%~114.3%、77.5%~104.0%和-117.4%~-74.0%,对年输沙量减少的贡献率分别为104.7%~116.4%、110.2%~132.2%和113.0%~139.0%。【结论】引黄灌溉、水土保持措施等人类活动是影响清水河流域水沙变化的主要因素。

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%。

降水变化和人类活动对浏阳河流域径流的影响

定量评估降水变化和人类活动对浏阳河流域径流的影响,有助于更合理地利用流域水资源。采用线性拟合、滑动平均和累积距平等方法分析了1969—2013年浏阳河流域径流和降水的演变规律及其相关关系,应用累积斜率变化率比较法定量估算了不同时期降水变化和人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明:浏阳河流域降水量表现为增加趋势,上升率为3 mm/(10 a);年径流量表现为下降趋势,下降率为2.7(m3·s-1)/(10 a);降水和径流在1988年和1999年均发生显著性突变,经历了"减少—增多—减少"的交替变换。与基准期1969—1988年相比,1989—1998年和1999—2013年这2个时期的降水量变化对径流量变化贡献率依次为56.8%,7.62%,而人类活动对径流量的贡献率依次为43.2%,92.38%,可见人类活动已成为影响浏阳河流域径流变化的主要因素。

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。

锡林河流域径流变化规律及气候波动和人类活动影响的定量分析

多种原因导致内蒙古高原内陆河草原流域草地退化及环境恶化,定量分析其径流变化规律和影响因素对于流域的生态保护具有重要的意义。基于内蒙古锡林河流域1963—2015年水文、气象和社会经济等数据,采用累积距平法、双累积曲线法、改进的M-K趋势检验法和累积量斜率变化率比较法等方法,从年代、水文年及季时间尺度剖析了锡林河流域径流演变的规律,定量计算了气候波动和人类活动对锡林河径流变化的贡献。结果表明:锡林河流域径流量在各时间尺度均为显著(p<0.05)减少趋势,而各气候要素的波动变化趋势不明显,但流域内社会经济变化显著;径流量在21世纪初达到最小,相对于20世纪90年代减少了54.9%;流域内降水、径流变化的突变年份均为1998年,1998年前后气候波动对径流减少的贡献率仅为30.34%,而人类活动对径流减少的贡献率达到69.66%,人类活动是引起径流量减少的主要驱动因素。

气候变化和人类活动对克里雅河径流变化影响定量研究

【目的】深入了解克里雅河径流变化的潜在机制及驱动因素。【方法】基于趋势分析、相关性分析及突变分析,分别采用双累积曲线法及累积量斜率变化率比较法,计算气候变化和人类活动对克里雅河径流变化的贡献率。【结果】1958—2015年克里雅河流域年平均气温和年径流量呈一定的显著增加趋势,年降水量呈不显著增加趋势,而潜在蒸散发呈显著递减趋势;通过Mann-Kendall突变检验法、累积距平法和有序聚类法,综合确定克里雅河流域径流突变点为1999年;以1958—1999年为基准期,使用双累积曲线法计算得出2000—2015年气候变化和人类活动对径流变化的贡献率分别为59.16%、40.84%,通过累积量斜率变化率比较法得出贡献率的结果分别为79.03%、20.97%。【结论】因此,气候变化是影响克里雅河径流变化的首要因素,人类活动是次要因素。

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。

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。

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。

基于SWAT模型的巴勒更河流域降雨-径流关系

研究流域的降雨-径流关系可为水资源管理与水土保持等工作提供依据。根据实测降雨资料和历史实测径流数据构建SWAT模型并用于还原径流序列,采用Kendall秩次检验、滑动平均、M-K突变检验、小波分析、累积距平法以及径流系数,分析巴勒更河流域1970—2015年的降雨-径流关系年际变化特征、变化趋势,并运用累积斜率变化率比较方法定量地分离出气候变化和人类活动对径流变化影响的贡献率。结果显示:①将SWAT模型应用在巴勒更河流域时,在校准期时评价指标R^(2)为0.78、纳什效率系数NSE为0.76;验证期R^(2)为0.58、NSE为0.51,这些指标表明将SWAT模型用于巴勒更河流域的径流还原是可行的。②巴勒更河流域1970—2015年降雨有显著上升的趋势,而径流的趋势不显著;降雨突变点出现在1981年,而径流在1995年、2010年均发生突变;此外,在该流域内降雨、径流序列展现出来的周期性变化也存在差异,尤其是在主周期上,降雨主周期为28 a,径流则为23 a。③降雨-径流关系在1989年、2001年均发生变异,且每次发生变异,都导致径流系数下降,其中1970—1988年径流系数是0.15,1989—2006年径流系数为0.11,2007—2015年径流系数为0.10。④以1970—1988年为基准期,1989—2001年人类活动对径流变化占主导地位,其中径流变化人类活动贡献了65%,而气候变化对于径流变化贡献率为35%;2001—2015年人类活动对流域径流变化贡献率为81%,气候变化对径流变化的贡献率为19%;以1989—2001年为基准期,2001—2015年人类活动对径流变化的贡献率为51%,而剩余的49%是气候变化导致的。

1998-2020年黄河流域径流与降水演变规律研究

利用黄河流域1998-2020年的水文数据,运用距平累积法、M-K趋势检验与突变分析、累积量斜率变化率比较法等方法,对黄河流域径流量与降水量变化趋势进行分析,并对影响径流的降水与人类活动等因素进行定量分析。结果发现,黄河流域径流量与降水量呈现出明显的阶段性的变化特征,径流量在2004年发生突变,降水量在2010年发生突变,且突变后均呈现逐年上升趋势,其中降水量上升趋势更加显著。突变发生后降水与人类活动对径流量共同影响的变化趋势明显增强,降水对径流量增大的贡献率为4.38%,人类活动对径流量增大的贡献率为95.62%。目前人类活动已成为黄河流域径流变化的主要因素。

雅鲁藏布江中游悬移质输沙率的周期性与不均匀性分析

悬移质是河流生源物质输运的重要载体,阐明河流中悬移质输沙率的时间变化特征可为了解河流生态节律提供基础信息。基于雅鲁藏布江中游奴各沙、羊村、奴下水文监测站点1956-2000年共45年逐月悬移质输沙率、流量监测数据,通过建立水沙关系曲线对缺测部分进行插补,采用Morlet小波变换、集中度和集中期分析方法探讨该流域不同时间尺度下的输沙变化特性,结果表明:雅江中游各站点悬移质输沙率序列表现出多时间尺度的周期变化,并在第一主周期19年、第二主周期26年、第三主周期10年,第四主周期6年上保持较高的空间一致性,输沙率短周期变化与太阳活动、气候事件的周期变化存在一定的响应;三个站点最大输沙率主要发生在7、8月,集中度分别为0.83、0.77、0.74,受局部气候差异影响,输沙率在年内的分配不均匀性顺河流方向逐渐降低;受降雨和人类活动影响,输沙率序列在1964年突变,呈现先增大后减小的趋势,降雨对输沙率减小影响的贡献率分别为38.62%、41.04%、-38.15%,人类活动对输沙率减小影响的贡献率分别为61.38%、58.96%、138.15%。研究初步阐明了雅江中游在基本未受大型水利工程干扰情形下悬移质输运过程的多时间尺度变化特征及主要控制因素,可为雅鲁藏布江水生态保护提供水沙过程的天然态参考系。

黄河中游多沙粗沙区水沙变化趋势及其主控因素的贡献率

随着气候变化和人类活动影响加剧,黄河中游多沙粗沙区的水沙变化剧烈,因此研究影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量的驱动因素对预测未来水沙变化具有重要意义。本文选取Mann-Kendall趋势检验法,Pettitt突变点检验法,位置、尺度、形状的广义可加模型以及累积量斜率变化率比较法对黄河中游多沙粗沙区15个水文站控制流域1956-2010年的年降水量、年径流量以及年输沙量变化特征及其贡献率进行分析,确定影响黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的主要原因。结果表明:(1)Mann-Kendall趋势检验在5%的显著性水平下,表明降水量虽呈减少趋势但并不显著,径流量和输沙量则有显著的减少趋势;(2)Pettitt突变点检验得出所研究区域径流量和输沙量的突变年份在1972年、1985年以及1996年左右;(3)GAMLSS模型分析结果同样表明降水的均值不随时间发生变化,但降水的方差有减小的趋势;(4)通过累积量斜率变化率比较法得出,人类活动对窟野河流域径流输沙的影响大于无定河流域。通过分析黄河中游多沙粗沙区径流量和输沙量变化的原因,可为黄河中游多沙粗沙区水资源合理分配提供一定的理论支持。

渭河径流年内分配变化特征及其影响因子贡献率分解

研究渭河径流年内分配变化特征及其影响因子,有助于在区域视角下进一步掌握全球变暖与人类活动不断加剧背景下的水文响应。本文基于1960-2005年实测径流、面降雨以及潜在蒸发量的月序列数据,采用集中度与不均匀系数两个指标分析渭河径流年内分配特征的时空变化规律。运用Mann-Kendall法求算了渭河流域径流集中度与不均匀系数的变化趋势,采用启发式分割法诊断径流年内分配特征值的变异点,并运用累积量斜率变化率比较法定量计算气候变化与人类活动对径流年内分配特征变化的贡献率。结果表明:1渭河实测径流年内分配特征值的年变化过程呈现上升趋势,其中张家山站呈现显著上升趋势,该流域旱涝风险有所增加;2林家村与张家山站的实测径流年内分配特征值均存在1973年这一变异点,而华县站无变异点存在;3气候变化与人类活动影响对林家村站径流年内分配集中度与不均匀系数的贡献率分别为27.15%,72.85%和12.10%,87.90%,而对张家山站的贡献率分别为39.11%,60.89%和33.73%,66.27%。人类活动是渭河实测径流年内分配特征变化的主要驱动力。

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。

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。