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。

青藏高原大通河流域径流变化归因分析

大通河流域地处青藏高原东北部边缘,生态环境敏感脆弱,开展变化环境下水资源演变、归因研究对保护区域水生态环境,保障水生态文明建设具有十分重要的意义。采用线性倾向估计、集中度、集中期、有序聚类检验、小波分析等统计方法,分析了流域径流的年际变化、年内分配、周期和突变变化特征,基于累积量斜率变化率法和双累积曲线定量评估了气候因素和人类活动对径流变化的影响。结果表明:(1)近60 a大通河流域气候暖湿化明显,年平均气温、降水量、潜在蒸发量增幅分别为0.42℃·(10a)~(-1)和8.9 mm·(10a)~(-1)、5.6 mm·(10a)~(-1),年径流呈减少趋势,倾向率0.67×108m3·(10a)~(-1)。(2)径流集中度和不均匀系数呈微弱下降趋势,枯季径流增加趋势明显,年内分配更趋于均匀,集中期有推迟趋势,延迟速率为3.0 d·(10a)~(-1)。(3)年径流在44 a左右尺度上周期震荡明显,突变发生在1990年,突变后径流量减少3.52×108m3,流域冰川分布呈减小趋势,植被覆盖无显著变化。(4)气候、人类活动对大通河径流减少的贡献率分别为~(-1)7.7%和117.7%,降水量是流域来水的主要补给来源,跨流域调水是引起径流减小的主要驱动因素。

大通河流域径流演变特征及其影响因素

大通河流域是青海和甘肃两省重要的调水水源.它生态环境敏感脆弱,开展径流变化归因识别对区域生态环境、水资源开发和管理至关重要.采用气候倾向率、累积距平、滑动t检验、Hurst指数等方法探究了大通河流域1961—2020年气象水文要素的演变,基于Budyko假设的水热耦合平衡方程和累积量斜率变化率法定量评估了流域径流变化的主要影响因素.结果表明:近60年大通河流域气候暖湿化明显,气温、降水倾向率分别为0.39℃·(10 a)^(-1)、9.1 mm·(10 a)^(-1),未来一段时间这种趋势还将持续;年径流于1990年发生突变,上游增加,中下游衰减明显,受水库调蓄影响汛期径流比重减小,年内分配趋于均衡;大通河流域以草地为主,研究期土地利用、植被覆盖未发生明显变化.流域冰川萎缩严重,面积减小20.9 km^(2),储量减少2.99 km^(3),冰川年消融量0.37×10^(8) m^(3),约占径流的1.3%;气候变化为流域上游径流增加的根源,降水的影响远大于潜在蒸散发和气温,跨流域调水是中下游径流减少的主导因素,对中游的影响高于下游.

金沙江支流关河流域水文情势评价

水文情势变化是影响河流生态系统、功能的主要驱动力。为研究人类活动影响前后关河流域水文情势变化,在研究豆沙关水文站相关数据的过程中,以1959—2018年间的数据为参考资料,结合Mann-Kendall法分析水文数据的演变趋势,水文指标变化范围法分析年径流输沙年际、年内变化趋势及其水沙单项水文指标改变度;在分析该地气候变化情况时,运用双累积曲线法,同时,为了更好地分析影响径流水沙的变化的因素,特别是对人类活动因素进行分析,引入累积量斜率变化率法。结果显示:1)1959—2018年,豆沙关水文站多年平均流量和年降水总量呈下降趋势,趋势不显著;年平均输沙率呈下降趋势,趋势显著;2)在人类活动的干扰下,该流域的流量发生了一定改变,体现为月均流量值变化明显,与之前相比,变化幅度已经突破34%;月均含沙量值水文改变度达到40.58%,呈中度改变;3)人类活动、年降水量、年潜在蒸发量分别对年输沙量的贡献率分别为69.22%、29.66%和1.12%,1996—2018年总减沙量为2564.66万t,平均每年为116.57万t,分析造成输沙变化的因素可知,虽然许多因素都具有一定影响作用,但人类活动是最为核心且影响最大的因素。

乌江流域水沙变化趋势及驱动力分析

为对乌江流域水文变化趋势特征及其主要驱动力进行分析,采用Mann-Kendall非参数检验,滑动T检验和累积曲线等方法研究了乌江武隆站1965~2017年输沙量、径流量、降水量及其变化趋势与突变特征,采用累积量斜率变化率法定量计算了乌江流域气候变化和人类活动对输沙量与径流量变化的贡献率,并通过河流影响因子法(River Impact,RI)对乌江水沙情势改变度进行了分析。结果表明:乌江流域径流量、降水量、输沙量均呈下降趋势,其中输沙量的下降幅度最为显著。导致径流量和输沙量下降的主要驱动因素分别是气候变化与人类活动。乌江流域径流量发生轻度改变而输沙量发生严重改变。

降水和人类活动对黄河源区径流的影响

根据唐乃亥水文站以上的黄河源区1960-2011年的观测资料,以黄河源区的径流量及降水量为评价指标,利用线性回归分析法、累积距平法以及5 a滑动平均法对评价指标进行演变规律分析,同时利用累积距平联合滑动T检验法进行突变分析,并根据累积斜率变化率法判断降水量和人类活动对黄河源区径流量的贡献率。研究结果表明近52 a来,黄河源区的降水量和径流量均有所下降,且二者间的年代、年际变化特征基本一致。降水和径流序列存在一定的相关关系,在1990年都发生显著突变。当以1960-1990年为基准期时,定量区分降水量以及人类活动对黄河源区径流量的贡献率分别为37.96%、62.04%,说明此时的人类活动已经成为引起黄河源区径流量下降的主要影响因素,降水量变化是其下降的次要影响因素。

近60 a榕江流域径流变化成因定量分析

根据榕江流域1956—2016年实测年径流量、降水量、气温数据,采用累积距平法、Mann-Kendall方法分析东桥园站年径流变化趋势及识别其突变年份,并应用累积量斜率变化分析法定量估算气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。研究表明:东桥园站年径流序列存在1961年和2004年两个突变年份,以此划分为基准期和两个影响期;1962—2003年气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率分别为85.5%和14.5%,2004—2016年气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率分别为100%和0%。近60 a来榕江流域年径流变化以气候变化为主导因素,且影响程度有所加强。

降水和人类活动对秃尾河流域基流的影响

基于秃尾河高家川站1956—2012年实测日径流数据,采用递归数字滤波法进行基流分割,并对高家川基流的趋势性、持续性、多时间尺度和突变特征进行分析。最后,采用累积斜率法计算降水和人类活动对基流的贡献比例。研究表明:1956—2012年秃尾河基流不仅具持续显著减少特征,还有22 a和8 a的多尺度周期变化特征和突变特征,并以1979和1996年为突变点。与基准期相比,1980—1996年降水和人类活动对基流的贡献率分别为54.16%和45.84%;1997—2012年降水和人类活动所占的比例分别为30.11%和69.89%;人为驱动力占总驱动力的比例显著上升,可以认为在全球气候变化的背景下,人类活动日益成为秃尾河基流演变的主要驱动因子。

密云水库流域入库径流量变化特征及归因研究

运用累积距平法、小波分析和累积量斜率变化率比较法,对密云水库流域1960~2014年入库径流量时间序列进行研究。结果表明：1）密云水库流域入库径流量存在两个突变年份,即1979和1998年。2）1979年前流域径流量基本上呈增加趋势;1980~1998年,径流量呈先减后增的趋势;1999年后,径流量呈明显减少趋势。3）密云水库流域入库径流量序列存在7a和16a左右的震荡周期,持续时间分别为1960~2000年和1960~2014年。4）气候变化和人为活动对入库径流量影响具有阶段性特征：1979年以前,气候是影响径流量波动的主要因素;1980~1998年,气候因素是径流增加的原因之一,人为因素成为影响径流量减少的主要因素;1999年以后,人为活动仍是入库径流减少的主要原因;与1980~1998年相比,其对径流量减少的影响有所降低,气候变化对入库径流量减少的贡献率略有增加。