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。

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%。

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。

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。

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。

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。

城市化进程对贾鲁河径流变化的影响分析

随着城市的不断发展,受气候变化和人类活动的影响,城市水系径流量发生较大变化。为进一步研究城市化所带来的径流量变化趋势及其主要影响因素,对累积斜率变化率法在水文变化分析的应用中进一步创新,从人类活动因素中分离出下垫面对径流量变化的贡献率,并以贾鲁河流域郑州段为例结合Mann-Kendall检验法,求出气候变化因素和下垫面因素及其他人类活动因素对径流量变化的贡献率。结果表明,1980~2019年实测径流量呈上升趋势,并在2008年发生突变。在对径流量的影响分析中,下垫面变化和其他人类活动为主要影响因素,其贡献率分别为69.76%、56.19%。针对主要影响因素分析原因主要为下垫面硬化使产汇流增大及人口增多排放量增大。

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。

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。

漓江流域径流演变归因分析

在气候变化和人类活动的背景下,进行漓江流域径流演变归因分析,有利于漓江流域生态功能的可持续利用。采用线性趋势法和累积距平法对1991—2020年流域年径流量、年降水量、年均气温、NDVI指数进行分析,结果表明各要素均呈上升趋势,分别于2015年、2012年、2017年、2010年前后发生突变。采用Pearson相关系数法分析各要素与径流演变的相关性。最后定量分析气候变化和人类活动对径流的影响,进一步佐证相关分析结果。研究表明,降雨量与径流量的相关性最高,气温与径流量的相关性最弱。气候变化对漓江流域径流演变的贡献率为58.59%,人类活动对漓江流域径流演变的贡献率为41.41%。

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。

察汗淖尔流域径流演变及影响因素分析

采用趋势分析方法、累积距平曲线法和Mann-Kendall突变检验法分析了察汗淖尔流域径流演变规律和降水、气温和蒸发量等气候因素的年际变化特征和突变年份,利用像元二分法获取1990-2020年的植被覆盖度(FVC),揭示其演变规律和突变性,通过累积量斜率变化比较法得到气候因素和植被覆盖度(FVC)对径流演变的贡献率。结果:(1)1990-2020年察汗淖尔流域流域年径流量呈显著减少趋势,突变发生于2004年;(2)察汗淖尔流域自1990年后呈现降水量下降,气温上升,蒸发量下降,植被覆盖度(FVC)增长的趋势,且降水、气温、蒸发量和植被覆盖度(FVC)的突变年份为分别为2017年、1993年、2006年和2013年;(3)降水、蒸发和植被覆盖度(FVC)对径流演变的贡献率分别为为2.48%、-0.29%和97.81%。因此,人为因素—植被覆盖度的退化是造成流域径流消失的主要原因。

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。

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。

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。