基于时变Budyko公式的年径流变化机理分析——以贵州省六硐河为例

气候变化与人类活动是流域径流变化的重要原因。随着人类活动逐渐频繁,不同地区的水文情势不同程度地发生着变化,因此对径流变化机理的分析一直是水文学界的重要议题之一。Budyko水热耦合平衡公式是常用的径流变化机理分析工具,因其一方面考虑了一定的物理成因,另一方面公式参数较为简单,由此在径流变化归因较长时间尺度分析上得到了广泛应用,但当前对时变形式的Budyko公式研究及应用仍有待加强。以贵州省六硐河流域为例,通过Mann-Kendall检验和突变检验方法对研究区年径流进行趋势和突变分析,基于水热耦合平衡原理构造了包括线性、二次多项式以及具有物理机制等形式的Budyko参数时变辨识公式,以Nash效率系数为评价指标,验证最适应研究区的水热耦合公式,最后计算降水量、潜在蒸散发量和人类活动等因素对径流变化的贡献率,进行六硐河流域径流变化归因分析。研究结果表明,近年来随着气候变化影响加剧,六硐河流域径流呈明显的下降趋势,在1997年发生显著性突变。比较降水量、潜在蒸散发量和人类活动因素对径流的敏感性,发现降水减少是流域径流减少的主导因素,其贡献率为49%。同时,随着人类经济社会的发展,大型水利设施的兴建,人类活动对流域径流变化的影响在逐步显现,其贡献率约为26%。

基于Budyko假设的汾河上游水源区径流衰减归因分析

针对汾河上游水源区径流严重衰减的问题,分析了上游汾河水库控制流域1961-2016年降雨、潜在蒸散发、径流的变化趋势,并对年径流量进行了突变分析,将研究时段划分为基准期和变化期两个阶段。应用基于Budyko假设的流域水热耦合平衡Choudhury-Yang公式,计算了径流的气候弹性系数和下垫面弹性系数,对变化期的径流变化量进行了定量归因分析。研究表明:1961-2016年期间,汾河上游水源区径流量显著减少,变化期年均径流量相比基准期减少了35.5%;径流的降雨弹性系数、潜在蒸散发弹性系数及下垫面弹性系数分别为2.62、-1.62、-1.89;人类活动引起的下垫面变化是径流衰减的主要驱动因素,贡献率为57.8%,其次是气候变化,贡献率为42.2%,其中降雨的减少贡献了39.7%,潜在蒸散量的增加贡献了2.5%。汾河上游开展的大规模水土保持措施,在减少水土流失,改善植被的同时,也导致流域实际蒸散发增大,另外煤矿开采形成大量采空区导致地表变形塌陷,引起降雨入渗量增大也导致了径流的减少。

基于水热耦合平衡理论的嫩江流域蒸散发估算

由于区域蒸散发时空变异性较大,难以采用点位监测方法来测定,因此,流域蒸散发估算是目前水文学领域的难点和重点问题。从水热耦合平衡理论入手,采用傅抱璞公式估算嫩江流域及典型汇水区的实际蒸散发。结果表明,傅抱璞公式的逐年蒸散发估算结果具有较高精度,且干燥度较大的汇水区的估算结果精度较高。然后,对嫩江流域蒸散发进行时空演化分析。结果表明:在1956—2000年,年实际蒸散发和潜在蒸散发均无趋势性变化;在2000—2013年,多年平均实际蒸散发与潜在蒸散发在空间上呈相反分布,整体上从上游至下游递减(递增)。最后,分析了下垫面参数w的分布规律,其表现为由上游至下游随植被覆盖率的减小而减小的特征。研究表明,傅抱璞公式为流域的蒸散发估算提供了可靠的方法,对于流域水资源预测和生态需水推求等具有十分重要的意义。

白洋淀流域潜在蒸散量与实际蒸散量变化分析

基于Penman-Monteith公式和Budyko假设,利用白洋淀流域1960年-2011年的气象、水文资料,计算分析了该流域潜在蒸散量与实际蒸散量的长期变化趋势,并初步分析了实际蒸散量变化与降水变化、潜在蒸散量变化的关系。结果表明:过去52年白洋淀流域潜在蒸散量和实际蒸散量分别以10.3mm/(10a)和11.6mm/(10a)的速度呈下降趋势;年代际变化分析表明,潜在蒸散量的下降趋势在不同年代际间具有持续性,而实际蒸散量则表现为波动下降,其波动性受降水波动的影响,年实际蒸散量的变化与年降水的变化呈正相关关系(R2=0.99),与潜在蒸散量的变化呈负相关关系(R2=0.37),即降水量的变化对实际蒸散量的变化起主要控制作用。

黄河流域1961—2012年蒸散发时空变化特征及影响因素分析

基于黄河流域1 500个0.25°×0.25°网格,应用可变下渗能力模型VIC-3L计算1961—2012年黄河流域水文过程,获得日尺度的实际蒸散发量和潜在蒸散发量数据。运用Mann-Kendall趋势检验方法和Budyko水分能量平衡公式,分析了实际蒸散发量、潜在蒸散发量、蒸散发率和干燥指数的时空变化趋势及蒸散发受水分能量供应条件限制情况。结果表明:总体上实际蒸散发量和潜在蒸散发量呈减小趋势,其中潜在蒸散发量减小趋势显著,但在流域不同区域的增减趋势不同;蒸散发率和干燥指数的变化不明显;黄河流域上游蒸散发主要受能量供应条件限制影响,而中下游受水量供应条件限制影响较大。

岷江流域径流变化及成因分析

针对水利工程建设运行造成岷江流域径流情势变化等问题,定量分析岷江流域径流情势变化,运用Mann-Kendall法、累积距平法、滑动T检验法分析了径流量与降水量特征;考虑水利工程建设对突变前后水文指标进行割裂,选择生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)和水文改变度法综合评价岷江水文情势变化;基于6种Budyko假设公式,量化分析气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明,1956~2017年岷江流域径流量呈明显下降趋势,并在1993年前后发生突变;整体径流情势改变度为45%(呈中度改变),整体降水改变度为37%(呈中度改变);降水量及潜在蒸散发量在同期内呈下降趋势,但整体变化趋势不显著;人类活动是影响岷江流域径流情势变化的主导因素。

引黄入冀补淀工程引黄口径流变化及成因分析

研究"引黄入冀补淀工程"引黄口重点断面的径流情势变化及其成因,为引黄口重点断面水资源管理和促进该工程建设水生态效益的发挥提供参考。采用水文变异指标法/变化范围法(IHA/RVA法),对1958-2005年工程建设影响前、2006-2016年工程建设影响后2个阶段的33个单项水文指标及改变度进行对比分析;基于6种Budyko假设公式,量化分析气候变化和人类活动对径流改变的贡献率。结果显示:8项单项水文指标达到67%以上的高度改变,整体径流情势改变度达到61.72%;气候变化和人类活动对径流变化的贡献率平均值分别为41.79%和58.21%。人类活动是影响"引黄入冀补淀工程"引黄口重点断面径流情势变化的主要因素。

土地利用变化对横排头流域蒸散发的影响研究

研究土地利用变化对横排头流域蒸散发的影响。以1980,1990,2000年土地利用专题地图和横排头流域1980-2009年30a资料,通过GIS技术与Matlab相结合的手段,首先检验了基于Budyko假设的傅抱璞公式在研究流域的适用性,而后应用它分析研究了土地利用变化时的蒸散发规律。研究表明:不同土地利用的傅抱璞公式的v从大到小依次为耕地>未使用地>林地>城镇>草地;研究流域砍林使得多年平均实际蒸散发平均增加193mm,而造林使得多年平均实际蒸散发变化平均减少290mm。