基于Budyko假设的洛河流域径流变化归因分析

为探究洛河流域径流演变的主要驱动因子,基于1961—2020年水文、气象和下垫面资料,分析洛河流域水文气象要素变化特征;应用基于Budyko假设的互补法,定量分析了降水、潜在蒸散发和人类活动导致的下垫面改变对径流变化的影响程度,阐明了洛河流域上、中、下游不同地区径流变化的主要影响因素。结果表明:(1)1961—2020年,洛河流域径流呈显著减少趋势,突变年份为1986年;降水与潜在蒸散发减少趋势不明显,气温显著增加;1980年后流域植被覆盖度呈增加趋势,土地利用类型也有不同程度的变化。(2)降水与潜在蒸散发变化对洛河流域径流减少的贡献率分别为25.4%和-13.9%,下垫面变化对径流减少的贡献率为88.5%。(3)空间上,植被变化是导致流域中上游地区径流减少的关键因素,水利工程建设和土地利用类型改变是导致下游地区径流减少的关键因素。研究成果可为认识洛河流域径流变化以及水资源开发利用提供参考。

基于Budyko假设的瀑河上游年均径流深变化归因分析

近年来京津冀水资源短缺对生态环境有着重要的影响,为量化区分气候变化和人类活动对水资源的影响,针对京津冀水源涵养区北部山区典型小流域瀑河上游开展径流深变化归因分析。利用瀑河上游1981—2020年降水、蒸发和径流等资料,采用曼-肯德尔法(Mann-Kendall method,M-K法)检验确定1981—2006年为基准期、2007—2020年为变化期。分析发现,与基准期相比,变化期年均径流深减少了46.47 mm,约占基准期径流深总量的77.10%。利用重标度极差分析法(Rescaled Range Analysis,R/S法),推断瀑河上游未来年均径流深与1981—2020年间年均径流深的变化趋势相反,即呈现相对平稳的增加趋势。基于Budyko假设原理,定量地评价了气候变化(降水量和潜在蒸散发)和人类活动对该区年径流深的影响程度,气候变化对径流影响贡献率为40.30%,人类活动影响的贡献率为59.71%。人类活动对径流的影响主要通过土地利用类型的改变,研究区共有30.28%的土地发生了相互转化,其中乔木林地2020年较1985年增加了67.61%,极大程度增加了研究区的水源涵养能力,同时植被覆盖度的增加也一定程度上降低了潜在蒸散发。研究可增进对京津冀北部山丘区水文水资源的认识,为京津冀水源涵养功能驱动因素筛选提供一定的参考。

基于Budyko假设的秦岭南麓丹江源径流量变化归因识别

为了明确丹江源径流量变化的主要影响因素,利用Budyko假设的弹性系数法分析了丹江源1974—2020年降水量和径流量要素的变化趋势,对影响径流量变化要素的贡献进行了定量评估。结果显示,丹江源区降水量呈微弱增加趋势,潜在蒸散发量与径流量呈下降趋势,其中潜在蒸散发量下降趋势显著(P<0.05)。以突变年份1989年将研究期划分为基准期(1974—1988年)和变化期(1989—2020年),基准期和变化期降水量、潜在蒸散发量、下垫面参数的弹性系数平均值分别为1.93、-0.93、-1.37和2.43、-1.43、-1.26,丹江源区径流量对降水量最为敏感。1974—1988年基准期内,潜在蒸散发量对径流量变化的贡献率为54.76%,1989—2020年潜在蒸散发量贡献率增加为68.54%,潜在蒸散发量为丹江源区径流量变化的主要影响因素,且影响程度在增加,而下垫面对径流量的影响最小。

基于Budyko假设的布哈河流域径流变化归因分析

以布哈河流域为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法和Pettitt检验法分析各水文气象要素的趋势变化并识别其突变特征,基于Budyko假设的水热耦合平衡Choudhury-Yang公式,分析量化不同因素对流域径流变化的贡献。结果表明:1958—2016年研究区年径流深呈显著增加趋势,增加速率为0.536 mm/a;通过突变检验识别在2001年存在突变点,据此径流序列划分为基准期(1958—2001年)和变化期(2002—2018年);与基准期相比,变化期径流增加了32.7 mm,其主要影响因素为气候变化,贡献率为86.27%,气候变化中降水量变化的贡献率占97.12%,潜在蒸散发量变化起到负贡献作用,贡献率为−10.85%,而下垫面变化的贡献率为13.73%。可知,降水量的变化是影响布哈河流域径流增加的主要因素。

基于Budyko假设的沂河流域径流变化归因识别

气候变化和人类活动是导致径流变化的主要原因,因此计算气候变化和人类活动对沂河流域径流变化的贡献率可为缓解沂河流域水资源紧张提供一定的参考依据。以山东省沂河流域为研究对象,基于1960—2016年的气温、风速、降水和流量等水文气象数据,首先采用Mann-Kendall、有序聚类分析法和累积平距法分析降水量及径流量的变化趋势及突变点,最后采用Budyko水热耦合平衡方程,定量计算了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:1960—2016年沂河流域年径流深呈现显著减小趋势,且在1975年和2003年发生突变,因此将径流序列分为1960—1975年(基准期),1976—2003年(变化期Ⅰ)和2004—2016年(变化期Ⅱ)3个阶段。基于Budyko水热耦合平衡方程计算变化期Ⅰ和变化期Ⅱ中降水、潜在蒸散发和下垫面对径流变化的贡献率,发现导致沂河流域变化期Ⅰ径流减少的主要原因是下垫面条件和降水的改变,贡献率分别为51.42%,49.43%,潜在蒸散发的减少导致径流增加,贡献率为-0.85%;导致变化期Ⅱ径流减少的最主要原因是下垫面条件的改变,占73.11%,其次是降水,贡献率为42.53%,潜在蒸散发的减少导致径流量增加,占比为-15.64%。综上,沂河流域径流变化是人类活动和气候变化共同作用的结果,随着经济社会发展,下垫面条件改变对径流变化的影响越来越大。

基于Budyko假设的水沙变化归因分析——以安塞纸坊沟小流域为例

[目的]探究小流域径流泥沙变化机制,提升和优化治理方案,实现黄土高原生态高质量可持续发展。[方法]以安塞纸坊沟小流域为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法和Pettitt突变检验对流域的降雨、径流和输沙量等进行了趋势分析和突变点判断,并使用弹性系数法对径流和泥沙变化归因进行了分析,识别出气候变化和人类活动对径流和输沙量影响的贡献率。[结果](1)径流和输沙量都呈现出下降趋势,其中径流下降趋势不显著,而输沙量下降趋势极显著;(2)径流变化对于降雨最为敏感,退耕还林以来,人类活动对于径流变化的贡献率随着时间变化占主导地位;(3)人类活动对于输沙量的影响程度也随时间逐渐增大,最终贡献率趋于96%。[结论]以退耕还林等措施为主导的人类活动,在黄土高原水土流失治理中取得显著成效。

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假设的乌伦古河源区径流变化特征及归因识别

揭示流域径流演变特征及定量识别驱动因素贡献率对流域水资源适应性管理和水安全保障至关重要。基于乌伦古河源区二台水文站1960~2015年实测逐月径流序列及同期气象和人类水土资源开发利用影像数据,采用滑动移除小波分析法、Mann-Kendall趋势检验法、滑动t检验法等方法分析水文气象要素序列演变趋势及突变特征,基于Budyko假设的弹性系数法定量识别气候变化与人类活动对研究区径流变化的贡献率。结果表明,乌伦古河源区径流序列呈不显著上升趋势,降水序列呈显著上升趋势,潜在蒸散发序列呈显著下降趋势;径流序列于1995年发生突变,相较于基准期1960~1994年,变化期1995~2015年径流对降水、潜在蒸散发及下垫面特征参数的敏感性系数分别增加了8.8%、25.0%、7.8%;降水与潜在蒸散发、下垫面特征参数变化对径流变化的贡献率分别为39.2%、7.0%、53.8%,研究区径流变化由人类活动与气候要素共同驱动,人类活动为主要驱动因素。

基于Budyko假设预测长江流域未来径流量变化

基于Budyko水热耦合平衡假设,推导了年径流变化的计算公式,分析了长江流域多年平均潜在蒸发量、降水量、干旱指数和敏感性参数的空间变化规律。选用BCC-CSM1-1全球气候模式和RCP4.5排放情景,把未来气候要素预估值与LS-SVM统计降尺度方法相耦合,预测长江流域未来的气温、降水和径流变化情况。采用乌江和汉江流域的长期径流观测资料,分析验证了基于Budyko公式计算年径流变化的可靠性。结果表明:降水量变化是影响径流量变化的主导因素;长江各子流域未来径流相对变化增减不一,最大变幅10%左右;在未来2020s(2010—2039年)、2050s(2040—2069年)和2080s(2070—2099年)3个时期内,长江南北两岸流域的径流将出现"南减北增"现象,北岸径流变化增幅逐渐升高,南岸径流变化减幅逐渐降低。

基于Budyko假设的黄河流域水热耦合平衡规律研究

本文通过对黄河流域内63个子流域的年降水、径流深及实际蒸散发和蒸发能力的分析,证实了基于Budyko假设的流域水热耦合平衡关系是成立的。根据各子流域的长期水量平衡结果拟合并检验了水热耦合平衡模型中的唯一参数,结果显示,该参数具有显著的区域分布规律,黄土高原区平均为3.22,青藏高原区平均为2.27。同时,研究结果表明,模型参数综合反映了流域的下垫面条件,并提出了根据流域相对入渗能力、相对植被-土壤有效蓄水能力和流域平均坡度估算模型参数的经验公式。

基于Budyko假设的环境变化对流域径流影响的界定

受气候变化和人类活动的共同影响,流域环境的变化导致流域径流发生了很大的变化,对流域水资源管理提出了新的挑战。区分和界定气候变化与人类活动对流域径流的影响,对减缓和适应环境变化的有关措施和行动具有重要的科学支撑价值,也是流域水资源可持续管理中亟待解决的关键问题之一。目前基于水文模型的划分方法在年以上尺度的分析中存在均化效应和附加误差,且由于参数较多相对比较复杂,存在的不确定性因素较多。本研究基于Budyko假设理论建立一种区分气候变化和人类活动对流域径流影响的界定方法,并选取黄土高原三川河流域进行应用分析,通过与VIC模型分析结果比较研究表明,对于年以上尺度径流变化分析,该研究中建立的方法具有较好的适用性。由于气候变化和人类活动对流域径流的影响缺乏真值,该方法丰富了这一问题的研究理论,增进了对该区域环境变化影响的认识。

基于傅抱璞公式的Budyko假说在月尺度上推导及其应用

在Budyko假设的基础上,充分考虑土壤蓄水量的影响,利用量纲分析和数学推导,构造出基于傅抱璞公式的Budyko假设模型的蒸散发计算公式,并且运用改进前后的模型模拟京杭大运河后营水文站流域蒸散发过程,拟合了模型中的参数。验证结果表明:改进后的Budyko水热耦合模型模拟精度更高,可以用来预测实际蒸散发值;该模型具有一定的适用性,值得推广。

基于Budyko假设的汉江流域径流变化归因

利用1964—2015年汉江流域气温、降雨和径流等资料,采用线性倾向估计与滑动平均法分析白河和沙洋站水文气象要素的变化趋势,通过Mann-Kendall检验和Pettitt检验确定2个站径流序列的突变年份,基于Budyko水热耦合平衡理论,计算径流量对各影响因子的弹性系数,并采用互补关系法进行归因分析。结果表明:白河与沙洋站年径流量均呈现下降趋势,变化速率分别为-2.797mm/a和-1.875mm/a,并在1991年发生突变;白河与沙洋站变化期(1992—2015年)径流对降雨、潜在蒸散发和下垫面的弹性系数分别为1.79、-0.79、-0.64和2.07、-1.07、-0.71,表明2个站的径流量均对降雨最为敏感,对下垫面最不敏感;下垫面变化是汉江流域径流量减少的主要因素,其对白河、沙洋站径流量变化的贡献量分别为74.67%、76.37%;变化期的NDVI较基准期整体增加,植被变化是导致汉江流域径流量整体下降的重要原因。

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Budyko假设的黄河源区径流变化归因识别

黄河源区是黄河水塔,其径流量变化的归因分析对黄河流域水资源开发利用至关重要。采用基于Budyko假设的弹性系数法量化气候因素和其他环境驱动因素对黄河源区河川径流量变化的影响。研究结果表明:1965-2013年黄河源区年降水增加,年潜在蒸散发减少,变化趋势均不显著,同时期的年径流序列呈现不显著减少趋势。在1989年实测径流序列存在突变现象,1990-1999年气候因素对径流减少的贡献率约为39%~45%,其他环境驱动因素的贡献率约为55%~61%;2000-2013年气候因素使径流量增加,其他环境驱动因素是径流量减少的主要原因。流域1980-2010年时期土地利用类型和覆盖无显著变化,研究区域冰川退缩、冻土层持续下移等其他环境驱动因素是造成黄河源区径流量减少的主要原因。

基于Budyko假设的赣江流域径流变化归因识别

利用赣江流域1953—2017年的水文气象数据,采用非参数Mann-Kendall检验和滑动t检验等方法分析研究区水文气象要素变化特征,并基于Budyko假设理论,应用弹性系数法进行影响要素的敏感性分析,定量评估各要素对赣江流域径流变化的影响程度。结果表明:①1953—2017年赣江流域径流量及降水量呈现不显著增加趋势,潜在蒸散发呈显著下降趋势;②径流变化与降水成正相关,与下垫面特征参数和潜在蒸散发量成负相关,赣江流域径流对降水的变化最为敏感;③气候变化对赣江流域径流增加产生正效应,是影响径流变化的主导因素,贡献率为73.7%~104.9%,人类活动影响次之,占-4.9%~27.0%。人类活动对上中游的径流影响较为显著,赣江上游的生态建设工程及中游水利工程建设工程的实施,改变了流域下垫面条件,进而影响河川径流。

Budyko假设对松花江流域实际蒸散发的模拟研究

基于Budyko假设,考虑土壤水蓄变量因子,改进流域水热耦合平衡方程,验证了Budyko假设在松花江流域的适应性,分析了松花江流域实际蒸散发(ET_a)的时空变化特征及其驱动机制。主要结论如下:(1)以1995～2006年作为模型参数率定期,2007～2012年作为模型检验期,用P-ΔS代表陆面蒸散发的水分供应条件,结果表明,增加土壤水蓄变量因子,提高了模型对实际蒸散发的模拟精度。(2)在α=0.1的显著性水平下,1995～2012年各汇水区ET_a均没有趋势性变化;ET_a在空间上由西向东逐渐增加,存在明显的地带性。(3)降水对ET_a的贡献量空间变化与潜在蒸散发、降水、土壤水蓄变量对ET_a总贡献量空间变化一致,表明松花江流域的水分条件是影响实际蒸散发的主导因素。

基于Budyko假设的鄱阳湖抚河流域径流变化归因分析

气候变化和人类活动是河川径流变化的主要影响因素,以抚河流域为研究区,采用Mann-Kendal检验和双累积曲线分析研究区1961—2010年气象水文要素的变化特征,基于Budyko假设,评价气候变化和人类活动对抚河流域径流变化的贡献率.结果表明:①1961—2010年抚河流域径流量整体呈下降趋势,年均径流深为763.4mm,降水量年际波动较大,整体变化趋势不明显,潜在蒸散量呈显著的下降趋势,下降速率达-5.472mm/a;②抚河流域径流变化可划分基准期(1991—2002年)和人类强干扰期(2003—2010年)为两个阶段,径流变化弹性系数的绝对值由大到小依次是εP(降水)>εET0(潜在蒸散)>εw(下垫面指数),从1961—2010年这50年中,流域径流对气候的敏感性减弱,对下垫面的敏感性增强;③从参考期到人类强干扰期,抚河流域土地利用方式的转变以及水库、大坝等水利工程设施的修建所导致的下垫面变化是径流减少的主要原因,而气候要素降水量的贡献次之,潜在蒸散量的贡献最小.

基于Budyko假设和微分方程的淮河上中游径流变化归因分析

为探究淮河上中游流域气候变化和人类活动对不同时间尺度径流特征的影响,采用包括高流量、平均流量和低流量在内的7个流量指标表征径流变化特征,运用Mann-Kendall趋势检验、滑动T检验识别各流量指标的突变年份,并利用推导出的流量指标变化微分方程改进原有的基于Budyko假设的方法,从而定量识别气候变化与人类活动对径流变化的贡献率,并构建了土地利用转移矩阵分析人类活动对径流特征变化的驱动机制。结果表明:淮河上中游大部分径流特征在突变年份后呈现下降趋势,其中平均流量特征最为明显,下降幅度为2.25%~44.25%;高流量指标、汛期径流深与气候指标的相关性最高,相关系数为0.859~0.987,低流量指标和非汛期径流深的相关性较低;气候变化和人类活动使得大部分径流特征呈下降趋势,其中人类活动为主导因素,其在息县、王家坝、鲁台子和蚌埠站的贡献率范围分别为87.55%~98.46%、80.91%~88.50%、80.42%~92.42%和83.23%~99.99%。

基于Budyko假设的岷江流域实际蒸散模拟研究

基于Budyko假设,采用傅抱璞模型对1980—2010年岷江流域实际蒸散进行模拟,将Mann-Kendall检验法、Pettitt突变检测法、反距离权重插值法用于分析实际蒸散的时空变化特征,以灵敏度及Pearson相关系数为指标分析了岷江流域实际蒸散的主要影响因子。结果表明,基于Budyko假设的傅抱璞模型对岷江流域实际蒸散的模拟效果较好。岷江流域多年平均实际蒸散在空间上呈自东南向西北逐渐减少的分布特征;在研究时段内,流域的多年平均实际蒸散呈显著下降趋势(通过99%置信度检验),并于1991年发生显著性突变(通过90%置信度检验)。岷江流域实际蒸散的变化是多种因素共同影响的结果,其中降雨是主要的气候影响因素。