基于PCA-RF的抚河下游生态最相关水文指标优选及演变分析

水文改变指标(IHA)能够较为全面的描述河流水文情势,但数量众多的指标之间存在一定的信息重叠问题,限制了其在水文与水生态领域的广泛应用。基于抚河下游李家渡水文站1953~2018年逐日径流数据,采用主成分分析法(PCA)初选出生态最相关指标(ERHIs),结合不同标签下指标的随机森林(RF)重要性评分,进一步优选出最为关键的ERHIs,并对其演变情况及影响因素进行了重点分析。抚河下游水文气象变异点为1962、1984和2002年,据此将研究期划分为基准期和影响期Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ;基于PCA法初选出了8个ERHIs,并利用RF重要性评分对其进一步优选出最小30日平均流量、1月平均流量、4月平均流量3个关键ERHIs;在3个影响期内,抚河下游关键ERHIs的整体水文改变度分别为31%、24%和50%;其中,最小30日平均流量在各影响期均呈现中高度改变,并在影响期Ⅰ和影响期Ⅲ内分别经历两次下降,这可能与流域内水利工程项目的数量和规模不断扩大有关;在80年代洪门水库建设运行后,汛期内的4月平均流量得到有效削减,而枯水期内的1月平均流量则有小幅提升;21世纪后,受气候变化以及城镇化进程影响,抚河下游关键ERHIs呈下降趋势。经过PCA-RF筛选后,抚河下游IHA体系得到了极大地简化,有助于把握其中的关键指标,对流域生态修复及水资源优化配置工作具有重要参考价值和借鉴意义。