渭河上游径流变化特征及归因研究

分析渭河上游降水量、径流量的变化趋势和径流量的突变点,定量计算气候变化和人类活动对径流量变化的贡献,揭示渭河上游径流变化原因,为渭河流域水资源管理及开发利用提供依据。基于1961-2015年降水和径流数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验和双累积曲线等方法分析渭河上游降水和径流演变规律。结果表明:渭河上游降水及径流的年际变化趋势均呈下降趋势,径流突变点为1970、1987、1990和1993年,根据突变点确定渭河上游径流基准期为1961-1969年;通过双累积曲线法的定量分析结果表明:人类活动是渭河上游径流减少的主要影响因素。总体上,近年来人类活动对径流的影响呈现增加趋势,2010-2015年间人类活动对径流影响的贡献率高达98. 32%。气候变化对径流变化有一定影响,尤其是,1990-1999年间气候变化对径流量影响占到22.52%。统计资料表明:在这段时间内,渭河流域发生多次极端干旱事件,导致渭河上游降水量骤减,使得气候变化对渭河上游径流变化的贡献增加。     

基于数据驱动的陕北风沙区秃尾河流域径流变化归因

径流变化归因分析的重点在于能否准确模拟流域天然径流过程,然而目前黄土高原干旱半干旱地区水文模型的应用精度普遍不高。以黄河中游陕北风沙区秃尾河流域为例,基于数据驱动途径,提出改进型天然径流模拟方法,定量分析气候变化和人类活动对秃尾河流域径流变化的影响。结果表明：(1)1961—2015年秃尾河流域年径流系列呈显著下降趋势,存在1979和1996年2个突变点,2个影响期(1980—1996年和1997—2015年)的年径流量分别比天然期(1961—1979年)减少25.8%和47.1%;(2)改进后3种数据驱动方法的径流模拟精度均显著提高,其中改进赵文林法精度最高,天然期年径流量模拟的Nash-Sutcliffe效率系数为0.77;(3)气候变化是1980—1996年间径流显著减少的主要原因(贡献率为80.9%),但1997—2015年间气候变化与人类活动对径流减少的影响贡献发生逆转,人类活动影响比例增大至58.8%。     

气候变化和人类活动对白河流域径流变化影响的定量研究

分析气候变化和人类活动对白河流域径流变化的贡献率,可为流域水资源规划与管理提供依据。以白河流域作为研究对象,首先采用线性趋势法、滑动平均法分析水文气象要素的年际变化趋势,其次采用Mann-Kendall检验、有序聚类检验和滑动t检验探究年径流量的突变年份,最后采用基于Budyko假设的水量平衡法评估气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明:白河流域年径流量呈下降趋势,2008-2017年平均径流量仅为1960-1969年平均径流量的36.5%;年径流量在1979年发生突变,在1986年以后呈显著下降趋势;与基准期相比,变化期流域的干旱指数在增加,2001-2017年流域的干旱更为明显;人类活动是白河流域径流变化的主要原因,1980-2000年、2001-2017年人类活动对径流变化的平均贡献率分别为85.6%、73.6%,说明2000年以后气候变化对径流变化的影响呈上升趋势。     

抚河流域水文要素演变特征与驱动因素分析

气候变化和人类活动导致流域水循环过程发生改变,对水文过程的变化进行检测与归因,能够为流域水资源开发利用、防洪减灾等提供技术支撑。以抚河流域为研究区,利用非参数检验、回归分析等方法,分析了1955—2008年流域降水、径流等水文要素的演变特征与突变节点,定量分析了气候变化和人类活动对径流影响的贡献率。结果表明:近60 a来,抚河流域年均降水量呈弱增加趋势,年径流量呈弱减少趋势;1967年之前,人类活动扰动较小,年径流量相对比较稳定;1968—2002年间,年径流量呈弱上升趋势,该阶段人类活动对径流量的改变占主导作用,贡献率为78.6%;2002年以后,径流量呈减小趋势,该阶段气候变化对径流量的改变占主导作用,贡献率为76%。     

滦河流域近59年径流变化分析研究

滦河是渤海的入海河流之一。采用1953-2011年的长期水文气象资料,利用非参数Mann-kendall检验、pettit检验和累积距平方法,研究滦河流域水文气象变量的变化趋势和特点。研究结果表明,在过去的59年里,年平均径流量和季节平均径流量均呈明显的下降趋势;月平均径流量在1,2和5月份呈上升趋势,而在其他季节则呈下降趋势;径流的突变点发生在1964、1984和1998年。基准期或自然期(1953-1964年)的高径流量(Q_5)、低径流量(Q_(95))和中径流量(Q_(50))高于两次人类活动影响的时期(1965-1984和1999-2011年)。人类活动对径流变化的贡献率为56. 6%,远远大于气候变化的贡献率为43. 4%,因此人类活动是影响滦河流域径流变化的主要因素。     

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。     

抚河临水流域径流量变化及其对降雨的响应

利用抚河临水流域1979—2008年降水和径流数据,采用累积距平法、M-K非参数检验、小波分析以及累积量斜率变化率法,分析了临水流域径流量变化特征及趋势,并定量分析降水和人类活动对临水流域径流变化的影响程度。结果表明临水流域径流量年内变化为单峰型曲线,径流量的季节差异较大;年径流量呈下降趋势,但变化趋势都不明显;径流量变化的突变年份为1984年和2002年;年径流量存在7 a和14 a周期变化,其中14 a周期振荡最显著;相对于基准期AR(1979—1984),BR(1984—2002)和CR(2003—2008)时期降雨对径流的降水变化对径流变化的贡献率分别为75.5%和59.92%,贡献率均在59%以上,说明降雨是导致临水流域年径流量减少的主导因素。随着社会经济的发展,人类活动对径流变化的影响也逐渐显现出来。     

近60年黄泽江流域降雨径流变化趋势及突变分析

基于黄泽水文站及流域内5个雨量站1958—2017年降雨、径流实测资料,采用5 a滑动平均法、Mann-Kendall检验法研究分析60 a来黄泽江降雨、径流的变化趋势,同时利用滑动t检验、Yamamoto法和Pettitt检验等方法对年径流序列的突变点进行验证,结合弹性系数法定量分析气候变化和人类活动对径流变化的贡献率,探究径流变化的可能原因。结果表明:研究时段内黄泽江流域年平均降雨量变化总体呈上升趋势但不显著,从年代际来看,20世纪60年代较常年偏少,21世纪10年代较常年偏多;年径流量整体呈下降趋势,整个研究期呈现丰、枯交替变化规律,确定1963、2008、2009年为径流变化的突变年; 1963—2007年人类活动对径流量减少的贡献率为86.87%;2008—2017年人类活动对径流量减少的贡献率为108.91%,说明人类活动是流域径流变化的主要驱动因素。     

气候变化与人类活动影响下大清河流域上游河流径流响应研究

河北雄安新区的设立,引起了各界对雄安新区所在的大清河流域的广泛关注,特别是其水资源的变化特征与影响因素是了解雄安新区水资源情势的重要参考。研究解析了人类活动和气候变化对大清河流域上游径流过程的相对影响,采用SWAT模型模拟了大清河流域上游径流过程,并结合弹性系数法验证比对,分离了人类活动与气候变化对大清河流域上游径流过程的贡献率。结果表明,1981-2015年,大清河流域上游山区倒马关站及紫荆关站径流量均呈减少趋势,倒马关站及紫荆关站年径流量递减速率分别为0.10m3/s及0.07m3/s。人类活动为影响径流的主导因子,其贡献率为53.4%～60.8%;气候变化较人类活动影响径流稍小,其贡献率为39.2%～46.6%。研究结果可为支撑未来雄安新区建设区域水资源规划和管理提供依据。     

气候变化和人类活动对汉江上游径流变化影响的定量研究

以汉江上游为例,基于弹性系数法和水文模拟法定量估算气候变化和人类活动对流域径流的影响,探讨了变化环境下流域径流对气候变化和人类活动的响应特征。研究结果表明:1961年-2013年汉江上游流域径流呈明显下降趋势,并在1985年前后发生了突变;降水及潜在蒸散发在同时期内也逐渐降低,但变化趋势不显著。气候变化对径流变化的贡献率为42.8%~43.5%,人类活动对径流变化的贡献率为56.5%~57.2%,相比人类活动对汉江上游径流的影响稍大,且其对径流变化的影响呈现增长的趋势。     

1961-2012年蒸水流域径流演变规律研究

利用湘江一级支流蒸水流域控制站神山头水文站近50 a的径流量实测数据和流域内及邻近的7个气象站同期日降水观测数据,应用Mann-Kendall趋势检验和突变分析、距平累积曲线、双累积曲线等方法分析了1961—2012年蒸水流域径流量和降水量变化的趋势性及阶段性,定量评价了降水和人类活动对流域径流量变化的影响程度。结果表明:蒸水流域径流量和降水量变化阶段性明显,都经历了枯水期和丰水期2个时期;年径流量和年降水量整体呈上升趋势,但径流量上升趋势较降水量更为显著,径流量的突变年份为1988年,降水量的突变年份为1991年,突变年份之后在降水和人类活动的共同影响下径流量明显增大,人类活动对径流量增大的贡献率为75.74%,降水对径流量增大的贡献率为24.26%。目前人类活动是蒸水流域径流变化的主要影响因素,人类可以通过合理的活动在一定程度上调节径流量。     

气候变化和人类活动对玛纳斯河流域径流及干旱的影响

基于1956—2020年玛纳斯河流域逐月降水和径流资料,运用Mann-Kendall非参数检验法、双累积曲线法和标准化径流指数(standardized runoff index, SRI)揭示了流域径流量的年际变化趋势,定量描述了气候变化和人类活动对流域径流变化的贡献比例,同时探究了气候变化和人类活动影响下流域季节尺度的干旱变化特征。结果表明：(1)玛纳斯河流域年径流量呈上升趋势,并在1995年发生了显著性突变;(2)气候变化是导致玛纳斯河流域径流量增加的主要因素,气候变化和人类活动对流域径流量增加的贡献率分别为56.73%、43.37%;(3)从季节尺度上看,相较于受气候变化的影响,人类活动降低了流域干旱事件发生的频率,改善了流域冬季的干旱状况,但同时春季农田灌溉需要消耗大量的水资源,使得流域春季呈现出干旱化趋势。     

基于新安江模型的老挝南俄河流域径流变化贡献率分析

为分析20世纪60年代以来气候变化和人类活动对老挝南俄河流域径流变化的贡献率,基于流域内地面站点实测降水数据,对广泛应用于湄公河流域的APHRODITE和MSWEP两种卫星降水产品日降水数据进行了偏差校正,采用经校正的基准期卫星日降水和白冠洪、欣赫普两站点实测日径流资料构建了新安江模型,模拟还原了流域水库影响期的天然日径流过程,定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：南俄河流域年径流总体呈下降趋势;白冠洪站两个水库影响期气候变化对径流变化的贡献率分别为-429%和-399%,欣赫普站水库影响期气候变化对径流变化的贡献率为-380%,而对应的人类活动贡献率分别为529%、499%和480%,人类活动是流域径流变化的主要原因;以水库运行为主的人类活动对径流年内分配影响显著,丰水期人类活动影响量的绝对值超过气候变化影响量绝对值的2倍。     

淮河流域中上游径流变化归因分析

为了研究与量化人类活动、下垫面和气候变化等影响因素对淮河径流变化的贡献率,以淮河流域中上游(蚌埠站以上)为研究区域,采用M-K检验、滑动t检验、R/S分析法,分析1958—2018年的降水和潜在蒸发序列及1958—2016年的径流序列的变化趋势,确定径流序列的突变点,并采用土地利用转移矩阵分析土地利用变化及其对径流变化的影响。基于Budyko水热耦合平衡理论,计算降水、潜在蒸发和下垫面参数的弹性系数,定量分析气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。研究结果表明:蚌埠站径流序列在1990年发生突变,变化期多年平均径流深比基准期减少了20.9 mm,草地面积也在1990年出现大幅下降,占比更大的林地、水域面积对应的径流量表现为下降趋势。基准期和变化期降水、潜在蒸发、下垫面参数的弹性系数分别为2.11、-1.10、-1.10和2.36、-1.36、-1.07。在导致径流变化的各因素中,气候变化、下垫面变化、人类活动的贡献率分别为37.13%、-53.53%、-9.34%,其中下垫面变化是导致径流减少的主要原因。     

北洛河流域分期径流变异诊断及成因分析

采用Mann-Kendall变异诊断法和有序聚类法,诊断了北洛河流域枯汛交替期、汛期、汛枯交替期、枯期等分期径流系列变异点并划分了变异等级,采用基于SIMHYD模型的径流还原方法,计算并区分气候变化和人类活动对分期径流变异的贡献率。结果表明:各分期径流变异等级从0级无变异到4级较强变异,排除0级的无变异点,各时期均发生了变异;径流变异程度与径流量有关,径流量较大时期(汛期、汛枯交替期)的变异等级低,径流量小的时期(枯汛交替期、枯期)变异等级高,径流量最小的枯期为4级较强变异;人类活动对枯汛交替期径流变异的贡献率较大,人类活动是主要驱动力;其余3个时期气候变化的贡献率较大,气候变化是主要驱动力。     

气候变化及人类活动对地表径流影响的贡献分析

地表径流是陆地水循环系统中最重要组成部分之一,流域内的气候变化及人类活动均会引起地表径流水文特征的变化。一般情况下,地表径流是由气候变化和人类活动两者共同作用的结果,以辽宁省碧流河流域为研究样本,通过模拟径流量与实测径流量的变化比较,得出碧流河流域年径流量的变化规律。利用碧流河流域的实测降雨量系列值来分别分析人类活动及气候条件变化对地表径流的影响,进而分别得到人类活动及气候变化对地表径流的贡献量和贡献率。     

气候变化及人类活动对东江流域径流影响的贡献分解研究

基于东江流域两期(1980年和2000年)土地利用现状图和主要水文气象站1956—2009年气象和径流时间序列,选择土地利用变化程度从小到大的3个子流域,建立了气候变化及人类活动对流域径流影响的贡献分解方法,运用改进的SCS月模型进行径流模拟,以揭示气候变化及人类活动对流域径流量的影响。结果表明:(1)东江流域在1980—2000年期间,土地利用发生了显著变化,具体表现在1980年和2000年的两期CN等值线的空间分布特征上;(2)SCS月模型于东江3个子流域径流模拟均能满足一定精度要求,各子流域土地利用变化越显著,则径流改变量越大;(3)相对于基准期(1970—1978年),1980—2000年各子流域径流量的改变表现为不同程度的增加或减少;不同子流域土地利用及气候变化对径流的改变作用各不相同,均分别起到增加和减少径流作用;总体而言,各子流域中气候变化和人类活动对径流影响的分量基本相当,岳城、顺天和蓝塘3个子流域土地利用变化对径流影响的贡献率分别为19.54%、24.11%和29.94%。     

气候变化和人类活动对南盘江上游径流的定量影响

根据南盘江干流控制站江边街水文站和区间20个降水代表站1956—2016年径流和降水资料,分析降水和径流变化特点和径流系列的突变点。根据径流变化趋势特点,将系列划分为1956—1973年、1974—2001年和2002—2016年3个分析期,并以1956—1973年为本底基准期,应用分离评判法,定量分析气候变化和人类活动对南盘江流域径流变化的贡献率。结果表明:①降水是径流的主要来源,多年平均产水系数为0. 24;江边街水文站以上流域降水为不显著减少趋势,而径流呈显著减少趋势;②1974—2001年分析期,气候变化和人类活动对径流变化的贡献率分别为65. 9%和34. 1%,2002—2016年分析期分别为82. 8%和17. 2%,气候变化仍然是影响径流变化的主要因素;③1974—2001年和2002—2016年分析期,径流的年内分配影响主要表现在月径流的均匀化和峰值的坦化现象上,人类活动是月径流影响的主要影响因素。由此可见,气候变化仍然是影响径流变化的主要因素,但人类活动对径流的影响程度有明显的增加趋势。     

基于分位数回归的赣江章水流域径流特征研究

以赣江章水流域为研究区,基于流域卡口站坝上水文站1953—2018年实测径流、降雨资料,采用分位数回归和Mann-Kendall检验等分析方法从年、季、月等不同时间尺度分析了径流时间变化的特征,并利用累积量斜率变化率比较法揭示了气候变化与人类活动对流域年径流量的影响程度。结果表明：(1)流域多年径流在传统趋势检验时无显著变化趋势,但在0.2低分位显著上升;(2)径流年内分配不均,春、夏径流量占年径流总量的70.04%,传统趋势检验时仅冬季径流显著上升,分位数回归时夏、秋两季小径流也呈显著上升趋势;(3)月径流呈“丰减枯增”的变化特征;(4)月降雨、径流序列在分布尾端响应关系不明显,以1953—1972年为基准期,1973—2002年期间气候变化和人类活动对章水流域径流量变化的贡献率分别为22.58%和77.42%,2003—2018年期间的贡献率分别为63.38%和36.62%,人类活动是章水流域年径流量变化的主导因素。研究结果可为流域水资源年内、年际调度及合理、高效开发利用提供科学依据。     

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：(1) 1953～2020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。