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%。     

北洛河流域径流变化特征分析

整理统计北洛河流域1961年～2015年降水和径流数据,采用Mann-Kendall非参数检验方法和双累积曲线法,计算确定流域径流量突变时间节点、基准期年、气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率,分析探讨北洛河流域径流变化特征及归因。结果表明,流域年降水量和最大年径流量的最大值出现年份均为1964年,径流量突变点为1970年、1998年,基准期年为1961年～1969年。人类活动是导致北洛河流域径流减少的主要因素,气候变化为次要因素,1961年～2015年间人类活动对径流量的影响程度是气候变化的6倍。近年来人类活动加大了对径流变化的影响,在2003年～2015年间人类活动对径流变化的贡献率高达96.53%。研究结果可为区域水资源开发利用提供依据。     

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。     

干旱区河川径流变化及归因分析

河川径流变化是气候变化和人类活动作用的结果,也是流域水资源开发利用及治理保护的重要依据。基于干旱区某河流径流量(1954~2010年)资料,采用MK-P法和Pettitt法进行突变年识别及归因分析;并借助SCRAQ法估算降水、潜在蒸发和人类活动对径流的影响。结果表明:研究区径流量呈显著减小趋势,且在1979年和1996年发生两次显著突变。与基准期相比,人类活动强度较低期(1980~1996年)降水、潜在蒸发、人类活动对径流的影响比例分别为29.2%、-3.6%,74.4%;人类活动强度较高期(1997~2010年)所占比例分别为20.6%,-1.5%和80.9%。水土保持和水利工程建设对河川径流突变具有重要影响。     

近50a来窟野河流域水文情势变化研究

对窟野河流域1966—2012年降水量、径流量以及降水—径流量关系的变化趋势进行了分析,通过建立SIMHYD模型,研究了气候变化和人类活动对窟野河流域径流的影响程度。结果表明:近50 a来流域径流量呈显著减少趋势;降水量虽然没有明显变化,但是1999年以后降雨强度减小;1998年后流域产流条件发生了很大变化;近几十年来,人类活动是窟野河流域径流量减少的主要因素。     

气候变化和人类活动对老哈河流域径流的影响

通过趋势及突变检验将径流序列划分为"天然基准期"和"人类活动影响期",依据径流对降水及潜在蒸发的敏感性,定量分析了我国北方老哈河流域气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明:1964年以来,老哈河流域径流呈显著减少趋势,其变化倾向率为-0.47 mm/a;流域径流受气候变化和人类活动双重影响,其中人类活动对径流起减少作用,在20世纪八九十年代及2000—2008年人类活动对径流深的减少量分别为10.9 mm、6.3 mm及17.9 mm;气候变化对径流在80年代和2000—2008年起减少作用,减少量分别为10.0mm和8.5 mm,而90年代气候变化对径流起增加作用,增加量为12.4 mm。     

降水及人类活动对阜平流域径流的影响

为了研究近年来气候变化和人类活动影响条件下的阜平流域径流的演变规律,采用5 a滑动平均法和线性回归法,对阜平流域径流量、变化趋势及影响因素进行了分析,并利用降水径流经验统计模型估算了降水变化和人类活动对流域年径流量的影响程度。结果表明:降水量与径流量有一致性的变化趋势,降水量下降的趋势不明显,而径流量呈显著减少的趋势;1969—1979年、1980—1989年、1990—1999年、2000—2005年,受人类活动影响所减少的年均径流量分别占径流总减少量的21.04%、46.05%、58.30%、54.93%,受降水变化影响所减少的年均径流量分别占径流总减少量的78.96%、53.95%、41.70%、45.07%;随着年代的推移,人类活动对径流的影响逐渐增大,而降水变化的影响逐渐减小,20世纪80年代以后,人类活动导致径流量减少的贡献率要大于降水因素。     

秃尾河流域水沙变化特性分析

为深入了解秃尾河流域水沙的演变特征和变化趋势,利用Kendall和Spearman秩次相关法分析了高家川站1956—2016年年降水量、年径流量、年输沙量的演化趋势;采用小波分析法提取年径流量和年输沙量的振动周期,利用滑动t检验法、有序聚类法和双累积曲线法分析了年径流量和年输沙量序列的突变年份。结果表明:秃尾河流域年降水量没有显著减少变化,年径流量、年输沙量均呈显著递减趋势;年径流量、年输沙量序列呈现以5、14、28 a左右为主的变化周期;年径流量、年输沙量在1979年、1996年发生突变,资料序列均划分为1956—1979年、1980—1996年、1997—2016年3个系列。     

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。     

基于弹性系数法的阿克苏河径流归因分析

为了探究阿克苏河径流对气候变化和人类活动的响应情况,采用Mann-Kendall、Pettit检验法结合距平序列变化分析水文、气象要素的变化趋势和突变情况,基于弹性系数法定量评估气候变化和人类活动对径流变化的贡献率,并探究了冰川积雪消融对径流量的影响。在此基础上,根据突变点检验结果,将历史长序列划分为基线期(1956—1976年)、改变期I (1977—1993年)及改变期II (1994—2018年),定量研究了阿克苏河径流变化的归因。结果表明:(1)阿克苏河流域1956—2018年的年平均降雨和径流呈现出显著的上升趋势,降雪量呈现不显著的上升趋势,而潜在蒸散发呈现出递减趋势;(2)径流变化对降雨和潜在蒸散发变化的敏感性程度自基线期到改变期II呈显著的增加趋势;(3)径流变化对降雨变化的响应更敏感,降雨的增加与潜在蒸散发的减少都会导致流域径流量的增加;变暖引起的积雪与冰川的加速消融都将显著地促进径流量的增加;(4)自1977—2018年,气候变化使径流量增加的影响(59%)明显大于人类活动使径流减少的影响(-41%),气候变化是阿克苏河径流量变化的主导原因。     

气候变化和人类活动对河川径流影响的定量分析

我国许多河流的径流量呈下降的趋势。在这些趋势变化中，如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文和气候变化研究的热点和难点。简要介绍了气候变化和人类活动对河川径流影响定量评价中的关键问题，以黄河中游三川河流域为例，基于对天然径流过程的模拟，采用流域水文模拟途径分析评估了气候变化和人类活动对该流域径流量的影响。     

气候变化和人类活动对潴龙河流域径流量影响的定量评估

采用SWAT模型定量评估气候及人类活动对潴龙河流域径流的影响,在1966-1974年率定并验证了模型,模拟了1975-2015年的天然径流量。研究结果表明,气候变化和人类活动对潴龙河流域径流量的减少均产生了不同程度的影响,与基准期1966-1974年相比,1975-1985,1986-1995,1996-2005和2006-2015年,气候变化对年径流的影响分别为-36. 7,-59. 5,+36. 9和-45. 2mm/年;在1985年以后,人类活动导致径流减小的程度大于气候变化。在该时段内,人类活动对年径流量的影响分别为-32. 9,-46. 8,-67. 8和-54. 9 mm/年。受水利工程调蓄作用的影响,在丰水年,人类活动对年径流量减少的影响贡献更大。     

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。     

基于SWAT模型的气候变化和人类活动对伊洛河径流影响分析

应用SWAT模型,以黄河流域伊洛河为研究对象,通过设置6种HRUs(Hydrological Response Units)划分方案,分析了HRUs数量对SWAT模型参数和模拟性能的影响,并进一步用于伊洛河年径流变化的归因分析。结果表明:SCS径流曲线值(CN2)、土壤有效含水率(SOL_AWC)、深层土壤水渗透系数(RCHRG_DP)和河岸基流α因子(ALPHA_BNK)是伊洛河SWAT径流模拟敏感性高的几个参数。HRUs数量对SWAT模型参数和径流模拟精度影响较小。相对1971—1985年,1986—2015年气候变化和人类活动共同导致了伊洛河流域径流的减少。其中,1986—1995年、1996—2005年、2006—2015年3个时期气候变化对径流变化相对贡献率分别为68.7%、22.5%、83.1%,LUCC外的其他形式的人类活动对径流变化相对贡献率分别为30.9%、76.7%和16.9%,而LUCC的相对贡献不足1%。人类活动能够有效地缓解气候变化对径流的影响,使河道观测径流保持在相对稳定的变化范围。     

不同气候情景下和田河上游径流变化

位于内陆的和田绿洲,其水资源主要来自上游山区,山地径流的变化将直接影响社会经济活动。基于此,对和田河流域上游1980—2015年的降水、温度、径流的变化趋势以及降水、温度对径流的影响进行分析,构建相应的soil and water assessment tool（SWAT）模型,结合气候模式对未来6种气候变化情景下的径流进行预测。结果表明：1980—2015年和田河流域上游年均气温和年降水的变化率分别为0.31 ℃/10 a和16.5 mm/10 a,均呈显著增加趋势,年径流也呈上升趋势;以2009—2011年为基准期,若和田河上游降水量分别增加12.5%、10%和减少10%,则其径流量将分别增加8.19%、6.45%和减少6.23%;若和田上游流域温度分别增加0.3 ℃、1 ℃和2 ℃,则和田河径流量将分别增加1.96%、7.74%和12.99%;预设的6种情景径流量均呈现增加趋势,其中2021—2030年HADG_RCP8.5情景下径流量最小,为51.25亿m3/a;2031—2040年,BCC_RCP4.5情景下径流量最小,为53.06亿m3/a。所得结果可以为当地水资源调配提供理论支撑。     

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。     

秃尾河流域年径流变化特性分析

对流域径流的变化规律进行准确地分析及合理地预测对流域水资源的合理开发、水利工程的建设以及社会经济的发展具有重要的指导意义。利用Mann-Kendall秩次相关检验法和小波分析理论对秃尾河流域的径流变化规律进行分析研究,并建立BP神经网络模型对径流变化进行预测分析。结果表明:秃尾河流域年径流量变化总体上有明显的下降趋势;从小波系数图可以看出年径流过程主要存在2年、8年和19年左右的变化周期,其中19年左右时间尺度为第一主周期,同时发现目前年径流处在枯水期后期,水量有转向增加的趋势;采用BP神经网络法对秃尾河流域高家川站年径流量进行预测,预测结果相对误差仅为5.92%,说明所建立的BP神经网络模型用于该流域的年径流预测得精度较高,是一种有效地年径流预测方法。     

大汶河流域径流对人类活动及气候变化的响应

基于1980—2010年4个时期的土地利用影像资料以及1971—2010年的水文、气象资料,分析了大汶河流域20世纪70年代至今的降雨量和径流量的变化趋势,并分别建立了相关关系,研究了气候变化和人类活动对径流的影响贡献程度。结果表明,近40 a径流变化主要受降雨时空分布的影响,且变化趋势基本一致。但随着人类活动的加剧,土地利用变化对径流的影响逐步增加。1980—1999年气候变化和人类活动对径流的贡献率分别为51.49%和48.51%;2000年突变后气候变化和人类活动对径流的贡献率分别为37.04%和62.96%。近40 a来,径流在降雨量时空变化和土地利用变化等的共同影响下增幅显著,揭示了土地利用对流域洪水形成的影响机制,为防洪减灾事业提供建议和意见。     

变化环境下子牙河流域水文过程影响要素分析

构建添加水库及取用水模块的SWAT模型，在考虑人类活动影响的基础上，分析土地利用类型及气候变化对子牙河流域水文要素的影响，并利用统合还原法计算人类活动及气候变化对研究区的径流变化的贡献率。结果表明：1980—2020年草地、耕地及水域面积呈减少趋势，建设用地呈增加趋势，其他土地利用类型变化趋势不明显；土地利用类型变化使得流域地表产流增加3.5 mm,地下水补给和蒸散发分别减少0.15 mm和2.93 mm; 1980—2020年研究区年降水量呈不显著上升趋势，年气温呈显著上升趋势，气候变化使得流域地表产流、地下水补给及蒸散发有不同程度的增加；人类活动和气候变化对流域径流减少的贡献率分别为66.36%和33.64%,人类活动占据相对主导的地位。     

陕北秃尾河流域水土保持措施径流效益研究

为评价径流变化特别是水土保持措施对陕北秃尾河径流的调节效果,依据已有的研究成果,并结合该流域实测资料,利用成因分割法等方法对秃尾河流域径流的变化情况进行了研究,计算出水土保持措施径流效益。研究结果表明,经以流域为单元的水土保持综合治理,秃尾河流域径流量相对减少,其中水土保持措施的径流效益显著。可为更好地维护陕北地区生态环境、治理黄河中游流域水土流失以及科学合理调配利用水资源提供依据。 