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。     

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。     

流域径流变化驱动力分析与研究——以祖厉河为例

根据祖厉河流域水文站实测资料序列,对流域径流变化影响因子进行分析表明:21世纪初年代径流量平均值与20世纪70年代相比较减少了42.2%,气候变化和人类活动是影响河川径流的主要因素。自20世纪70年代以来,伴随着流域气温的不断升高,流域水文循环条件的改变,年径流量呈现逐年递减趋势,相关分析表明两者之间呈显著负相关关系。同时,流域水利水保工程和跨流域引水提灌工程也是改变流域径流的主要因素,其对径流量的变化影响占到70%以上。     

气候变化和人类活动对东鱼河流域径流影响的探析

20世纪80年代以来,山东东鱼河流域径流出现显著减小趋势,本文运用Mann-Whitney-Pettitt突变点分析法和Mann-Kendall检验法对东鱼河流域降水量和径流量序列突变点进行分析,并通过弹性系数法和水文模拟法对气候变化和人类活动对东鱼河流域径流的影响过程及结果进行探讨。结果表明,人类活动是引起东鱼河流域径流量减小的主要原因。     

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。     

海流兔河基流特征及其对气候变化和人类活动的响应分析

基流是海流兔河流域地表径流的主要组成部分,是流域河流枯水期流量的重要来源,更是维护流域生态环境健康的基本保证。本文采用不同方法对海流兔河流域1957-2011年基流数据进行分析。基于流域水文及气象数据,应用双累积曲线法和SWAT模型分析流域基流对气候变化和人类活动的响应关系。结果表明:流域基流年内分配不均匀,夏季基流分配量普遍较少;基流年际变化整体呈现下降趋势,并分别于1968、1989和2001年发生突变。流域基流对人类活动的响应强于气候变化,人类活动是流域基流变化的主要因素,降雨是次要因素,气温是第3因素。     

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。     

基于Morlet小波分析的弥苴河径流量变化及其影响因素分析

2011年以来,弥苴河流域年径流量连续8年均偏少,弥苴河是洱海最大的主要入湖河流,径流面积和天然径流量占洱海总的40%以上,分析弥苴河年径流量的变化特征对洱海入湖总水量研究具有重要意义。利用1954—2018年流域内炼城水文站的实测流量、降水以及蒸发等监测资料,采用小波分析法研究弥苴河流域径流量周期变化规律及其影响因素分析。结果表明:近65年来弥苴河流域天然年径流量随时间呈减少趋势,平均每10年年径流量减少1 435万m~3;年径流量存在9、14、19、54年左右的周期变化,它们主导着年径流量的丰枯变化趋势;四季的径流量与年径流量存在多重时间尺度相互嵌套,且四季及年径流量的第一主周期均为54年左右;影响弥苴河年降水量与年径流量变化趋势及波动周期相似,呈正相关关系;年蒸发量对年径流量的影响呈多样组合;弥苴河流域耗水量对径流量的影响呈增长趋势,下垫面条件变化越来越大,流域降水径流关系也随之变化,这也是近年来流域内径流量较过去同级降水产生径流量明显减少的主要原因之一。     

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%。     

基于区域水平衡理论和SWAT模型的沁河流域水收支平衡演变分析

基于区域水平衡理论和SWAT模型,提出了分布式水收支平衡模型的构建思路及水收支平衡计算方法,对人类活动和未来气候变化情景下的沁河流域水收支平衡状况进行模拟,并通过皮尔逊相关系数和Mann-Kendall检验方法分析了水收支平衡的关键影响要素及其演变规律。结果表明:2010—2016年沁河流域蓄水总量呈下降趋势,降水量及出口径流量为沁河流域水收支平衡相对关键的影响要素；未来多气候情景下蓄水总量呈上升趋势,多年平均降水量及出口径流量两个关键影响要素的总体变化情况与辐射强迫水平呈正相关关系；典型气候情景SSP2-4.5下降水量及出口径流量在2037—2041年、2061—2063年可能存在突变。     

大渡河流域年径流变化特征及其归因分析

根据1951—2012年大渡河流域内气象站年降水量、年平均气温和铜街子站年径流量资料,利用Mann-Kendall秩次相关检验法识别年径流量变化趋势,基于小波分析法检验其周期成分,采用有序聚类法、累积距平法及Pettitt法诊断年径流量突变点,利用累积量斜率变化率比较法揭示气候变化与人类活动对流域年径流量的影响程度。研究结果表明:1951—2012年大渡河流域年径流量整体呈不显著的减少趋势,其中,1951—1968和1988—2012年期间呈不显著的减少趋势,1969—1987年期间呈不显著的增加趋势;年径流量存在7年、11年、17年和28年的周期成分;流域年径流量在1968年和1987年发生突变;以1951—1968年为基准期,1969—1987年期间气候变化和人类活动对大渡河流域径流量减少的贡献率分别为36.22%和63.78%;在1988—2012年期间的贡献率分别为33.68%和66.32%;人类活动是大渡河流域年径流量变化减小的主导因素,气候变化是次要因素。     

河南省主要河川径流变化归因

为相对全面客观地分析气候变化和人类活动对河南省主要河川径流变化的影响,基于河南省内卫河、伊洛河、洪汝河和唐河流域1961—2022年径流和降水资料,以及国家气候中心根据Penman-Monteith公式计算的年潜在蒸散发资料,比较4个蒸发对比站年潜在蒸散发和蒸发皿年蒸发值,运用Mann-Kendall突变检验法和累积双曲线法分析4个研究流域控制水文站年径流序列的变化趋势和突变年份,以及4个流域年降水和潜在蒸散发的变化趋势。采用基于Budyko假设的弹性系数法对径流变化开展归因分析。结果表明：4个蒸发对比站年潜在蒸散发与蒸发皿年蒸发变化趋势基本一致,4个水文站年径流深及4个流域年降水和年潜在蒸散发均呈下降趋势。4个水文站年径流深分别在1977年、1985年、2008年和2010年发生了突变。气候变化对径流减少的贡献率在卫河和伊洛河流域为7%以下,在洪汝河和唐河流域约为12%～18%,降水减少不显著和潜在蒸散发呈下降趋势是贡献率小的原因,可见人类活动是影响4个流域径流变化的主要驱动因素。     

环境变化对径流的影响研究综述

环境变化主要指气候变化(波动)和流域内的人类活动。径流是降水、气温等气候因素和人类活动对流域产汇流影响的结果,本文综述了定量分析气候变化和人类活动对径流影响的研究思路、确定基准期的方法、径流的还原方法及目前使用的各种模型,最后归纳总结了目前研究中存在的不足和今后研究的趋势。     

Characterization of the evolution of runoff-sediment relationship in Min River based on coupling coordination theory

Global climate change and human activities have profoundly affected the hydrological processes in the basin. The study of the characteristics of runoff and sediment variations in the basin and their driving factors is of great significance in promoting the efficient use of water resources and high-quality development in the basin. The determination of the abrupt change point of the runoff-sediment relationship is the key to delineate the base period, and is important to assess the contribution of climate change and human activities to the change of the runoff-sediment relationship. Therefore, this study constructs a binary coupled coordination model of runoff and sediment load to describe the coupled runoff-sediment coordination relationship, and uses the Pettitt method and the double cumulative curve method to test for mutations. The effects of climate change and human activities on changes in runoff and sediment load were assessed using the Budyko framework-based elasticity factor method and the cumulative slope rate of change method. The results show that the annual runoff and annual sediment load in the Min River basin show a decreasing trend between 1970 and 2019, with monthly sediment load changing more significantly than monthly runoff. Annual runoff and annual sediment load were significantly coherent throughout the study period, and there were significant resonant cycles of positive phase on 2-, 3-, 5- and 6-year time scales. The coupling coordination degree of runoff and sediment load is generally at a coordinated developmental stage and is moving from low to high levels of coordination. Relative to the base period, changes in runoff and sediment load during the change period are mainly attributed to human activities. The contribution of human activities to the change in runoff ranged from 78.92% to 66.71%, and the contribution to the change in sediment load reached 93.40% to 94.15%. In contrast, precipitation in climate change has a greater impact on changes in runoff and sediment load than potential evapotranspiration. Land use changes and reservoir construction in the Min River basin have both contributed positively to the reduction of runoff and sediment load. The results of the study will help us to gain a deeper understanding of the processes and driving mechanisms of the runoff-sediment relationship in the Min River basin, and provide a scientific basis for water resources management and sustainable development in the basin.     

An Integrated Approach for Partitioning the Effect of Climate Change and Human Activities on Surface Runoff

Climate change and human activities have been identified as the two main reasons for the change in runoff. To better understand the factors causing runoff change, this paper develops an integrated approach which combined the elasticity coefficient approach (including a non-parametric model and six Budyko framework based models) and the hydrological modelling approach (using SIMHYD models) for partitioning the impacts of climate change and human activities on surface runoff. The Guanzhong River Basin(GRB), which is the sub-basin of the Wei River basin in China is chosen as the study area. In this study, trends in runoff, rainfall and potential evapotranspiration (PET) from 1958 to 2008 are analyzed using the Mann-Kendall test and change-points in the annual runoff from 1958 to 2008 are sought using the Fu formula, Mann-Kendall test and double mass curve. The calibrated and validated rainfall-runoff model SIMHYD is used to simulate the runoff in the GRB during 1958–2008. Seven different methods are used to calculate the elasticity coefficient and then the elasticity coefficient methods are used to evaluate the contribution of climate change and human activities. Combining all these results, the contribution of climate change and human activities to runoff change is 34.1?~?47.3 and 52.7?~?65.9 %, respectively. The study provides scientific foundation for understanding the causes of water resources decrease and significant information for water resources management under the influence of climate change and human activities.     

永定河流域径流变化特征及影响因素分析

根据永定河流域石匣里站、响水堡站和官厅水库站1956年-2003年的年径流资料,应用Mann-kendall检验法、Pettitt检验法、滑动T检验和小波分析法等方法分析了永定河流域年径流量的趋势性、周期性及突变特征,并从气候变化及人类活动两方面分析其影响因素。结果表明永定河流域年径流量一直处于显著下降趋势中,存在27(28)年的第一主周期和20(21)年的第二主周期;1982年-1983年径流量发生突变,突变前后变化较大。径流量变化的主要影响因素是人类活动,如土地利用、闸坝工程建设以及地下水过度开采等;气候变化对径流量也有一定的影响。     

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。     

Quantifying the Relative Contribution of Climate and Human Impacts on Runoff Change Based on the Budyko Hypothesis and SVM Model

The Wei River Basin (WRB), the largest tributary of the Yellow River in China, has experienced a noticeable decrease in annual runoff during the last 50 years. Quantifying the relative contributions of climate change and human activities on runoff changes is thus important for local water resources management and sustainable water resources utilizations. In this study, the heuristic segmentation method was first adopted to detect the change points of annual runoff at Linjiacun and Huaxian stations which lies in the middle and lower reaches of the basin, respectively. Then, the Budyko hypothesis and SVM-based model were applied to attribute the detected runoff changes to climate change and human activities. Results showed that: (1) two change points were detected for the annual runoff at the Linjiacun station (1971 and 1993), and Huaxian station (1969 and 1993); (2) based on the Budyko hypothesis, the relative contributions of climate change and human activities to runoff changes at Linjiacun and Huaxian stations are 42.2 %, 57.8 % and 30.5 %, 69.8 %, respectively, whilst those based on the SVM-based model are 45.3 %, 54.7 % and 34.7 %, 65.3 %, respectively. The high consistence between the two approaches indicates that human activities are the dominate factor on historical runoff changes in the WRB.     

海河流域径流变化趋势及其归因分析

在气候变化和人类活动共同影响下,流域径流发生了很大变化。尤其是海河流域,水资源匮乏的现象更为严重,分析水资源变化趋势对实现水资源的可持续开发利用具有重要意义。根据海河流域实际地形地貌特征及水文站分布情况,选取观台、响水堡、张家坟、下会和桃林口等5个水文站所在的区域,采用Mann-Kendall秩次相关检验法及线性回归方法,分析检验各典型区域年径流量的历史变化趋势。基于半分布式流域水文模型——TOPMODEL,采用水文模拟的途径,定量评估了典型区域气候变化和人类活动对径流变化的影响。归因结果表明:除桃林口外的其他4个水文站的年径流量均呈显著减小趋势,海河典型区域年径流减小主要跟人类活动有关,其占比都在65%以上。人类活动对观台、张家坟和响水堡站径流量减小的影响占比为65%~70%,对桃林口站径流量减小的影响占比为75.4%,对下会站径流量减小的影响占比高达81.7%,主要原因是海河流域自20世纪60年代中后期以来进行大规模水利建设所产生的水文效应。     

变化环境对潮河下游径流一致性的影响

水文分析要求径流资料的时间序列一致性,但变化的环境破坏了径流序列的稳定一致性变化规律。在气候变化和频繁的人类活动的影响下(水利工程建设、植被覆盖改变和城市化建设等),流域的下垫面条件和产流物理机制发生了明显变化,导致径流序列出现变异情况,不能满足频率计算分析水文时间序列一致性的要求和同分布的假定。应用Mann-Kendall非参数秩次检验法、Pettitt检验法、方差分析法对潮河流域下游下会站1976年-2012年的年、月径流和降水时间序列的趋势成分、突变成分、周期成分和随机成分分别进行了检验和识别,并通过对比分析降雨和径流时间序列的成分,推断出气候变化和人类活动对潮河流域下游降水和径流演变过程的影响。