基于水热耦合平衡方程的六冲河上游流域径流变化归因分析

以贵州省六冲河上游流域为研究区域,首先通过Mann-Kendall检验和Pettitt法对六冲河七星关站年径流变化进行趋势和突变分析,找出突变点,再运用水热耦合平衡方程对突变点前后径流变化进行归因分析,通过对降水、潜在蒸散发以及下垫面的弹性系数进行敏感性分析,最后计算出降水、潜在蒸散发以及下垫面对径流变化的贡献率。结果表明:六冲河上游径流深在1971—2009年呈现显著下降趋势,在1986年发生显著突变,比较降水量、潜在蒸发量和下垫面指数对径流变化的敏感性,发现降水量弹性系数最大,其次是下垫面指数,最后是潜在蒸散发,表明径流对降水量的变化最为敏感,计算三者对径流显著减少的贡献程度,发现降水减少对径流减少的贡献率高达113.3%,其次是下垫面变化的影响,贡献率为14.4%,最后是潜在蒸散发增加带来的影响,贡献率为-27.7%。     

黑河流域上游径流变化及其归因分析

基于莺落峡站径流资料,结合流域内气象因子及土地利用类型的变化情况,采用Budyko假设下的张橹经验公式,定性和定量分析了不同因素对黑河流域上游径流变化的影响。结果表明:(1)1960-2015年研究区径流量显著增加,在1997年和2004年存在变点,据此将研究期划分为基准期(1960-1997年)、突变期I(1998-2004年)、突变期II(2005-2015年);(2)降水、潜在蒸散发与永久性冰川雪地面积三者的变化与径流变化在一定程度上呈现一致性;降水和永久性冰川雪地融化对径流增加产生正效应,潜在蒸散发对径流增加产生负效应;(3)突变期I时段三者变化对径流变化的贡献率分别为149%、-83%和34%;突变期II时段三者的贡献率分别为138%、-35%和-3%。     

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。     

沙柳河流域1969—2020年径流变化及归因分析

以青海湖盆地沙柳河流域为研究对象,利用Penman-Monteith公式探究流域潜在蒸散发量ET₀时空变化特征,运用Mann-Kendall及Pettitt检验法检验沙柳河流域1969—2020年径流变化趋势及突变特征,基于水热耦合平衡理论分析量化各因素对径流变化的贡献。1969—2020年沙柳河流域潜在蒸散发量呈下降趋势,平均下降速率为4.8 mm/10 a。突变检验识别径流在2004年存在突变点(2004年之前径流减少,之后显著增加)。基于流域水热耦合平衡方程的径流变化弹性分析表明,研究期内年降水量、潜在蒸散发量、下垫面参数分别增大10%时,年径流量增加14.4%、减少4.4%、减少8.8%。径流变化归因分析结果显示,气候变化和人类活动对沙柳河流域径流量减少的贡献率分别为70.4%和29.6%,气候变化是导致沙柳河流域径流量增加的主要原因,且降水是影响径流量变化的主要因素。     

近50年伊洛河流域径流演变归因分析

流域尺度的径流变化反映了气候和人类活动的综合影响,然而目前伊洛河流域径流演变的量化归因尚不明晰。基于Budyko假设构建解析径流变化归因的模型,量化评估径流对各环境因素变化的敏感性系数,定量揭示各因素对径流变化的贡献。结果表明,1970—2018年间,伊洛河流域径流显著下降（α=0.05）,且在1991年发生突变,突变后径流减少了46.43 mm（34.32%）。径流变化对降水、潜在蒸散发和下垫面参数的敏感性系数分别为0.42、?0.18和?78.36,即降水每增加1 mm将导致径流增加0.42 mm,潜在蒸散发量每增加1 mm将导致径流减少0.18 mm,下垫面参数每增加1个单位将导致径流减少78.36 mm。气候变化和人类活动对径流变化的贡献率分别为42.60%和56.36%,人类活动引起的下垫面变化是径流变化的主要原因,其中植被变化是下垫面变化的主导因素。研究结果可为流域径流演变归因和水资源管理规划提供理论支撑。     

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。     

流域水文气象变化趋势及相关性分析

采用Mann-Kendall趋势检验和线性回归分析法,对松花江流域及水资源二级区1956-2010年的水文气象要素进行趋势分析,并采用Pearson相关系数方法,分析了研究区天然径流与气象要素之间的相关关系。趋势分析结果表明:松花江流域的气温呈显著上升趋势,降水呈不显著的减少趋势,日照时数、相对湿度和风速呈显著的减小趋势,潜在蒸散发呈显著增加趋势,天然径流深呈不显著的减少趋势。相关性分析结果表明,影响天然径流变化的主要因素是降水量,蒸散发变化也对径流有较为显著的影响作用,相对湿度减少和温度升高也在一定程度上通过对蒸散发的影响间接作用于径流变化。     

冰冻圈水文过程对黑河上游径流的影响分析

黑河上游处于高寒山区,开展冰冻圈水文过程对径流的影响研究,对于判断该地区径流变化趋势及其可持续性具有重要意义。本文应用基流分割、逐步多元回归等方法,分析了1960—2013年黑河上游出山径流量的变化及其原因,重点估计了融雪、冰川融化对径流的贡献,探讨了土壤冻融过程对径流变化的可能影响。分析结果表明,黑河上游山区河川径流在近54年间呈现上升趋势,其中以基流部分的上升为主。降水与气温变化对河川径流上升均有较大贡献。导致春季径流增加的主要因素为温度、降水次之;导致秋季径流增加的主要因素为降水、温度次之。夏季黑河上游东支的雨强有显著增大趋势(日雨量增幅为0.9 mm/10 a),对于河川径流贡献的比例约为15%。黑河山区的逐年降雪量变化不显著,冰川融化对径流增加的贡献小于10%。由此推断气温上升导致基流增加的主要原因是:气温升高导致高寒山区冻土活动层增厚,增加了土壤蓄水容量,从而导致降雨下渗量增加和基流量增大。由于黑河上游冻土分布广泛,未来气温持续上升的情况下,这种产流机制变化导致的基流增加具有可持续性。     

祁连山区气候变化对黑河出山径流的影响

以黑河上游流域为研究区,依据祁连山区4个气象站的逐月实测气象资料及莺落峡水文站逐月径流资料,采用Penman-Monteith方法计算了潜在蒸散发量,采用线性回归以及Mann-Kendall趋势检验等方法研究了降水、潜在蒸散发、气温及径流的年、季变化趋势,运用弹性系数法分析了降水、气温和潜在蒸散发变化对黑河出山径流的影响。结果表明:(1)黑河流域气候水文要素的总体年际变化为年降水量和气温均呈显著升高趋势,潜在蒸散发量呈不显著增加趋势,出山口莺落峡水文站径流量呈显著增大趋势;(2)祁连山区降水量、气温和潜在蒸散发量是影响黑河流域出山径流量的主要气象因子,径流与降水在年和季节尺度上都存在显著相关关系,其中祁连山区秋季降水量与莺落峡站径流量的相关性最为显著,春季气温与径流量呈正相关,气温升高促进了冰雪消融,进而增大径流量,潜在蒸散发量特别是夏季蒸散发量增大对降水量增大造成的年径流增大起到了一定的削弱作用;(3)祁连山区降水量增加1%将使莺落峡站径流量增加约0.74%,祁连山区气温升高1%将使莺落峡站径流量增大约0.16%,祁连山区潜在蒸散发量增加1%将导致莺落峡站径流量减少约1.75%。     

海流兔河近50年来基流变化特征分析

基流是枯水期河流的主要补给来源,对干旱半干旱区的河流尤其重要.在沙漠半沙漠区,河流基流还对维持脆弱的生态系统中发挥重要作用.对河流基流变化分析,可为流域水资源保护以及合理的利用和开发提供依据.本文基于半干旱风沙滩地区海流兔河1957年到2007年的实测流量资料,采用递归数字滤波法对该站的流量过程进行了基流分割,研究了海流兔河年基流量和基流指数(BFI)的年内、年际变化特征;用M-K非参数检验法分析了基流量和BFI的变化趋势.结果表明,海流兔流域基流占径流比重较大,年均径流、基流都呈减少趋势,径流年内分配均匀、基流则表现为先减少后增加,BFI年际、年内变化都较均匀,没有明显的增加或减少趋势;情势变化指数法(RSI)检测出基流在1966、1986年存在突变点,径流在1968、1989、2001年发生突变.     

东江流域基流变化特征及影响因素

基于东江流域控制性水文站博罗站1954—2010年实测日径流数据,采用数字滤波法和平滑最小值法进行基流分割,从不同的时间尺度上探讨博罗站基流的变化特征,从降水和人类活动两方面分析基流影响因素。结果表明:数字滤波法更适用于研究区;东江博罗站基流量的年内分布先增大后减小,基流指数先减小后波动增大;东江博罗站年均基流量和基流指数总体呈增大的趋势,多年平均基流量为414.04 m~3/s,多年平均基流指数为0.56。枯水年和偏枯水年的平均基流指数均为0.55,平水年为0.57,偏丰水年和丰水年分别为0.57和0.55;降水对东江流域基流量有年际影响;年内不同月份的突变规律说明大型水库是东江流域基流变化的关键性因素,水库的水量调度使基流量在枯水期呈显著增长趋势。     

基于HBV的黑河流域径流对气候变化的响应

黑河流域是我国西北干旱区内陆河研究的代表性流域,研究未来气候变化对黑河流域山区径流的定量影响,对干旱区水资源规划设计、开发利用和保护管理具有重要意义。采用HBV-light模型,首先根据实测径流数据验证了该模型在黑河流域上游的适用性,然后拟定25种气候变化情景模式,模拟气温与降水变化对径流的定量影响。结果表明:(1)当气温保持不变时,降水增加会造成年径流增加;而当降水维持不变时,气温升高将导致年径流减少。(2)关于径流年内分布,气温变化与6~9月份的径流呈负相关关系,而与4月份的径流呈显著正相关关系;降水变化与径流呈明显的正相关关系;年径流与年内分配均表现为对于降水变化的敏感性高于气温变化。(3)未来气候变化有助于缓解黑河流域水资源短缺的现状。     

滹沱河山区径流多尺度变化规律及影响因素研究

径流是反映流域气候及地理环境变化的重要指标,辨析其多尺度变化特征及影响因素,对于认识气候变化背景下流域水文情势变化规律及维护水资源安全具有重要意义。以滹沱河山区小觉流域和冶河流域为例,结合水文和气象数据,应用Mann-Kendall趋势分析、突变检验及Morlet小波函数等方法,分析两流域1960—2018年径流深趋势、突变、周期等多尺度变化特征,并利用相关分析与随机森林模型揭示了气温、降水、潜在蒸散发、叶面积指数对不同时段(汛期、非汛期)月径流深变化的相对重要性。研究结果表明：1960—2018年多年平均尺度上,冶河流域径流深(69.34 mm)大于小觉流域(39.07 mm),两流域年径流深均呈显著下降趋势,且冶河流域的下降速率(13.0 mm/10a)大于小觉流域的下降速率(8.7 mm/10a);在月和季节尺度上,两流域径流深也呈现显著下降趋势,尤其在夏季时段径流深下降趋势最快。小觉流域和冶河流域径流深分别在1981和1979年发生突变,且突变后径流深下降速率较突变前有所减缓,同时极端流量出现频率减少,其中8月份流量减小幅度最大。小觉流域的径流深主周期分别为15、8和5 a,冶...     

黄土高原流域土地利用变化的水土流失效应

本文以黄土高原中部的油河流域为例,利用3个不同时期的遥感影像分析了1977年以来的讷河流域的土地利用变化特征,在此基础上,选择年径流深度、年侵蚀模数、汛期径流深度、汛期侵蚀模数和枯季径流深度为水土流失过程参数,通过基于流域降水与水土流失过程各参数的统计回归模拟分析,区分出了降水和土地利用等地表属性变化分别导致的流域水土流失变化过程.研究结果认为:1980年以来,流域水土流失明显趋缓,以10年为尺度得出的平均值,径流深度减少了32.75mm,侵蚀模数减少了778t/km2.水土流失的变化主要是由地表属性变化引起的,降水量变化的贡献很小.耕地面积变化和地表属性变化引起的水土流失变化具有显著的相关性,坡耕地改梯田的农田水利建设可能是导致水土流失变化的主要原因.     

叶尔羌河流域主要水文要素变化分析

本文选取叶尔羌河流域的卡群水文站,2001~2012年的降水、蒸发、及流量资料,利用累积距平法、Mann-Kendall趋势检验法及变差系数对该流域各要素的变化情况进行分析计算。结果表明:该流域年降水量变化基本稳定;年蒸发量序列有缓慢增加趋势;年径流量丰枯变化较小,利用累积距平法分析得到,卡群站年径流量丰枯变化较频繁,Kendall秩次相关检验表明,卡群水文站年径流量无显著增加趋势。     

金沙江流域径流变化特征及成因

基于金沙江流域近60 a的降雨和径流资料,采用水量平衡法对天然径流量进行还原,利用Mann-Kendall法及小波分析方法研究流域降雨量及天然径流量的变化趋势、周期及可能突变的年份,分析天然径流的变化原因,构建天然径流量与降雨量及归一化植被指数的相关关系式。结果表明：金沙江流域降雨量和天然径流量总体呈周期性变化,主周期均为28 a,与此同时降雨量和径流量均呈增加趋势,降雨量每10 a相对增长幅度约1.28%,天然径流量每10 a相对增长幅度约0.57%;造成两者相对变幅差异较大的原因源于流域植被覆盖面积的增加;考虑降雨及植被的综合影响,建立的天然径流与两者共同作用下的方程相关系数为0.940,其关系式为R=0.017 7P^1.691/N^-0.923。研究成果可为金沙江流域水电开发和综合治理提供决策参考。     

汾河流域径流减少因素的定量解析

分析汾河流域 1981—2015 年气候、植被和人类取用水的演变特征。结果表明,流域年降水和净辐射分别呈 不显著（p>0.05）增加和减少趋势,叶面积指数显著（p<0.05）增加,人为取用水量波动增加,实测年径流显著（p<0.05） 减少。基于分布式水文模型和因素去趋势方法定量解析降水、净辐射、温度、叶面积指数以及取用水对汾河年径 流减少的贡献。结果表明,取用水的增加是导致汾河径流减少的主要原因,其次为温度、叶面积指数和净辐射的 变化。在上述 4 个因素无趋势情景下,实测年平均径流将分别增加 27.4%、14.4%,13.7% 和 2.1%。降水增加缓解 了年径流的减少。在年降水无趋势的情景下,实测年平均径流将减少 5.3%。上述研究结果可为汾河流域的水资 源管理和规划提供参考。     

青藏高原东南部径流特征的空间规律及控制因子研究

采用青藏高原东南部的水文气象资料,对比分析了该地区23个(区间)流域的年径流深、集中度与集中期、基流系数、退水系数等径流特征及其空间分布规律,并进一步研究了这些径流特征的控制因子。结果表明:该地区径流特征的空间分布规律为年径流深从东南(700~1 300 mm)向西北(<400 mm)递减,而集中度则呈相反的空间格局(从<0.44增加到>0.59);退水系数及基流系数,在低海拔地区随高程增大而增大(分别为0.55~0.69、0.51~0.73),但在高海拔地区则随高程增大而减小(0.74~0.42、0.79~0.63)。本研究发现,青藏东南径流特征空间规律的控制因子,具有显著的区域分异:在低海拔流域(平均高程<3 000 m),降水是径流特征的主要影响因子;而在高海拔流域(平均高程>3 000 m),仅径流深和集中度受降水控制,其他特征则主要受温度、冻土、地形等条件的共同影响。可见,由于青藏高原东南部降水和冻土对气候变化敏感,该地区水资源时空分布格局将面临很大的不确定性,对此应予以充分重视。