无定河流域基流变化特征及其对降水的响应

基流是干旱区河流水资源的重要组成部分，在维持河川径流和维护流域生态安全等方面具有重要作用。探究无定河流域基流变化特征及其对降水的响应，对优化黄土高原水资源配置意义重大。基于无定河流域1960—2019年逐日降水量、径流量数据，利用数字滤波法、小波变换、双累积曲线及弹性系数法等，分析了降水量与基流深年际和年内变化特征，探讨了降水量与基流深的时频域关系及基流对降水的时滞效应，并明确了降水—基流关系的变化方向。结果表明：无定河流域年基流深和年基流指数分别呈极显著下降趋势(p<0.001)和不显著增大趋势(p<0.1),多年平均值分别为23.83 mm和0.67。基流深和基流指数值在春秋两季较大，夏冬两季较小；夏秋季降水对基流的控制能力在高能量和低能量区均明显强于春冬季；基流对降水的年均时滞时长为3.2天，月均(5—10月)时滞时长均在7天内。在过去60年间，流域基流储量增加7倍以上；降水量与基流深的关系发生2次变化，变化点分别为1971年和2000年；2000年后基流对降水的敏感性减弱，二者关系变化的方向更加稳定。研究结果以期为黄河中游地区水资源可持续开发利用提供理论支撑。     

渠江流域基流变化及气象关联性分析

河川径流是水资源的重要存在形式,基流是径流的重要组成部分,研究基流变化及影响因素对于掌握流域水资源变化具有重要的意义。采用渠江流域2007—2018年日流量资料,对9种不同基流分割方法的适用性及基流变化特征进行分析。结果表明:(1)不同方法差异较大,时间步长法和滑动最小值法分割结果偏高,F4滤波法方差与变异系数分别为0.038和0.138,说明该方法分割更加稳定且离散程度较低,在渠江流域适用性最好;(2)流域多年平均基流指数31.5%,年内存在伏汛与秋汛双汛期,多年平均月降水、径流和基流变化趋势存在一致性,而且流域径流、基流峰现时间相对于降水存在滞后性;(3)采用小波相干分析,表明流域降水和基流序列均存在10~14个月的变化周期且同向变化,时频上基流滞后于降水序列,同时基流对气候变化的响应具有时滞性,当基流相对于同期气候指数滞后8~10个月时二者的相关程度显著提升。研究成果有助于提升对渠江流域基流变化的认识,为流域水资源管理与调控提供一定的科学依据。     

大理河流域淤地坝拦沙贡献率分析

为提高淤地坝拦沙贡献率的计算精度,揭示淤地坝拦沙量对流域输沙量减少的作用。以大理河流域为研究对象,提出一种基于GIS和土壤侵蚀模数的淤地坝逐年拦沙量计算方法,分析大理河流域淤地坝拦沙量对流域出口输沙量减少的贡献率。结果表明:(1)1954—2011年,大理河流域淤地坝逐年拦沙量呈波动式增加,多年平均拦沙量为0.12亿t,累积拦沙量为7.17亿t,其中1980—1989年年均拦沙量最高,为0.19亿t。(2)1960—2015年,大理河流域输沙量呈显著减少趋势,且在1971年和2002年均发生显著突变(P<0.05)。(3)人类活动是大理河流域输沙量减少的主要原因,1971—2001年淤地坝拦沙量占人类活动减少输沙量的贡献率为47.42%;随着流域植被恢复,2002—2011年淤地坝拦沙量占人类活动减少输沙量的贡献率降至31.04%。该方法对评价大理河流域淤地坝拦沙贡献率有一定的指导意义。2000年以后,由于植被恢复,大理河流域淤地坝拦沙贡献率下降。     

自动基流分割法在黄土高原水蚀风蚀交错区典型流域适用性分析

黄土高原水蚀风蚀交错区生态环境脆弱,河川基流量的多少及其变化对维持该区生态系统健康具有重要意义.利用黄土高原水蚀风蚀交错区窟野河流域多年实测径流资料,研究国内外常用的滑动最小值法、HYSEP法和数字滤波法3类共8种自动基流分割方法在该研究区的适用性.结果表明:1)8种方法所得年均基流指数差异较.大,最大为0.651 5...     

2000-2013年无定河流域植被覆盖变化及其固碳效应

[目的]评估2000-2013年无定河流域水土保持和退耕还林(草)的成效,为评估无定河流域生态修复工程成效提供数据支撑.[方法]采用线性回归、相关系数和偏相关系数等方法,分析无定河流域2000-2013年NDVI(归一化植被指数)与NPP(净初级生产力)的变化及影响因素.[结果](1) 20002013年,无定河流域植被覆盖增长率3.39％/a,远高于1999-2008年黄土高原植被覆盖增长率0.99％/a,且植被覆盖呈现阶段性的变化特征,其中有2次持续增长期.(2)无定河流域植被覆盖变化以明显增加趋势为主,集中分布于黄土丘陵沟壑区,退化区域仅占3.95％,“线状”分布于植被覆盖基数较好的河谷两岸.(3) 2000-2013年,无定河流域植被累计固碳增加量1.96×107 t,相当于2010年陕西省能源消费碳排放的22.82％,累计固碳价值增加量2.36×1010元,相当于2010年陕西省GDP的2.33％.[结论]无定河流域植被覆盖与固碳持续增加,主要驱动因素为人类活动,尤其是水土保持和退耕还林(草)等工程的实施.     

无定河流域土壤保持服务供需关系及服务流模拟

土壤保持服务是生态系统服务中调节服务的一项重要内容,无定河流域水土流失严重,土壤保持服务成为其首要的生态系统服务。利用SWAT模型和GIS对无定河流域土壤保持服务供需平衡和空间流动路径进行探究分析,揭示无定河流域土壤保持服务供需空间匹配特征及其空间流转机制。结果表明:(1)无定河流域土壤保持服务供给量与需求量变化趋势具有较强的一致性,两者都呈波动上升的趋势,均与降水具有较强的相互对应关系。其中,2001年8月、2013年7月、2017年7月供给量及需求量达到了2000—2020年所有月份中的较大值,供给量均超过2.5×10⁸ t,需求量则均超过了3.5×10⁸ t。相应地,月均降水量在这3个月也达到了较大值。(2)2000—2020年无定河流域亏损月份多于盈余月份,且亏损量呈增加趋势。中上游地区为盈余状态,供略大于需,中下游地区表现为亏损,且需远大于供;(3)对减沙服务空间流动路径模拟,在此基础上获取了各子流域减沙服务流量及受益量。2000—2020年流域内减沙服务流量波动性增多,尤其2020年在下游地区增长明显;减沙服务受益量在流域内具有累加效益,研究期间总体呈上升趋势。研究结果为流域水土流失治理提供新的视角,对生态修复和水土流失防治政策制定具有重要参考价值。     

自动基流分割方法在黄土区流域的应用研究

基流是河川径流在枯水季节的主要径流来源.由于难以通过实测方法获得基流量数据,选择适合的基流分割技术对于基流研究至关重要.利用黄土区6个流域的多年径流量资料,选取PART法、滤波法及滑动最小值法等目前广泛使用的自动基流分割方法对区域内河流的基流量进行了分割,以检验自动基流分割方法在本地区的适用性,并应用选定的基流分割方法对黄土区流域的基流特点做了简单分析.研究结果表明,3种方法所获得的基流指数值有所差异,滤波法分割的基流过程与实际基流状况更为相符.因此,滤波法可作为黄土区流域基流的最优分割方法.应用滤波法得到的研究流域基流占总径流比重为37%～64%,而基流量在近50 a中呈现逐渐降低趋势.     

黄土高原典型流域水沙变化归因对比分析

近几十年来,黄河中游黄土高原地区水沙变化显著。众多学者以该地区典型流域无定河开展了大量研究,但局限于方法的突破而忽视了方法间的对比分析。为此,该研究采用双累积曲线法、水文法、弹性系数法和水保法对无定河流域1957—2010年水沙变化进行归因对比分析。结果表明:无定河流域年降水量未发生显著变化,年潜在蒸散发、年径流量和年输沙量呈显著减少趋势且突变年份依次为1982、1971、1971年。径流归因对比分析表明,水文法与弹性系数法结果较为接近,水保法人类活动贡献率偏小;输沙归因对比分析表明,水保法与其他3种方法结果一致。归因分析表明,人类活动是流域水沙变化的主控因素且逐年增强,人类活动中对径流变化起主导作用的是灌溉引水和造林;对输沙变化起主导作用的是淤地坝和造林。淤地坝的淤满或失效对流域水保措施减水减沙效益影响较大。因此,未来无定河流域的治理应继续落实退耕还林还草政策,并加强淤地坝等工程措施的布局优化和后期维护。     

天山北坡呼图壁河流域积雪水文过程对气候变化的响应

积雪是干旱区水资源的重要组成部分,气候变暖引起的降水形态和积雪消融的改变势必会对流域径流过程及其组分变化产生重要的影响。选取天山北坡呼图壁河流域作为干旱区积雪补给典型流域,利用站点气象数据及IPCC CMIP5气候情景数据,驱动改进雨雪划分方案、融雪径流计算模块的VIC模型,以观测径流和MODIS积雪面积数据进行模型多目标参数优化,定量解析呼图壁河流域径流组成、变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明:(1)呼图壁河径流呈暖季集中的单峰型分布,融雪径流、降雨径流和冰川径流分别占径流总量的27.7%,66.1%,6.2%。1978—2010年呼图壁流域在气温、降水量显著增加,降雪量变化不大,降雪占降水比例显著下降的背景下,总径流和降雨径流显著增加,融雪径流微弱增加。(2) RCP4.5情景下,预估未来呼图壁河流域气温将显著升高,降水缓慢增加,而降雪明显减少;流域总径流将缓慢增加,其中降雨径流显著增加,而融雪径流将显著减少;径流年内分配亦将改变,将表现为春季径流和峰值流量的下降,枯水期流量增加,融雪径流峰值前移。(3)春季融雪径流的占比最高,其变化直接决定着总径流的丰枯变化;预估未来融雪径流显著减少将导致3—6月灌溉期总径流减少,在现有农业生产模式下将进一步加剧灌溉用水矛盾。     

黄土高原藉河流域1962-2008年径流变化特征

基流是河川流量的重要组成部分,尤其在干旱的黄土丘陵沟壑区径流量中占有很高比重,为枯季的河流提供流量补给,对黄土丘陵沟壑区基流的特点和影响因子的研究有助于合理调控水量和高效使用水资源。采用数字滤波法分别对蔡家川6个嵌套小流域2006—2008年日径流量进行基流分割求算基流指数,并且分析了次降雨量、土地利用、植被类型和地形特征等对基流的影响。结果显示,该地区流域的年平均基流指数范围为0.68～0.82。随着次降雨量增加基流指数减小;土地利用类型中的农地、灌丛和人工林对基流产生负影响;基流指数与流域河网密度和河流比降等线性相关。应用多元线性回归分析得出该区域基流指数BFI与次降雨量P,河网密度D和河流比降S成线性关系,进而分析了研究区内无观测数据的流域的基流。     

海河流域生长季植被覆盖度时空变化及驱动力分析

[目的]了解海河流域生长季植被覆盖度(FVC)的时空变化及其驱动力,以期为海河流域的生态保护、建设与可持续发展提供参考。[方法]基于MODIS NDVI遥感数据和同时期的18种影响因子,采用趋势分析法和M-K显著性检验分析了2001—2019年海河流域生长季植被覆盖度的时空变化特征;并利用地理探测器探讨了其空间分异特征与驱动力。[结果]2001—2019年海河流域生长季植被覆盖度总体呈显著上升趋势,线性倾向率为0.063/10 a, 2011年之后增速减缓。空间分布差异明显,植被覆盖度总体较高,仅环渤海湾地带和一些城市区域植被覆盖率较低。改善区域的面积远大于退化面积,其中改善部分以极显著改善为主,占流域总面积的60.42%。海河流域生长季植被覆盖度的空间分布差异主要由林地比例和林草混合地比例所决定,解释力均在30%以上。对海河流域生长季植被覆盖度交互作用解释力最强的是林草混合地比例和农田比例。[结论]海河流域植被覆盖度总体显著上升,空间分布差异主要驱动力为林地比例和林草混合地比例。     

雅砻江流域REOF分区的降水特征及其未来趋势分析

研究区域降水对保障生态环境、发展有效灌溉面积、农业生产以及优化水库调度具有重要意义。以雅砻江流域为研究对象,利用该流域13个气象站1961—2018年的降水资料,使用旋转经验正交函数分解(REOF)划分为6个地理区并结合Daniel趋势分析、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验和R/S重标极差法分析了雅砻江流域6个区1961—2018年的降水变化特征和未来降水趋势。结果表明:(1)每个区的降水量年代际变化特征明显,年际变化特征不明显,与流域整体降水特征一致; Ⅰ区的降水量整体在持续减少,Ⅱ—Ⅵ区的降水量整体呈上升趋势,流域整体降水呈上升趋势。(2)Ⅰ—Ⅵ区的降水量突变年份依次为1981年、2002年; 1981年; 2005年、2014年; 1978年、1997年、2001年、2011年; 1980年、2000年; 1980年、1998年、2001年。(3)6个分区在未来一段时间内,Ⅳ区的降水量与过去趋势相比将会下降; Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅴ区及Ⅵ区的降水量与过去趋势相同并呈强持续性,其中Ⅲ区的降水量上升趋势时间长、持续性最强,与过去趋势变化最相符; 6个区的降水量受过去趋势影响的未来趋势时间长度依次为12 a,10 a,8 a,10 a,6 a,13 a。以上研究表明,雅砻江流域中下游的降水量上升幅度最大,而下游西南部(Ⅰ区)的降水量在显著持续减少,该现象会对水力发电、生态治理和农业生产带来一定的负面影响; 6个区降水量的显著年代际变化增加了局部旱涝发生的不确定性,降水量过去总体趋势对未来趋势的影响时间较长,这对于合理治理植被生态、做好水土保持工作、优化水库调度、发展有效灌溉面积和农业生产具有科学指导意义。     

山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应

[目的]了解山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应关系,对该流域生态保护、修复和高质量发展具有重要的意义。[方法]基于1998—2018年NDVI数据,利用NDVI变化趋势、变异系数、空间自相关等方法,对山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化特征及其与气温、降水的关系进行分析。[结果]不同土地利用类型NDVI变化趋势均呈向好态势,草地和林地覆盖状况优于整体水平。NDVI在空间上整体呈南北纵列、高低相间的分布格局,吕梁山和太岳山—中条山高,西部高原丘陵区和汾河谷地低。NDVI变化趋势的空间异质性显著,植被以显著改善为主。林地改善趋势的稳定性最好。NDVI表现出明显的空间集聚性特征,其中耕地NDVI变化趋势聚集特征最明显。不同土地利用类型NDVI对降水的敏感性强于气温。[结论]山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化差异显著,并对气温和降水存在响应关系,此研究将为该流域生态保护和建设提供更精准的植被恢复数据及其和气温、降水关系的基础资料。     

1999—2018年黄河流域NDVI时空变化及驱动力分析

为了探究黄河流域NDVI时空变化及其驱动力,基于SPOT NDVI遥感数据,采用趋势分析、空间转移矩阵分析了1999—2018年黄河流域NDVI时空变化特征,并采用地理探测器模型对黄河流域NDVI空间分异特征与驱动力进行解释。结果表明:(1)从NDVI像元尺度的时间变化趋势来看,1999—2018年黄河流域NDVI变化趋势以极显著缓慢增长为主,占整个流域面积的53.12%,整体变化趋势向好,但可持续性不强; 极显著较快增长和快速增长的区域占15.47%,主要位于山西西部吕梁山脉和陕西北部黄土高原。(2)从NDVI空间变化特征来看,20 a间,植被覆盖度保持稳定的区域占31.6%,持续增加的占65.99%。(3)黄河流域的NDVI空间差异主要由年平均降水量、湿润指数、干燥度、土壤类型所决定,其因子解释力均超过30%,这表明气候因素仍然是影响黄河流域NDVI的主导因素。绝大多数驱动因子间交互呈现相互增强或非线性增强,交互解释力最强的是年平均降水量和土地利用,q值为0.704。只有年平均降水量与土地利用类型交互及高程与人口密度的交互是相对独立的。     

基于RS与像元二分模型的近20 a宁夏植被覆盖研究

[目的]探讨近20a宁夏植被变化特征及其对气候的响应情况,为了解区域生态变化态势,评估生态工程成效提供理论基础和科学依据。[方法]利用1992,2000,2006和2012年的TM数据,基于植被指数估算植被覆盖度的原理,运用像元二分模型,对宁夏植被覆盖度进行遥感估算和动态监测。[结果]宁夏植被覆盖呈现南北好,中部差的空间分布特点;近20a来宁夏的植被覆盖度表现出明显的增加趋势,即低植被覆盖区的面积在逐渐减少,中、高植被覆盖区的面积增加了6 434km2,全区平均植被覆盖度提高6%,其中扬黄灌区及南部山区植被覆盖增加幅度较大。[结论]宁夏植被覆盖度的增加主要得益于近年来实施的一系列植被保护和生态恢复工程,而降水量的变化则是引起植被覆盖度年际波动的主要因素。     

黄河流域甘肃段植被覆盖度时空变化及对气候因子的响应

[目的]分析黄河流域甘肃段2000—2018年植被覆盖度变化的时空演变规律,探讨该区域植被覆盖度的变化对气候的响应机制,为该区域生态环境与社会经济的协调可持续发展和进一步落实生态环境保护、建设及恢复提供科学依据。[方法]基于2000—2018年的MODIS NDVI数据、气象数据,采用线性趋势分析和相关性分析等方法,对黄河流域甘肃段植被覆盖度的时空变化特征及与气候因子之间的关系进行分析。[结果]①空间上,近19 a研究区植被覆盖度自西南向东北在不断降低,以甘南州的植被覆盖状况最好;植被覆盖度改善面积占36.64%,主要分布于兰州市北部、临夏州、定西市、庆阳市、平凉市大范围区域、天水市南部等,而退化面积占4.2%,主要集中于甘南州等地区。②时间上,研究区植被覆盖度以2013年为界呈现"先持续增加后波动减少"的变化趋势,但整体在不断增加;以平凉市的增加速度最快,平均每年增长0.96%。③研究区植被覆盖度对降水量变化的响应敏感,与降水量呈现显著的正相关关系。[结论]研究区植被覆盖度空间差异明显,2000—2018年植被以改善为主,降水是影响这些区域植被改善的有利因素,降水状况的改善对研究区生态环境建设与修复至关重要。