气候变化和人类活动对西拉木伦河径流的影响

【目的】定量识别气候变化和人类活动对西拉木伦河流域径流变化的影响程度。【方法】以西拉木伦河流域为研究对象,基于该流域1958―2015年气象水文资料,采用皮尔逊相关分析、逐步多元回归分析、双累积曲线、累积距平、SCRCQ方法,揭示引起流域径流变化的主导因素,量化气候变化与人类活动对流域径流的影响程度。【结果】年径流的变化最主要受到夏季降水的影响,其次是夏季平均气温。T1(1972―1981年)、T2(1982―1997年)、T3(1998―2015年)阶段降水对径流变化的影响程度分别为0.26%、17.51%、26.13%;人类活动对径流变化的影响程度分别为99.74%、82.49%、73.88%;各阶段径流的变化主要是由人类活动导致,但随着时间推移,降水对径流的影响作用增强,人类活动减弱。     

不同水文序列突变检测方法在漳河观台站径流分析中的对比研究

科学诊断水文序列的突变特性,对于认识水文循环的演变规律,研究环境变化对水文过程的影响具有重要的科学意义。基于漳河观台水文站1951-2015年实测径流序列,利用降水-径流双累积曲线、有序聚类突变检测法、Mann-Kendall突变检测法、基于水文模拟的突变检测法等多种方法对比分析了其突变特征。结果表明:1951年以来,观台水文站实测年径流序列呈现出显著的下降趋势,20世纪50和60年代处于丰水期,从70年代初开始年径流持续下降,80年代以后进入连续枯水期。4种突变检测方法得到观台水文站实测年径流序列的突变点位于1971-1978年。4种方法相比,降水-径流双累积曲线检测的突变点反映的是流域降水-径流关系发生明显改变的时刻;有序聚类突变检测方法检测的突变点反映的是径流序列的聚类特征;Mann-Kendall突变检测方法检测的突变点反映的是径流序列的综合突变特征;基于水文模拟的突变检测方法检测的突变点反映的是人类活动对流域降水径流关系干扰的起始点。     

黄河源区降水径流变化特征及响应分析

利用1961-2014年黄河源区周边气象站站点降水数据和唐乃亥以上流域水文观测数据,采用Mann-Kendall法、Spearman秩次检验、有序聚类法及累积距平法对源区降水量径流量变化特征分析,再结合相关性分析、格兰杰因果检验和双累积曲线法对降水径流的响应关系进行讨论。结果表明:黄河源区的年际降水量表现为非显著减少趋势,年径流量表现为显著减少趋势,降水与径流最小年份均为2002年,且在0.05检验水平下,降水在研究时段内无明显突变点,径流在1987年发生突变;相关分析与格兰杰因果检验表明降水径流其响应关系较弱,在整个研究时段降水都不是引起径流变化的格兰杰原因,最后通过双累积曲线法确定出黄河源近54年来降水因素对径流减少的贡献率为6.1%,非降水因素对径流减小的贡献为93.9%。黄河源区降水对径流影响较小,可能由于人类活动、工业生产及其他气候因子影响等非降水因素对黄河源区径流产生了巨大的影响。     

关河水库流域水文序列突变诊断与非一致性研究

在气候变化和人类活动影响下,近年来很多流域的水文序列发生了突变,呈现出了时间序列上的非一致性。同时,水文序列的自相关性影响其突变点的准确识别。为研究关河流域降雨以及径流序列的变化规律,根据流域内5个雨量站以及2个实测径流站点近50年的实测资料,利用Mann-Kendall秩次检验其趋势性,同时利用3种突变检验方法分别在无、有去趋势预置白(trend free pre-white,TFPW)前处理的条件下对序列突变点进行识别,并使用Morlet小波对序列进行周期性分析,从突变点诊断、周期性分析和驱动机制3方面剖析关河水库流域水文序列非一致性变化特点。研究结果表明:对系列的自相关性去除以后,TFPW对水文系列中初步识别出来的多个伪突变点有校正作用,有助于识别出真正的突变点,这一结论在随后的周期性分析Morlet小波方法中得到了验证。研究区降雨在1978年发生突变,径流在1979年发生突变,降水是引起两站径流产生突变的原因,且突变点前后径流序列的状态发生了根本性变化;相较于受单一气候影响的石栈道站,受气候因素以及人类活动双因素影响下的关河站其径流总量下降更为明显,径流变化周期不稳定且峰值有所减小。     

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.     

秃尾河流域水沙突变及其驱动因素

由于近年来秃尾河流域入黄径流量和输沙量锐减,基于高家川水文站1956-2011年56 a实测水文泥沙数据,综合分析了流域水沙演变规律,采用滑动t检验法和Mann-Kendall检验法对年径流量和年输沙量序列突变情况进行了检验,利用建立水沙双累积曲线模型,定量估算了人类活动的减水、减沙量。结果表明:流域年径流量和年输沙量均呈显著减少趋势;高家川站年径流量序列和输沙量序列突变年份分别在1976年和1996年。人类活动是影响流域入黄水沙量锐减的主要因素,受人类活动影响,径流量减少49.45亿m~3,占累积总径流量的35.94%;输沙量减少3.07亿t,占累积总输沙量的86.42%。     

新疆和田河径流演变特征及其影响因素分析

【目的】研究和田河径流演变特征及其影响因素。【方法】采用M-K检验、Pettitt突变检验、Morlet小波分析等方法,分析径流及影响因素的变化趋势、突变特征及周期规律。在确定影响因素与径流的相关性基础上,建立了影响因素与径流的多元线性方程及神经网络模型,定量分析了气候因素与人类活动对径流变化的贡献水平。【结果】玉龙喀什河径流表现出增加趋势,喀拉喀什河径流呈减少趋势,突变年份为2009、2004年,在40~55 a尺度下的玉龙喀什河与33~55 a尺度下的喀拉喀什河都经历2个枯-丰变换周期。玉龙喀什河、喀拉喀什河降水量都呈显著增加趋势,突变年份均为2001年,两河降水同时展现出3次偏多-偏少交替。年均气温呈显著性增加,在1984年发生突变,气温经过2个冷-暖变换周期。玉龙喀什河与喀拉喀什河径流变化的主要影响因素为气候变化,人类活动影响较小,气候变化对径流的贡献率分别为84.06%和72.51%,而人类活动的贡献率为15.94%和27.49%。【结论】玉龙喀什河和喀拉喀什河在40~55、33~55 a尺度下由丰水期转为枯水期,玉龙喀什河和喀拉喀什河流域降水未来为少水期,和田河流域气温在40~50 a尺度下处于偏暖阶段。喀拉喀什河突变点与乌鲁瓦提水库的修建有关,降水和气温发生突变时间于西北地区气候转变相一致。气温因素是径流补给的主要影响成分,气候变化为径流变化的主要因素。     

开都河源区径流量演变规律及影响因素分析

【目的】厘清气候变化下开都河源区的径流演变规律及其影响因素,为流域水资源开发利用提供科学参考。【方法】基于开都河源区1960—2019年的水文气象数据,采用Mann-Kendall检验法、R/S分析法、有序聚类法、小波分析法,分析开都河源区径流量演变规律,并基于双累积曲线法、累积斜率变化率法、气候弹性系数法定量分析气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率。【结果】1960—2019年,开都河源区年径流量以1.714×10⁸m³/10a的速率增加,Hurst指数为0.83,径流量变化存在3个主周期,分别为36、21、9 a,径流量突变点为1995年;开都河源区气温和降水量分别以0.239℃/10 a和7.670 mm/10 a的速率增加,Hurst指数分别为0.85和0.83,与径流量的相关系数分别为0.560和0.598;基于双累积曲线法、累积斜率变化率法、气候弹性系数法得出的气候变化对开都河源区径流量变化的贡献率分别为89.9%、73.1%、43%,人类活动对径流量变化的贡献率分别为10.1%、26.9%、57%,3种方法对基准期径流量模拟的...     

清水河流域不同尺度水沙变化归因分析

【目的】揭示清水河流域水沙变化的驱动因素,为黄河上游流域的水土流失治理提供理论依据。【方法】基于1970—2019年清水河流域上、中、下游水文站的实测水沙数据及气象数据,采用Mann-Kendall检验法和Pettitt检验法对流域内不同尺度的水文气象序列进行趋势性分析和突变检验,基于Budyko弹性系数法、双累积曲线法和累积量斜率变化率比较法对流域不同尺度水沙变化进行归因分析。【结果】1970—2019年,清水河流域年径流深呈显著增加趋势,年输沙模数呈不显著减少趋势,流域上中游区域的年径流深和年输沙模数呈显著减少趋势;与突变前相比,人类活动对上游区、上中游区和全流域的年径流量减少的贡献率分别为99.9%～114.3%、77.5%～104.0%和-117.4%～-74.0%,对年输沙量减少的贡献率分别为104.7%～116.4%、110.2%～132.2%和113.0%～139.0%。【结论】引黄灌溉、水土保持措施等人类活动是影响清水河流域水沙变化的主要因素。     

气候变化对多年冻土区径流组成的影响分析——以长江源区为例

以多年冻土为主要下垫面的寒区流域水资源对气候变化敏感,以长江源区为例,根据数字滤波法对直门达水文站1966-2015年月径流的基流分析结果,明确了长江源区径流及其不同成分的变化规律;进一步利用格兰杰因果检验和累积斜率法分别定性和定量地分析了降水和温度对径流组成的影响。结果表明:近50年来,长江源区总径流呈现增加趋势,2004年发生突变后年平均径流量增长36.49亿m~3,基流和地表径流各贡献了50%;近50年持续地增温是引起径流变化的格兰杰原因,更有助于对河道径流成分变化的预测分析;对比径流突变前后,增温不仅改变降水形式,影响了地表产流,同时也改变了下渗后土壤水的冻融过程,对基流和地表径流改变的贡献率分别为90%和76%、高于降水变化68%和57%的贡献率。气候变化背景下,持续的增温对降水产流和下渗过程的影响,是多年冻土区流域径流成分变化的主要原因。     

气候变化与人类活动对地下水埋深变化的影响

以通辽市科尔沁区为研究区,利用累积距平、M-K突变检验和累积量斜率变化率比较法,对降水量变化与地下水埋深变化进行突变检验,定量评估研究区气候变化与人类活动对地下水埋深变化的贡献度。结果表明:地下水埋深多年来呈显著上升趋势,降水对地下水埋深动态变化的影响存在明显的滞后现象,滞后期为3 a;研究区地下水埋深与降水量突变点为1998年,前期1980—1998年为基准期,后期1999—2016年为影响期;研究区气候变化对地下水埋深变化影响的贡献度为24.5%,人类活动对地下水埋深变化影响的贡献度为75.5%,人类活动是造成地下水埋深下降的主要原因。     

三峡入库径流变化归因多方法识别

受气候变化、人类活动等因素影响，近年来长江上游径流特性发生明显变化，给长江上游流域水资源的合理开发利用、三峡及上游水库群等国家战略淡水资源库作用的发挥带来诸多挑战，径流变化归因定量识别的研究对流域水资源的开发利用具有重要的意义。基于1951-2013年三峡入库径流序列资料，采用Mann-Kendall法、Spearman法、Pettitt法等统计方法，诊断了三峡入库径流的演变规律；基于同期气象、土地利用等资料，分别利用气候弹性模型、水热耦合平衡模型、SWAT模型定量识别三峡入库流量变化原因。结果表明：(1)三峡入库径流在1993年前后发生明显的突变，1993年以前为径流受气候变化和人类活动影响较小的相对天然期，1993年以后径流为受气候变化和人类活动影响较大的变化期；(2)研究期三峡入库径流发生了显著减少，减少速率为8.8 mm/10 a，长江上游大规模的人类活动是三峡入库径流减少的主要原因，降水量减少和气温上升是径流减少的重要原因；(3)气候弹性模型法与SWAT模型法归因识别结果一致，水热耦合平衡模型法低估了人类活动这一引起三峡入库径流减少的主要因素；(4)考虑土地利用时空变异的SW...     

基于时变Budyko公式的年径流变化机理分析——以贵州省六硐河为例

气候变化与人类活动是流域径流变化的重要原因。随着人类活动逐渐频繁，不同地区的水文情势不同程度地发生着变化，因此对径流变化机理的分析一直是水文学界的重要议题之一。Budyko水热耦合平衡公式是常用的径流变化机理分析工具，因其一方面考虑了一定的物理成因，另一方面公式参数较为简单，由此在径流变化归因较长时间尺度分析上得到了广泛应用，但当前对时变形式的Budyko公式研究及应用仍有待加强。以贵州省六硐河流域为例，通过Mann-Kendall检验和突变检验方法对研究区年径流进行趋势和突变分析，基于水热耦合平衡原理构造了包括线性、二次多项式以及具有物理机制等形式的Budyko参数时变辨识公式，以Nash效率系数为评价指标，验证最适应研究区的水热耦合公式，最后计算降水量、潜在蒸散发量和人类活动等因素对径流变化的贡献率，进行六硐河流域径流变化归因分析。研究结果表明，近年来随着气候变化影响加剧，六硐河流域径流呈明显的下降趋势，在1997年发生显著性突变。比较降水量、潜在蒸散发量和人类活动因素对径流的敏感性，发现降水减少是流域径流减少的主导因素，其贡献率为49%。同时，随着人类经济社会的发展，大型水利设施...     

气候因子对地表水资源量变化影响的定量分析

变化环境下滨海城市水资源短缺形势日益严重。根据1956-2013年钦州市逐月降雨、径流、蒸发、气温数据,采用双累积曲线和蒸发差值法进行径流还原,计算地表水资源量;采用Morlet小波分析其未来变化趋势;并采用SCRCQ法,定量分析典型流域气候因子对径流变化影响的贡献率。结果表明:(1)钦州市地表水资源量为106.573~111.533亿m3(相对偏差4.4%),还原水量(天然-实测)趋向率达0.406亿m3,表明以人类活动为主的其他因子对径流减少的影响持续增大;(2)BR与AR期相比,钦州市典型流域径流减少主要受到气候变化的影响,其中受蒸发影响最为显著;CR与AR期相比,其他因子贡献率明显高于降雨、蒸发、气温因子,其中钦江流域高达65.0%~75.7%。钦州市地表水资源量总体呈减少的趋势下,其他因子对径流减少的影响程度加剧、范围扩大,这将使钦州市面临更加严重的水资源供需矛盾。     

汾河上游径流演变特征及其驱动力

基于汾河上游兰村站1956-2000年径流数据,采用累积距平、M-K趋势检验、有序聚类、EMD分解和双累积曲线等方法,探讨了径流的年内分布和年际变化特征,定量分析了降水和人类活动对径流的影响率,进一步研究了径流对太阳活动和ENSO循环的响应。结果表明:1汾河上游径流年内分布极不均匀。径流年际变化呈显著减少趋势,经历了丰枯两个阶段,并在1970年发生突变。年径流具有准2~4年等周期。21970年前径流主要受降水影响,1970年后人类活动对径流减少贡献最大,降水次之。3厄尔尼诺发生年径流减少,结束年增加;拉尼娜发生年径流增加,结束年减少。两事件主要影响夏季和秋季的径流。太阳活动和径流丰枯有很好的响应关系。     

气候变化及人类活动对石羊河下游径流的影响

针对西北干旱内陆区石羊河流域径流变化的复杂性,运用非参数Mann-Kendall检验方法,分析了近50年石羊河中气候变化及径流变化趋势。在此基础上,通过模拟自然条件时石羊河年径流序列,将气候变化与人类活动对径流的影响进行了分离,分别量化了二者对石羊河下游径流的影响。结果表明,人类活动对下游径流的影响强度由20世纪70年代的40%增加到了20世纪90年代的68%,是石羊河下游径流减少的主要因素。     

黑河流域近53年气候变化对参考作物腾发量影响研究

全球气候变化已成既定事实,其直接影响着陆地蒸散发及水平衡。基于Mann-Kendall非参数检验法、Pettitt突变点检验法以及GIS的空间分析功能,分析了黑河流域16个站点1960-2012年风速、气温、湿度、净辐射和参考作物腾发量(ET_0)的时空变化特征,并采用去气象因子趋势法评估了气候变化对ET_0的影响。结果表明:黑河流域平均风速、平均相对湿度、净辐射呈减少趋势,平均气温呈显著增加趋势;在气候变化背景下,流域参考作物腾发量年均减少0.37mm。各站年ET_0与气温、风速、净辐射呈正相关,与相对湿度呈负相关,且影响ET_0的主要气象要素是气温和风速。额济纳旗和高台参考作物腾发量的变化很大程度上决定着流域参考作物腾发量的变化。ET_0和各气候因子均存在明显的突变点和时空差异;流域ET_0的变化也存在时空差异,风速变化是导致其空间差异的主要原因。     

气候变化对和田河径流的影响研究

以和田河为研究对象,根据和田河流域1953-2014年径流数据,以及和田气象站的降水(0.1 mm)、气温、湿度(1%)同时段的数据,采用Mann-kendall突变检验、功率谱分析方法及模比系数差积法分析了和田河流域的气候和径流特征,同时采用标准化方法分析气候因子以及利用逐步回归分析法计算出每个气候因子对径流的影响系数,结果表明:和田河流域降水变化不显著,流域温度变化显著性高。降水变化的周期是5 a、突变年份是2001年,温度变化的周期是13 a、突变年份是1997年。和田河径流有波动上升的趋势,倾向率为0.3123,标准化之后变差系数是0.28,说明径流年际变化比较大且不稳定。计算气候因子对径流的相关性,得出温度对径流的相关系数最大,为0.437,建立回归方程,得出当和田河流域温度偏多或偏少2%时,和田河年径流量会偏多3.2%或偏少0.8%。气候变化对流域径流的影响主要是气温引起的。     

SWAT分布式模型在新兴江流域径流模拟中的应用研究

分布式水文模型是研究变化条件下流域水资源演变规律的有效工具。本文以新兴江流域为研究区域,整合流域下垫面信息与气象数据,基于GIS平台构建了SWAT分布式水文模型。选用腰古站1990-2003年历史月径流资料,对模型进行参数敏感性分析与率定,验证模型在流域的适用性,在此基础上,运用增量情景法,分析气候变化对流域径流产生的影响。结果表明:模型率定期与验证期的总径流相对误差均在±10%以内,Nash-Sutcliffe系数均在0.90以上,总体模拟效果十分理想;降水与气温的变化给流域径流带来不同程度的影响,径流量对降水变化的响应比气温更加敏感。通过径流模拟,SWAT模型可以为变化环境下新兴江流域的水资源规划与管理工作提供有效的参考依据。     

近55年来气候变化和人类活动对增江径流变化影响的定量研究

为探讨增江流域径流的变化特征及其对气候变化和人类活动的响应,选取1960-2015年河流实测径流量进行计算和分析。结果表明:56 a年来,增江流域径流总体呈微弱增加趋势,每10 a增加0.6 mm,1960s径流量最少,2000s的径流量最多,1960-1972年为枯水期,1972-1984年为丰水期,1984-1991年为枯水期,此后至今一直为平水期。增江流域具有明显的丰枯季节变化,汛期流量占年径流总量的80%,径流总体呈明显的不对称双峰型,最大峰值出现在6月份,而次峰都出现在8月,夏季Cv值最小,冬季丰枯振荡最为明显。域内气候增暖明显,降雨量增加,蒸发量减少,下垫面参数n减小,对径流的增加十分有利。径流对各因子的敏感度绝对值为:最低气温最高气温降水相对湿度太阳辐射LUCC风速。气候变化和人类活动的多年平均贡献率分别为51.1%、48.9%。1980s后人类活动对径流影响程度大幅增加,2000s后人类活动影响减少,趋于缓和,人类正在努力和自然处于一种和谐平衡关系。因此,人类活动对径流变化的影响不容忽视。