基于Budyko假设的金溪流域径流变化归因分析

[目的]探究金溪流域径流变化特征及其原因,对于水库运行调度及水资源管理具有重要指导作用。[方法]基于1982—2015年流域气象水文数据以及植被NDVI数据,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验及滑动T突变检验法分析径流变化特征,进一步采用Budyko水热耦合平衡方程计算各影响因子对流域径流变化的贡献率。[结果]金溪流域年径流深、降雨量均呈不显著上升趋势,变化速率分别为3.89 mm/a, 8.43 mm/a。潜在蒸散发量呈显著上升趋势,变化速率为1.17 mm/a。通过突变检验可将金溪流域径流序列分为基准期1982—2002年和变化期2003—2015年。金溪流域径流变化归因分析表明：下垫面变化对径流变化的贡献率为123.55%,潜在蒸散发的贡献率为33.83%,降雨贡献率为-57.38%,流域下垫面变化主要源于植被情况显著改善,其中NDVI在基准期上升速率为0.005/10 a,在变化期上升速率为0.024/10 a。[结论]导致金溪流域径流变化的主要源于植被情况的显著改善,金溪流域径流变化的归因分析为金溪流域的水资源利用提供了理论支持。     

基于Budyko假设的沂河流域径流变化归因识别

气候变化和人类活动是导致径流变化的主要原因,因此计算气候变化和人类活动对沂河流域径流变化的贡献率可为缓解沂河流域水资源紧张提供一定的参考依据。以山东省沂河流域为研究对象,基于1960—2016年的气温、风速、降水和流量等水文气象数据,首先采用Mann-Kendall、有序聚类分析法和累积平距法分析降水量及径流量的变化趋势及突变点,最后采用Budyko水热耦合平衡方程,定量计算了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：1960—2016年沂河流域年径流深呈现显著减小趋势,且在1975年和2003年发生突变,因此将径流序列分为1960—1975年(基准期),1976—2003年(变化期Ⅰ)和2004—2016年(变化期Ⅱ)3个阶段。基于Budyko水热耦合平衡方程计算变化期Ⅰ和变化期Ⅱ中降水、潜在蒸散发和下垫面对径流变化的贡献率,发现导致沂河流域变化期Ⅰ径流减少的主要原因是下垫面条件和降水的改变,贡献率分别为51.42%,49.43%,潜在蒸散发的减少导致径流增加,贡献率为-0.85%;导致变化期Ⅱ径流减少的最主要原因是下垫面条件的改变,占73.11%,其次是降水,贡献率为42.5...     

1995-2016年三岔河上游土地利用变化对径流的影响

[目的]分析1995—2016年间黔中水利枢纽工程的水源区——三岔河上游流域降雨、径流以及土地利用变化情况,通过探讨土地利用变化对径流的影响,为预测未来流域水资源变化规律和黔中水利枢纽工程水资源的调配提供一定的参考依据。[方法]采用常规线性回归和结果模拟来分析降雨和径流的关系,利用土地利用动态变化指标和转移矩阵研究土地利用变化对径流的影响。[结果]20 a来三岔河上游降雨和径流总体呈波动下降的趋势,其演变过程划分为两个阶段：1995—2010年（第一阶段）降雨和径流呈持续下降趋势,2010—2016年（第二阶段）降雨和径流总体呈波动下降趋势,但径流下降幅度较大。1995年以来,流域土地利用结构变化比较明显。草地和林地面积增加5.33%和3.63%,耕地减少了6.92%,耕地向草地、林地和建设用地的转换构成土地利用变化的主导过程。除降雨影响外,土地利用变化是造成径流持续减少的主要原因。2010—2016年,草地和林地分别增加了19.93%和5.25%,耕地和未利用土地分别减少13.93%和87.97%,表明土地利用变化是造成径流大幅减少的主要原因。此外,黔中水利枢纽工程平寨水库的修建,在一定程度上对径流减少具有重要作用。[结论]三岔河上游土地利用变化与径流的变化联系紧密,土地利用变化的结果使径流量减少。     

白龙江上游径流变化特征及其对降水和人类活动的响应

[目的]研究近50a来白龙江上游径流变化特征,并进一步分析径流对降水的滞后效应以及降水与人类活动对径流变化的影响。[方法]以1961—2010年白龙江上游武都水文站的月径流数据和白龙江上游气象站月降水量数据为基础,采用集中度和集中期、Mann—Kendall法、R/S分析法等多种数理统计方法,分析了近50a来白龙江上游径流量在年际、季节和月尺度上的变化特征,并预测了其未来可能的变化趋势。[结果]白龙江上游径流年内分配极不均匀,多年平均集中度Cd达34.92%。近50a来白龙江上游年径流量呈极显著减少趋势(p0.001),变化率为-3.942×108 m3/10a,Hurst指数为0.980.5,表明未来一段时间内白龙江上游年径流量可能继续呈减少趋势。四季和1—12月径流量均呈显著减少趋势(p0.05),年径流量在1990年发生由多到少的突变。白龙江上游径流对降水的响应存在滞后效应,且滞后时间有微弱延长趋势。近50a来白龙江上游径流系数呈显著减小趋势(p0.001),降水量转化为径流的部分逐年减少,径流系数在1990年后减少了0.14。[结论]1990年之前,白龙江上游径流变化主要受降水影响;1990年以后,人类活动逐渐成为影响白龙江上游径流变化的主要因素。     

长江下游秦淮河流域径流变化及影响因素分析

为定量分析气候变化和人类活动对流域径流变化的影响,以我国经济高度发展的长江下游秦淮河流域为例,应用累积距平、线性趋势分析等方法,分析了其1987—2015年的水文气象变化趋势;基于水热耦合平衡方程,计算了流域年径流变化的气候弹性系数和下垫面弹性系数,对径流变化进行了定量的归因分析。结果显示:（1）1987—2015年流域年径流呈增加趋势,并在2001年左右发生明显转变,由此将研究期划分为1987—2000年与2001—2015年两个阶段。（2）年降水量多年变化趋势并不明显,年潜在蒸散发总体呈上升趋势。与转变发生前相比,2001—2015年期间年均降水量增加2.42%,年均潜在蒸散发量增加6.24%,二者变化幅度不大,而下垫面参数变化幅度较大。（3）径流对于降水、潜在蒸散发以及下垫面的弹性系数分别为0.69,-0.92,-0.64,气候与下垫面变化对径流增加的贡献率分别为-9.6%,115.5%,可见人类活动对径流影响更大,同时也存在其他因素对径流变化产生较小影响。     

黄土高原昕水河流域径流变化归因定量分析

近几十年来,黄土高原昕水河流域实测径流量减少显著,对区域生态环境及用水安全造成严重影响。采用水文模拟途径,还原了天然径流量系列,在此基础上,定量评估了气候要素和水土保持等人类活动对河川径流量的影响。结果表明,考虑融雪过程的水量平衡模型对昕水河流域径流量具有较好的模拟效果,率定期及检验期Nash-Sutcliffe确定性系数均在70%以上,模拟的相对误差也小于3%。径流量系列自1966年发生了较为明显的变化,1966—2010年流域径流量深较前期减少29.2 mm,其中,包括流域水土保持措施的人类活动对河川径流量变化的影响约站49.3%,气候要素变化的影响略微偏高,约占50.7%。因此,在未来流域治理及生态文明建设中,气候要素变化对流域水文水资源的影响必须引起足够的重视。     

黄河上游径流资源及其可能变化趋势分析

据黄河上游地理、气候特征,提出了一个考虑封冻、融雪、变径流系数的大尺度流域水流模拟模型,检验了模型的合理性和有效性,进而分析了“温室效应”将对黄河上游２０３０年河川径流资源的影响。     

黄河上游主要干支流近期降水、径流统计特征变化分析

根据降水对径流的影响,利用假设统计检验法对黄河上游干流唐乃亥和支流洮河、湟水河、大通河四个流域——即刘家峡以上黄河主要干支流流域,近30年来的降雨径流变化趋势进行了分析与检验。为探讨流域蓄水特征和产流特征变化,考察总径流量变化趋势,分别对枯季径流、汛期径流、年径流及相应时段降水做了同步分析,并分区域探讨了降水和径流的变化趋势及其变化原因,得出黄河上游径流在这四个流域有减少的趋势,但程度各不相同的结论。湟水和大通河在降水和径流方面的变化均不显著,洮河流域降水减少最为明显,且下游减少最为厉害。在径流方面,洮河汛期径流量变化趋势不同于降水,人类用水量的行为已改变了径流序列的时程变化特性。唐乃亥降水特性有所变化,但更为突出的是枯季径流显著减少,对造成此现象的原因尚需进一步调查研究。     

长江支流嘉陵江水沙变化趋势及其驱动因素分析

近20年来,嘉陵江流域输沙量明显减少,其变化将对长江三峡库区水沙运动以及泥沙冲淤变化等产生重要影响。根据嘉陵江控制水文站实测水沙资料,采用定量分析的方法,分析了嘉陵江流域年降水量、河道径流量和输沙量的变化趋势及其发生显著变化的临界年份。结果表明:嘉陵江流域的径流量和输沙量都有显著的减少趋势;年降水量没有表现出明显的变化趋势。年径流量及输沙量发生显著趋势性减小的临界年份分别为1993年和1984年。同时,利用历时曲线和双累积曲线两种方法,量化了嘉陵江流域径流量与输沙量的减少量,定量分析了降水和人类活动对嘉陵江径流及输沙量的影响,进一步探讨了嘉陵江流域水沙变化的驱动因素。     

黄土高原典型流域河川径流水文情势变化及其归因分析

[目的]分析黄土高原典型流域河川径流水文情势变化及其原因,为该区域水土保持与水资源高效利用提供科学支撑.[方法]选取渭河支流散渡河与无定河支流大理河为研究区,利用甘谷站和绥德站1965-2018年的气象水文资料,采用线性回归、Mann-Kendall检验、累积距平和双累积曲线法分析散渡河和大理河的径流变化特征及其驱动因...     

淮河上游径流演变规律及其对气候驱动因子的响应

[目的]研究淮河上游径流的变化趋势及其对气候驱动因子的响应,为防洪防汛,水资源的合理规划管理及区域社会经济可持续发展提供决策依据。[方法]基于1975—2014年淮河上游的年平均流量、降水、蒸发数据,使用时序分析、交叉小波分析法和弹性系数法,分析河川流量和气候要素的变化趋势及周期性特征,探讨淮河上游径流对气候驱动因子的响应状况。[结果](1)淮河流域上游河段流量、降水量呈不同程度的减少趋势,递减率分别为3.8m3/(s·10a)和26.3mm/10a,而潜在蒸散发量的变化趋势不明显。(2)淮河流域上游流量的周期变化主要是6~12a的年际变化,年降水量在2a左右的年际变化周期与年潜在蒸散发量的基本一致。年流量和年降水量、潜在蒸散发量的显著相关区域均主要分布于20世纪90年代以后。(3)通过定量估算气候因子对流量影响,发现年降水和年潜在蒸散发对流量的弹性系数εP和εEo分别为2.30和-0.47。年流量与降水量关系密切,而与潜在蒸散发的关系不大,未来降水的变化是影响水资源变化的主要因素。[结论]在气候变化、流域下垫面和人类活动的综合影响下,河川径流的年内分配均匀度发生着相应变化。     

长江上游流域径流变化

分析长江上游流域5个主要控制站：金沙江屏山、岷江高场、嘉陵江北碚、长江上游干流寸滩及乌江武隆的月流量变化。结果表明,高场和北碚站的径流显著减少,寸滩站径流则稍微减少。从年内分配上看,9-11月份减少较多。寸滩站径流减少主要受岷江和嘉陵江流域降水量减少和人类活动的影响。     

黑河上游地表冻融指数与径流关系

[目的]探讨黑河上游地表冻融指数与径流的关系,为该流域的径流预测及水资源合理开发利用提供科学依据。[方法]利用1979—2006年黑河上游西支水文站和气象站的月平均径流、降水和气温资料,对该流域冻融指数变化、融化和冻结阶段径流变化进行分析,并对地表冻融指数与径流的关系做了进一步探讨。[结果]冻结指数和融化指数分别具有明显减少和增加的趋势,且在1990—2005年表现更为突出。径流在融化阶段变化趋势不明显,在冻结阶段呈现减少趋势,其中冬季径流减少趋势较为明显。季节冻融过程对冬季径流减少具有较为重要的影响,主要表现为冻结指数显著减小,表明土壤季节冻结过程中气温升高,这很可能使得冬季地表积雪更多地进行升华,从而削减了对径流的补给,导致了径流量的减少;融化指数显著增大,导致土壤季节融化深度增加了13~14cm,从而增加了土壤的调蓄空间,使得部分地表水储存于活动层,导致地表冬季径流量减少。[结论]季节冻融变化是影响黑河上游径流的一个不可忽视的特殊因子。     

退耕还林(草)对北洛河上游水沙变化的影响

为探究黄土高原地区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以植被恢复较好的北洛河上游为研究区域,根据其控制站吴起水文站1971—2010年4—10月实测水沙资料,定量分析降水量、径流量和输沙量三个水文要素的变化趋势和发生突变的年份。结果表明:1971—2010年,降水量并未发生显著的趋势性变化,径流量和输沙量呈显著减小趋势;综合四种突变点检验方法结果,并结合水土保持措施资料,确定径流量和输沙量的突变年份为2002年;利用双累积曲线定量分析降水和以退耕还林（草）为主的人类活动对径流量与输沙量的影响,相对于1971—2002年,2003—2010年降水和人类活动对径流量的影响程度分别为70.8%和29.2%,对输沙量的影响程度分别为34.0%和66.0%。植被的减沙作用明显大于减水作用,以退耕还林（草）为主的人类活动是北洛河上游流域泥沙减少的主要驱动力。     

赣江上游典型流域水沙过程及驱动因素

[目的]对赣江上游典型流域水沙过程及驱动因素进行分析,为该区域土壤侵蚀治理、土地利用和功能调整等工作提供科学依据。[方法]根据桃江流域1980—2015年逐日水沙实测资料,运用MannKendall突变检验法及其它统计方法分析了桃江流域的水沙变化特征,结合水文法、双累积曲线法对降水量、径流量和输沙量三者之间的相互关系进行探讨,并以此来确定桃江流域水沙变化的驱动因素。[结果](1)桃江流域输沙量呈现显著减小趋势,突变时间出现在2005年,径流量同样出现递减趋势,但其递减趋势不甚显著,其递减时间开始于2003年。(2)径流量和输沙量突变开始的时间不同,水沙特性的划分阶段亦不同:径流量可划分为1980—2002年和2003—2015年2个阶段,输沙量可划分为1980—2004年和2005—2015年两个阶段。(3)桃江流域径流量在2003—2015年时段内年均减少量为7.26×10~(10) m~3,输沙量在2005—2015年时段内年均减少量为8.82×10~7 t。(4)人类活动引起的减水量为5.77×10~(10) m~3/a,占总减水量的76.8%;减沙量为8.44×10~7 t/a,占总减沙量的95.7%。[结论]研究区内水沙均呈减少趋势,其中输沙量减少显著。降水与人类活动引起的减水减沙量的比值约为4∶1。     

淮河上游径流年内分配均匀度及变化规律

研究淮河上游径流量的年内分配均匀度及其变化周期,为防洪防汛,水资源的合理规划管理及区域社会经济可持续发展提供决策依据。选取1975—2014年淮河上游2个水文代表站点(大坡岭和长台关)实测逐日流量数据,计算各年平均流量基尼系数和洛伦兹不对称系数,采用线性倾向率、Mann-Kendall突变检验、R/S分析和小波分析等数理统计方法,分析了淮河上游流量的年内分配均匀度、变化趋势及周期特征。结果表明:(1)近40年淮河上游大坡岭和长台关水文站的逐年平均流量均呈微弱下降趋势,其线性倾向率分别为-1.68m~3/(s·10a)和-3.83m~3/(s·10a)。年均流量的基尼系数变化幅度不明显,年平均基尼系数分别为0.54和0.53。洛伦兹不对称系数呈不显著上升趋势,大于1的洛伦兹不对称系数的年份占总年份的比例分别约为65%和57.5%;(2)2个水文站的Hurst指数都略大于0.5,表明存在显著的Hurst现象,即该地区年径流时间序列大体上延续历史变化趋势,说明在未来一段时间内年径流量仍将微弱减少;(3)近40年淮河上游年径流变化主要存在3a,12a和28a的主周期。在气候变化、流域下垫面和人类活动的综合影响下,河川径流的年内分配均匀度发生着相应变化。     

黄河上中游区径流量格局长期变化过程

河川径流不仅是水资源重要的构成部分,也是自然界中水分循环的重要环节,径流量的变化直接影响区域特别是干旱区水资源的开发利用。基于黄河中游上中下三个站点(河口镇站、吴堡站以及三门峡站)1919—2013年月径流量资料,采用Spearman相关法、有序聚类法等方法分析黄河不同区间年、月径流量演变规律,揭示年径流量突变前后径流量年内集中度和不均匀性差异。结果表明:黄河上游和中游径流量因人类活动作用具有明显趋势性减小,而因气候作用表现出显著的阶段性。在径流量突变年份后,黄河上游径流量上游集中度降低,不均匀度减小,径流量年内分配趋于均匀,但黄河中游地区径流量年季不均匀性反而增大。