抚河流域水文要素演变特征与驱动因素分析

气候变化和人类活动导致流域水循环过程发生改变,对水文过程的变化进行检测与归因,能够为流域水资源开发利用、防洪减灾等提供技术支撑。以抚河流域为研究区,利用非参数检验、回归分析等方法,分析了1955—2008年流域降水、径流等水文要素的演变特征与突变节点,定量分析了气候变化和人类活动对径流影响的贡献率。结果表明:近60 a来,抚河流域年均降水量呈弱增加趋势,年径流量呈弱减少趋势;1967年之前,人类活动扰动较小,年径流量相对比较稳定;1968—2002年间,年径流量呈弱上升趋势,该阶段人类活动对径流量的改变占主导作用,贡献率为78.6%;2002年以后,径流量呈减小趋势,该阶段气候变化对径流量的改变占主导作用,贡献率为76%。     

1990年以来湖南四水入洞庭湖总汛期径流量变化特征及驱动因素

分析湖南四水入湖总汛期径流量变化特征及其驱动因素能够为湖南省水资源开发管理和水旱灾害的防治提供重要的科学依据.应用滑动平均法和Mann-Kendall非参数趋势检验法分析了1990年以来湖南四水入湖总汛期径流量变化特征;应用降水-径流双累积曲线和主成分分析法分析了导致四水入湖总汛期径流量变化的驱动因素.结果表明:1)湖南四水入湖总汛期径流量年际分配不均匀,并以15.783×108 m3/a的速度递减;湖南四水入湖总汛期径流量"丰—枯"变化的时间拐点和突变点均发生在2004年.2)降水-径流双累积曲线显示出明显的向右下方的偏转,其衰减率为17.45%.3)致使湖南四水入湖总汛期径流量减少的驱动因素中,自然因素所占的比重为26.82%,人类活动因素所占比重为73.18%,是其主要驱动因素.     

漓江上游水沙对降水、土地利用变化的响应

为了探究漓江流域上游水沙对气候和土地利用变化的响应特征,基于气温、降水量、径流量、输沙量,结合土地利用数据和归一化植被指数(NDVI)数据,应用Mann-Kendall检验法、双累积曲线法分析漓江上游水文气象要素变化趋势,利用累积量斜率变化率比较法定量揭示气候因子对上游径流变化的贡献率,结合植被覆盖变化特征探讨土地利用类型变化对河流水沙的影响。结果表明：1965—2019年漓江流域上游气温呈显著增加趋势,降水量、径流量、输沙量未呈现显著增加或减少趋势,同时期NDVI呈上升趋势,但土地利用结构未发生明显变化,仍以林地、耕地为主。漓江上游气温未出现突变点,降水量与径流量于1991年发生突变,1992—2019年漓江上游NDVI平均值显著高于突变前的1981—1991年,耕地面积平均值与林地面积平均值显著低于突变前的1981—1991年;输沙量于2003年发生突变,2004—2019年漓江上游NDVI平均值与建设用地面积平均值显著高于1981—2003年。降水对径流改变的贡献率为56.30%,降水量-径流量关系并未在突变点前后发生改变。降水量对输沙量改变的贡献率为-12.67%,降水量-输沙...     

抚河临水流域径流量变化及其对降雨的响应

利用抚河临水流域1979—2008年降水和径流数据,采用累积距平法、M-K非参数检验、小波分析以及累积量斜率变化率法,分析了临水流域径流量变化特征及趋势,并定量分析降水和人类活动对临水流域径流变化的影响程度。结果表明临水流域径流量年内变化为单峰型曲线,径流量的季节差异较大;年径流量呈下降趋势,但变化趋势都不明显;径流量变化的突变年份为1984年和2002年;年径流量存在7 a和14 a周期变化,其中14 a周期振荡最显著;相对于基准期AR(1979—1984),BR(1984—2002)和CR(2003—2008)时期降雨对径流的降水变化对径流变化的贡献率分别为75.5%和59.92%,贡献率均在59%以上,说明降雨是导致临水流域年径流量减少的主导因素。随着社会经济的发展,人类活动对径流变化的影响也逐渐显现出来。     

黄土高原变绿对黄河中游延河流域径流演变的影响估算

近年来,黄土高原变绿对黄河中游,特别是黄土高原的径流演变扰动显著且影响强烈,估算其影响对保障区域水安全与黄河流域高质量发展意义重大。基于1959～2016年黄河中游延河干流延安水文站控制流域(以下简称“延河流域”)径流量及同期面降水量,识别了径流演变的变异年份,分析了径流与降水和土地利用/覆被变化间的响应关系,定量估算了黄土高原变绿对延河流域径流非一致性变化的影响。结果表明:延河流域在1970、1996年发生了径流变异,总体呈现衰减趋势; 若以1970年之前径流过程为参照基准,则可得统计期内降水变化导致径流减少2.8×10⁸ m³,贡献率为18.1%; 1971～1995年,延河流域径流主要受以水利工程建设为主导的人类活动影响,驱动径流减少4.75×10⁸ m³,贡献率为30.6%,之后径流变化由新增人类活动和植被恢复为主导的黄土高原变绿联合驱动,贡献率分别为3.7%和47.6%。综上所述,黄土高原变绿正在成为驱动延河流域径流减少的主要因素,潜在威胁着黄土高原未来的水资源安全与社会发展。     

气候变化下海河流域未来水资源演变趋势

气候变化将对水资源产生重要影响,评估气候变化对水资源的影响可为区域可持续发展提供重要依据。海河流域是我国水资源供需矛盾最为突出的地区之一。本研究的目标是评估气候变化对海河流域未来2021—2050年水资源的可能影响。基于IPCC AR5的7个全球气候模式在3种排放情景(RCP2.6、RCP4.5及RCP8.5)下的资料驱动可变下渗容量模型,模拟了海河流域未来水资源的变化情势。结果表明:可变下渗容量模型在海河流域具有较好的适应性,率定期和检验期的水量相对误差Er都控制在±5%以内,各站月径流过程的Nash-Sutcliffe模型效率系数NSE达到0.70以上,日径流过程的NSE达到0.60以上;与1961—1990年基准期相比,未来2021—2050年海河流域水资源将呈现略微增加的趋势,其中流域北部水资源的增加趋势更为明显,滦河及冀东沿海和海河北系的增幅分别为1.52%~10.40%和2.72%~10.62%,徒骇马颊河水系在不同情景下预估的水资源各有增减,预估结果的不确定性较大。未来海河流域水资源短缺的问题尚不能得到根本性改变,仍需通过加强水资源综合管理来应对。     

基于小波变换的径流周期与ENSO事件响应关系研究

在气候变化和人类扰动下,河川径流过程变化日益复杂,探索径流变化对气候因子(ENSO事件)的响应规律,掌握区域水资源发展动态,对科学制定区域水资源规划和管理策略及满足人类需求与生态系统的水平衡要求极为重要。通过交叉小波变换法与凝聚谱方法,分析陕西省渭河咸阳站、无定河丁家沟站、汉江安康站河川径流规律与ENSO事件的相关性,从物理驱动因素层面探讨径流周期变化的潜在机理。分析结果显示:20世纪70年代以前,各站径流与ENSO指数(MEI指数)在小尺度2~4 a周期上均存在着显著的负相关;从20世纪70年代开始,径流与ENSO指数的相关性变得复杂,这与研究区内人类活动影响增强并成为径流驱动的主因有关。研究表明:交叉小波变换法与凝聚谱方法适用于水文和气象要素间响应关系的分析,可深层次地揭示两者之间的相关性和响应时滞方面的联系,可反映气候因子对径流过程影响的时域变化特征。案例结果表明:陕西省河川径流变化在20世纪70年代以前主要受气候因子驱动,响应较为紧密;20世纪70年代以后,人类活动影响逐渐超越气候因子影响,径流变化表现为人类与气候双驱动模式,且以人类活动为主。     

淮河流域上游地区径流对气候变化的响应分析

为分析淮河流域上游地区径流对气候变化的响应,基于1959—2008年日尺度气象数据与径流数据,将SWIM分布式水文模型与统计方法相结合,定量分析了上游径流对气候要素敏感系数以及各气候要素对径流的贡献率,得到以下结论:1淮河流域上游干流区域径流对降水的敏感性明显高于对气温的敏感性,径流对气温的敏感性十分小,所以,气候变化对淮河流域上游地区径流的影响主要表现在对降水的影响上;2淮河流域上游地区降水对径流的贡献率为6.1%~7.7%,气温对径流的贡献率为-0.5%~1.0%。     

近50年来长江上游泥沙情势变异及影响因素分析

为了定量评价长江上游近50年来的泥沙情势变化,分别运用Mann-Kendall非参数检验法、滑动T突变检验法,对长江上游寸滩站、宜昌站1965—2016年的输沙数据进行趋势和突变分析,采用累积量斜率变化率法评价气候变化和人类活动对长江上游来沙量变化的贡献率,并运用河流影响因子法对长江上游年输沙量发生变化前后的改变度进行综合定量评价。结果表明:(1)长江上游年输沙量呈现出显著的下降趋势,寸滩站、宜昌站的年输沙量均分别在1992年、2003年发生突变;(2)可将寸滩站、宜昌站的年输沙量划分为3个阶段,时间节点均为1992年和2003年;(3)人类活动是引起长江上游流域输沙量显著减少的最主要原因;(4)长江上游寸滩站年输沙量发生了高度改变,宜昌站年输沙量发生了严重改变。     

基于MODIS数据的锡林郭勒草原植被覆盖变化及驱动因子分析

防治荒漠化管理往往需要掌握人类因素对植被生长动态影响的关键数据,气候变化背景下的干旱半干旱地区草原植被覆盖多属于缓慢量变,这种变化很难通过土地利用/覆盖类型的转换来分析.旨在掌握2001—2014年内蒙古锡林郭勒草原植被覆盖变化时空特征,定量掌握关键区域气候因子与植被的动态关联关系,进而分离和评估气候和人类因素对区域植被覆盖变化的贡献.结果表明:研究区植被覆盖2001—2014年总体呈增加趋势,年内最大的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)每年增幅为0.001 8;气温和降水对锡林郭勒草原植被变化均有显著作用,两者共同驱动的NDVI预测模型决定系数(R2=0.65)大于气温(R2=0.46)或降水(R2=0.54)单要素驱动的结果;气候和人类因素对区域植被覆盖增长总体均呈现积极的作用,人类因素特别是生态治理保护措施对草原植被覆盖的贡献远大于气候因素变化.耦合遥感数据的植被变化驱动力分析方法,有助于提高干旱半干旱地区人地相互作用的定量评估能力,为防治荒漠化工作提供重要科学数据支撑.     

近60年来黄河流域气候变化及河川径流演变与响应

气候变化是区域水文变化最直接和重要的驱动因素。采用Mann-Kendall方法,系统分析了黄河流域近60 a来气温、降水、径流的演变特征,探讨了不同阶段的降水-径流响应关系。结果表明:近60 a来,黄河流域气温显著性升高;降水量总体减少,但呈非显著性变化趋势;受环境变化的影响,实测径流量呈显著性减少趋势。黄河干支流4个重点水文站的实测径流与响应区间降水量之间存在较好的相关性,但不同年代的降水-径流关系存在一定差异,特别是21世纪以来,相同降水下的产流量明显偏少,反映了人类活动对区域水文情势的显著影响。     

气候变化与灌溉对都江堰灌区参考作物蒸散量影响研究

为解决气候变化与灌溉对区域参考作物蒸散量(ET0)的影响问题,利用Penman-Monteith公式计算都江堰灌区5个站点60年逐日蒸散量,定性定量研究气候变化与灌溉对灌区蒸散量的影响。结果表明:近60年灌区蒸散量总体呈降低趋势。各气候变量对蒸散量的敏感性由高到底依次为相对湿度、平均温度、日照时数、风速;风速、日照时数的降低是蒸散量下降的主要原因,灌区建设前后相比,遂宁站风速的下降趋势远大于全国风速的下降趋势,灌溉主要使区域风速显著下降。在春、夏、秋、冬、主要作物生长期,蒸散量变化的主控因素分别为平均温度、相对湿度、平均温度、相对湿度和相对湿度。灌区灌溉与气候变化对蒸散量影响分别为49.97%、50.03%,因此气候变化与灌溉是引起灌区蒸散量变化的重要原因。     

基于水热平衡的抚河流域地表径流长期预估

预估气候变化背景下流域地表径流的变化是水资源合理开发与利用的前提。以抚河流域为研究区,从地表径流形成的宏观机理出发,基于水热平衡构建可描述大尺度上气候要素、下垫面要素和地表径流3者之间定量关系的流域尺度水文模型。结合假定的气候变化情况和CMIP5气候变化预估成果,评估抚河流域对气候变化的敏感性,并预估2020—2050年期间抚河流域地表径流的变化。结果表明:1)所构建的抚河流域水热平衡模型对年尺度径流模拟效果较好,且模型参数少,计算简单。2)抚河流域对气候变化敏感性相对较低,气温每升高1.0℃,地表径流减少3.6%～6.3%;降水每增加1%,地表径流增加1.7%～1.9%。3)未来抚河流域表现出增温的特点,2020—2050年多年平均气温相对于1961—1990年增加1.1～2.6℃,多年平均降水量的变化存在较大不确定性。在不考虑与其他模式差别较大的GFDL-ESM2M条件下,未来地表径流将减少10%～11%。     

荥经河流域径流变化过程分析

为了研究荥经河流域径流演变规律,定量分析影响因素,根据荥经站1965—2010年径流数据及相关气象资料,利用小波分析法、双累积曲线法,综合分析了荥经河流域径流变化过程及影响因素,应用多元线性回归法建立了径流回归模型,并对1965—2010年的径流进行了模拟。结果显示,荥经河流域径流量有减少的趋势,特别是近20年来,枯水年出现的概率增大;1975—1990年、2001—2010年,降雨是影响径流变化的最主要因素,而在1991—2000年人类活动对径流的影响较大;所建立的径流回归模型拟合性较好,有较强的实用性。     

基于主成分分析法的流域水循环效应

针对主成分分析法能解决多因素影响的优点,分别介绍了主成分分析法的原理和算法,并将其运用到流域水循环效应综合评价中.在年尺度下,选择降雨、输沙和径流作为析因变量,借助SPSS软件包进行析因研究,以黄河清涧河流域为例,确定各因素在水循环效应中的贡献率.结果表明:人类活动对流域“二元水循环”的驱动力活跃,对于减水、减沙的贡献率分别达到97.7%和92.0%,且时间尺度越大这种水循环效应表现得越明显.可以认为,在全球气候变化背景下,人类活动因子是清涧河流域水循环的主要驱动因子,降雨因子的作用不显著.     

南昌工程学院科研项目介绍国家自然科学基金青年基金资助项目基于水资源系统演变不确定性的水资源短缺风险评估

随着气候变化和人类活动的影响,水资源短缺在全球范围内呈加剧趋势。水资源系统演变过程的不确定性给准确评估水资源短缺风险带来困难。识别水资源系统演变中的不确定性及评估其造成的水资源短缺风险,是水文水资源研究领域的前沿和热点问题。水资源短缺影响因素众多、风险来源广泛以及演变过程的不确定加大了对其风险进行评估的难度。     

沿海快速发展地区城乡系统承载力的定量评估——以海南省为例

通过建立区域城乡系统承载-消耗定量评价模型,对1995—2005年海南省城乡系统承载力状态进行了评估与实证分析。结果表明:(1)海南省区域城乡系统状态呈现波动变化,经历了一个超载—可载—超载的过程;(2)社会经济承载力与资源环境承载力均呈波动上升趋势,二者的协调度为0.60,是复合承载力的3倍;(3)各要素承载对复合承载力的贡献率大小顺序依次为:社会经济水平、人力资源基础、外部支撑能力、生态环境状况和资源禀赋条件,平均贡献率分别为31.40%、22.71、18.79%、13.64%和13.45;(4)1995—2004年经济发展消耗水平是区域发展消耗水平的主导驱动因素,贡献率为61.88%,2005年区域对外输出能力超过经济发展消耗水平,贡献率分别为46.89%和44.75%。     

（研究生论坛）气候变化与灌溉对都江堰灌区参考作物蒸散量影响研究

摘 要：为解决气候变化与灌溉对区域参考作物蒸散量（ET0）的影响问题,利用Penman-Monteith公式计算都江堰灌区5个站点60a逐日ET0,定性定量研究了气候变化与灌溉对灌区ET0的影响。结果表明：近60a灌区ET0总体呈降低趋势;各气候变量对ET0的敏感性依次为相对湿度、平均温度、日照时数、风速,风速、日照时数的降低是ET0下降的主要原因,灌区建设前后相比,遂宁站风速的下降趋势远大于全国风速的下降趋势,灌溉主要使区域风速显著下降;在春、夏、秋、冬、主要作物生长期,ET0变化的主控因素分别为平均温度、相对湿度、平均温度、相对湿度和相对湿度;灌区灌溉与气候变化对ET0影响分别为49.97% 、50.03%,因此,气候变化与灌溉是引起灌区ET0变化的重要原因。     

南昌工程学院科研项目介绍

<正>国家自然科学基金青年基金资助项目基于水资源系统演变不确定性的水资源短缺风险评估(项目编号:51309129)随着气候变化和人类活动的影响,水资源短缺在全球范围内呈加剧趋势。水资源系统演变过程的不确定性给准确评估水资源短缺风险带来困难。识别水资源系统演变中的不确定性及评估其造成的水资源短缺风险,是水文水资源研究领域的前沿和热点问题。水资源短缺影响因素众多、风险来源广泛以     

城市水资源适应气候变化能力评估方法研究--以北京市为例

根据北京市独特的城市发展和气候变化特征,将极端气候风险因子、城市化的影响及城市水资源系统三者叠加分析,借助文献调研、参考国外文献中适应能力评估指标体系的原则和方法,采用专家咨询、聚类分析、层次分析等方法,并经指标初选、指标优化、指标体系试评估、评估结果复审、二次优化等步骤,最终确立一套针对北京市水资源系统的"供水-需水-水质"三维适应气候变化能力的评估体系.