环境变化下荆南三口河系水文干旱演变特征及归因分析

环境变化下水文干旱研究是水科学研究领域的热点问题之一。根据荆南三口河系1956-2017年5个水文站和22个气象站实测数据,采用标准化径流指数（Standardized Runoff Index,SRI）、降水-径流多元非线性模型、累积量斜率变化率比较法辅以Mann-Kendall检验法等方法,分析环境变化前后荆南三口河系62年水文干旱演变特征,并定量分解气候变化（降水量、蒸发量）和人类活动对径流量衰减的影响。结果表明：荆南三口河系整体干旱频率较高,变化期干旱事件发生频次多且等级高,多尺度干旱平均频率达42.96%,稳定期极少出现干旱现象;三口地区年径流量、年蒸发量在长时间序列上均呈下降趋势,年降水量较为稳定,年径流量检验的突变年份为1970年、1985年和2003年;人类活动是促使三口河系年径流量逐渐衰减的主要原因,1971-1985年、1986-2003年和2004-2017年三个时期人类活动对径流量变化（水文干旱演变）影响的贡献率依次为91.14%、103.73%、78.33%。     

环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究

20世纪70年代后我国许多河流的径流量呈下降的趋势.在这些趋势变化中,如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文研究的热点和难点.提出了区分人类活动和气候变化影响的分析思路以及定量计算方法.介绍了SIMHYD概念性降水径流模型,并应用黄河中游汾河流域"天然"时期的水文、气象资料率定了模型参数,通过水文模拟还原了人类活动影响期间的天然径流量,进而分析了汾河流域径流情势的变化原因.结果表明:SIMHYD降水径流模型对汾河流域天然月径流过程具有良好的模拟效果;就1970-1999年的平均状况而言,气候因素和人类活动对径流的影响量分别占径流减少总量的35.9%和4.1%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素.     

环境变化对澜沧江出境水文过程变异的影响

变化环境改变河流水文节律,影响流域水资源的开发利用;澜沧江-湄公河是位于东南亚源于中国西南的跨境河流,科学厘清澜沧江径流变化原因是实现澜沧江-湄公河流域跨境水利益共享的重要基础工作。基于1961—2020年允景洪水文站的实测径流量资料,采用数理统计与水文模拟相结合的研究途径,诊断径流序列的变异特征,定量分析气候变化和人类活动对径流及其年内分配的影响。结果表明：(1) 1961—2020年允景洪站实测年径流量呈显著性减少趋势,其中,1—5月径流量呈增加趋势,6—12月径流量呈减少趋势;实测年径流量在2008年发生突变。(2) RCCC-WBM模型能够较好地模拟基准期(1961—2008年)的天然径流量过程,模拟相对误差小于1%;模拟的人类活动影响期间(2009—2020年)天然径流量约为371.8 mm,较基准期偏少6.8%,这是气候变化引起的。(3)水利工程建设运行是澜沧江最主要的人类活动,是水库蓄水运行期(2009—2013年)径流减少的主要原因;气候变化对水库稳定正常运行期(2014—2020年)径流减少贡献更大,约为61.7%。(4)水库运行调度使得2014—2020年汛期(6—...     

气候变化与人类活动对渭河源区近30年径流量影响研究

利用渭河源区渭源水文站和气象站1981—2010年气温、降水、蒸发以及径流实测资料,运用坎德尔秩次相关、斯波曼秩次相关、线性趋势回归检验法对水文气象要素变化趋势进行检验,利用双累积曲线以及累积距平曲线找出年径流量突变年份,运用定量分析法计算气候变化与人类活动对径流量变异的贡献程度。结果显示:渭河源区年均降水量与年径流量均呈减少趋势,年均气温与年蒸发量呈显著上升趋势;渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量、年径流量均发生显著性突变;年均降水量与年径流量相关性最高,降水量是影响渭河源区年径流量衰减主要气象因素;气候变化与人类活动对径流量变化的贡献率分别为23.2%和76.8%。人类活动是渭河源区流域径流量变异的关键驱动因素,对径流量变化的影响远大于气候变化影响程度。     

中国主要江河径流变化成因定量分析

变化环境下中国主要江河实测径流量发生了较为明显的变化,科学理清径流变化原因是流域水资源评价和管理的重要基础工作。基于中国七大江河代表性水文站1956-2018年的实测径流量资料,诊断了变化环境下水文序列的变异性特征;采用水文模拟途径,定量评估了不同驱动要素对径流变化的影响。结果表明:①淮河、长江和珠江实测径流量变异性特征不明显,相比而言,北方主要江河实测年径流量系列存在较为明显的突变性,但最显著的变异点发生时间存在差异,变异前后降水径流关系发生较大变化。②RCCC-WBM模型能够较好模拟中国南方湿润区和北方干旱区江河天然径流量过程,该模型可以用来还原人类活动影响期间的天然径流量。③总体来看,人类活动对中国北方江河径流量的影响大于气候变化的影响,气候变化是中国淮河及其以南江河径流变化的主要原因。     

气候变化和人类活动对长江中游径流量变化影响分析

利用累积距平、Mann-Kendall检验和有序聚类方法,对长江中游5个水文站1961-2014年径流量进行突变检验,并应用降雨-径流多元线性经验模型,定量评估长江中游气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率。研究结果表明：径流量多年来呈线性减少的趋势,随降水量的变化而变化。径流突变点为1968年和2006年,1969-2005年枝城、沙市、监利、城陵矶和螺山站控制流域人类活动对径流变化影响的贡献率分别为85.68%、50.89%、84.78%、89.81%和68.39%;2006-2014年人类活动的贡献率分别为88.40%、59.47%、82.86%、80.03%、63.63%,人类活动的贡献率高于气候变化。     

汉江流域降水与径流演变特征研究

利用Mann-Kendall趋势检验法和Pettitt突变检验法剖析了1965—2018年汉江流域内4个典型水文站径流量及控制流域降水的时空演变特征,并基于双累积曲线法探究了降水变化和人类活动对径流的影响。结果表明：4个典型水文站径流量及控制流域降水量在1965—2018年间变化呈显著波动性,在1970s的变化幅度最小。黄家港站和仙桃站年径流量呈显著减小趋势;石泉站、白河站和黄家港站控制流域年降水量均在2003年发生突变,而仙桃站控制流域年降水量在1985年发生突变,各水文站年径流量均在1991年发生突变;研究期限内人类活动对汉江流域径流减少的影响逐渐增强,如石泉站和仙桃站控制流域人类活动对径流减小的贡献率在阶段III(2003—2018年)相较阶段II(1991-2002年)分别增加了18.56%和11.15%。研究成果以期为汉江流域水资源科学管理及可持续利用提供理论参考。     

近50a来塔里木河源流区区年径流量的持续性和趋势性统计特征分析

对塔里木河源流区三条源流5个水文控制站1957-2003年近50 a的年均气温、降水及年径流资料,在进行Mann-Kenclall非参数统计检验的基础上,运用R/S法分析了5个水文控制站年径流量的Hurst指数,以统计特征估计未来径流量的变化趋势.结果显示:由于近年来温度的持续升高,阿克苏河的径流量有显著的增加趋势,并且其增长的持续性较强;和田河的径流量有微递减的趋势,但趋势并不显著,在未来的变化中,其随机性较强;叶尔羌河的径流量虽表现出增加的趋势,但趋势不显著,其径流量在未来的变化中将会是反持续性与随机性共存.     

人类活动对岳城水库入库径流量影响的识别研究

以岳城水库控制区为研究对象,应用Mann-Kendall非参数统计检验法和有序聚类法分析了1956-2008年降水量和入库径流量的变化特征.分析发现降水量系列变化趋势不明显.而入库径流量系列呈显著性下降趋势.且1964年和1977年为显著突变点.通过对不同系列影响程度定量分析.人类活动对入库径流的影响程度大于气候变化,且主要表现在水利工程方面.     

变化环境下半干旱草原流域径流变化特征及其影响因子定量分析

地表水文过程在气候波动和人类活动的作用下发生了不可忽视的变化,这种变化对于内蒙古半干旱草原流域来说更为显著。采用改进的M-K趋势检验法、双累积曲线法、累积距平法和小波变换法对典型半干旱草原流域——锡林河流域1963～2015年径流序列的变化特征进行了剖析,并以社会经济指标量化流域内人类活动影响及细化降水特征因素,运用统计检验和主成分分析进行了变化环境下流域径流主要影响因素的定量分析。结果表明,锡林河流域径流量在水文年、季尺度呈现显著(p0.05)减少趋势;流域径流的突变年份为1998年,在其前后影响径流变化的主导因素发生变化,1998年以后径流受到人类活动和气候变化的双重影响;水文年和枯水季径流序列均存在6年、25年左右的周期,而丰水季径流不存在显著周期变化;尽管气候因素中的降水、蒸发、相对湿度及所有人类活动因素与径流显著相关而影响径流,但其中人类活动为径流变化的主导因素。     

气候变化下中国主要流域气象水文干旱潜在风险传播

全球气候变化影响了气象水文要素的时空分布特性,气象水文干旱事件的转化关系及风险传播特征亟待研究。基于站点、栅格观测资料和CMIP5（Coupled Model Inter-comparison Project Phase5）的19个气候模式输出数据,采用新安江等4个水文模型模拟了中国135个流域历史（1961—2005年）和未来时期（2011—2055年,2056—2100年）的水文过程,计算了SPI（Standard Precipitation Index）和SRI（Standard Runoff Index）干旱指标,通过游程理论识别了气象干旱与水文干旱事件,利用Copula函数与最大可能权函数度量二维干旱风险特征,定量评估了气象干旱至水文干旱的潜在风险传播特性。结果表明:①气象-水文干旱对气候变化响应强烈,华北和东北地区的干旱联合重现期增大,干旱潜在风险减小,华中和华南地区的干旱联合重现期减少60%~80%,干旱潜在风险增加;②气象干旱与水文干旱风险在历史和未来时段均存在显著的正相关关系,相关系数超过0.99;③各流域水文干旱风险变化对气象干旱风险变化的敏感程度不会随气候变暖发生较大变化,但未来北方地区水文干旱同气象干旱同时发生的概率将会小幅度增加。     

气候变化与人类活动对太湖西苕溪流域水文水资源影响甄别

采用累积距平曲线与Mann-Kendall法对太湖西苕溪流域降水、潜在蒸散发和径流序列进行趋势分析。结果表明,流域径流与潜在蒸散发在95%的置信水平下为下降趋势,而降水无显著变化趋势。为定量甄别气候变化与人类活动对流域水文过程的影响,探寻流域水文变化的主要驱动因素,采用敏感性系数法与改进前后的双累积曲线法分析了气候变化与人类活动对太湖西苕溪流域1972~2010年水文过程的影响。结果表明,气候变化与人类活动对流域径流变化影响的贡献分别为37%~42%和58%~63%,人类活动影响大于气候变化。     

渭河上游典型小流域水文特征差异性分析

根据渭河流域两个典型小流域的实测水文和气象资料,分析了不同气候和下垫面条件的流域水文特征及其差异性.结果表明:清源河和牛谷河流域的年平均气温呈上升趋势,降水、径流、泥沙、降水径流系数均呈减少趋势;两个流域的降水、径流和泥沙历年变化不一致,1998-2013年清源河流域降水量相对牛谷河流域减少了8.6%,1993-2013年牛谷河的径流相对减少了21.4%,2000-2013年清源河的泥沙相对减少了24.0%;两个流域的面积、河长、海拔、植被覆盖率等流域特征值相对差在-29.4%~-4.5%之间,气温、降水等气候特征值相对差在-27.4%~16.7%之间,而径流特征值相差较大,相对差在-90.2%~-84.7%之间,泥沙特征差异性更大,相对差在292%~347%之间.对气候、下垫面和人类活动对水文要素的影响进行了研究,受人类活动的影响,清源河流域1996-2013年年径流减少11.6%,牛谷河流域1993-2006年年径流减少25.9%,2007-2013年再减少10.5%,研究人类活动的调水减沙效应,对流域综合治理、生态环境建设具有一定的指导意义.同时,充分利用不同小流域实测水文气象数据,分析水文气象要素的变化规律,可以为分布式水文模型研究和中小河流洪水预警预报提供重要依据.     

渭河源区典型小流域水沙演变规律分析

根据渭河源区清源河典型小流域实测水文资料,分析了流域水文要素的年内和年际变化规律,流域降水、径流和泥沙主要集中在汛期,5-9月降水量占全年的78.5%,5-10月径流占全年的78.7%,5-8月输沙量占全年的88.9%。受上游修建水库、水土保持等人类活动的影响,流域汛期径流和泥沙1997-2013年比1980-1996年均减少了5.9%。流域面平均降水量、平均流量、平均输沙量年际变化不稳定,总体呈减少趋势,序列最大可能变异点分别为1995年、1994年和1997年。建立了流域年降水量与年径流深、次降水量P+Pa与次径流深相关模型,相关系数达到0.902和0.860。以年最大洪峰流量为参数,分别建立了流域年径流量与年输沙量、次径流量与次输沙量关系模型,相关系数达到0.835和0.917,公式模拟值与实测值接近,误差较小,可以作为以径流推算泥沙的重要依据。通过定性定量分析人类活动对流域径流、泥沙的影响程度,对区域抗旱防洪减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。     

涪江流域径流变化趋势及其对气候变化的响应

采用Mann-Kendall非参数检验方法分析了涪江流域实测径流量的变化趋势,根据假定的气候变化情景和HADCM3预估的气候情景,利用考虑融雪的水量平衡模型(SWBM模型)分析了径流对气候变化的响应。结果表明:涪江流域径流量总体呈现递减趋势,但非汛期的个别月份有增加趋势,实测年径流变化主要是由于气候要素变化引起的,流域内的水电开发对径流量的季节分配存在一定的影响。SWBM模型对涪江流域月流量过程具有较好的模拟效果,实测与模拟径流量总体较为吻合,只有个别年份峰值模拟误差相对较大。气温变化固定的情况下,降水变化与径流变化之间的关系接近线性;在降水变化相同的情况下,单位气温变幅引起的径流量变化幅度也基本相当。尽管不同排放情景下涪江流域径流量的变化有一定差异,但总体来看,未来水资源可能以偏少为主,特别是2030年以后,多年平均偏少量将可能超过5%。     

1975-2011年渭河上游径流演变规律及对气候驱动因子的响应

为探讨渭河上游径流的变化特征及其对气候变化的响应,选取1975-2011年河流实测径流量进行计算和分析. 结果表明：近40 a来,渭河上游径流总体呈明显下降趋势,其中,20世纪90年代前处于丰水期,90年代后进入枯水期,进入21世纪有明显增多趋势. 径流年际丰枯变化激烈,枯水年的发生概率高、持续性强,最长的连枯年份达8 a. 径流量集中在汛期,各年代的分配峰型有所不同,在70、80年代为7、9月双峰,之后变为单峰型分布. 流域内气候增暖明显,降水减少,蒸发加剧;90年代为明显的暖干型气候,21世纪初期气候向暖湿型转变的过程对径流的增加十分有利. 径流对气候变化有较强响应,但响应程度随时间变化而变化. 通过定量分析气候因子对径流变化的贡献值,发现由于气候增暖导致潜在蒸散量的加剧对径流变化的负贡献达60%以上,绝对值高于降水量的正贡献.     

模糊物元理论在干旱分析中的应用研究

干旱的评价指标具有多样性,各种指标在优劣程度上是渐变的,具有模糊性,不同的干旱指标对干旱的分析会存在一定的差异性。利用渭河流域1960～2010年近50a的日气候资料,通过分析计算选取标准降水指数、综合干旱指数和降水距平百分率并通过模糊物元理论将这三种干旱评价指标结合起来构建一种新的评价方法并与已发生的干旱进行分析对比。结果显示:模糊物元理论可以很好的将多种干旱指标结合起来从而减小不同指标分析所存在的差异性;且与单独一干旱指标所分析的干旱趋势没有出现较大的偏差。可以将多种分析方法结合起来更好的揭示干旱的变化规律,定量评价流域内的干旱变化情况,对抗旱减灾工作有重要的科学意义。     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流变化的影响研究

20个世纪60年代以来,鄱阳湖流域径流呈现出增加趋势,特别是1990年代流域径流增加显著,与该时期多次出现洪水灾害事件密切相关.运用Mann-Kendall检验法对1961—2000年流域径流序列进行突变分析,结果显示1992年附近是流域径流突变发生的拐点.基于径流对降雨和潜在蒸散发的敏感关系,以1961—1991年为基准期,定量分析了1992—2000年流域气候变化和人类活动对天然径流的影响分量.结果表明:相对于1961—1991年,1992—2000年多年平均径流量增加211.7mm,其中气候变化引起的增量为282.2mm,人类活动引起径流减小70.6mm,分别占多年平均径流变化量的133%和-33%.不同子流域间,气候变化和人类活动对径流的影响分量相差较大.气候变化因子中,流域降水量的增加,特别是夏季暴雨频率的增加,是引起1990年代鄱阳湖流域径流显著增大的主要原因,其次是蒸发量的长期下降.人类活动对鄱阳湖流域径流起着减流的作用,主要是由于流域内工农业的快速发展,大量水利工程设施的存在提高了水资源的利用程度;另一方面,1990年代流域水土流失状况的有效缓解,有助于增加流域的贮水能力,减小径流.