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。     

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。     

退耕背景下北洛河上游水沙变化分析

为探明黄土丘陵沟壑区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以1980--2009年期间植被重建规模较大的北洛河上游为研究区域,采用双累积曲线法和Pettit突变检验法,探讨径流输沙的变化趋势和跃变时间,同时结合气候和水土保持措施的资料,对不同时段的水沙过程进行对比分析。结果表明：1）径流量和输沙量变化可以分为2段（1980--2002年和2003--2009年）,年时间尺度上,后段较前段径流量减少0．32亿m^3、输沙量减少0．29亿t,并且后段波动较前段小;2）在月时间尺度上,2个时段的月降水量与月均流量过程基本相同,月均流量和输沙率关系基本呈现8字形,但是变幅及变率不同;3）相对于1980--2002年,2003--2009年年均降雨量、降雨侵蚀力分别减少10．06％和10．28％,降水具有减少径流和输沙的潜在条件。剔除降雨的影响,林草措施的减水和减沙效应分别为41％和81％。     

皇甫川流域降水和人类活动对水沙变化的定量分析

采用线性趋势法、非参数Mann-Kendall趋势检验法、累积距平法及径流历时曲线法分析皇甫川流域1955-2010年水沙变化特征,通过水文分析法定量评价降水和人类活动对水沙变化的贡献率.结果表明:皇甫川流域径流量和输沙量均呈急剧减少趋势,尤其在20世纪80年代之后,减少更加显著,近10年(2000-2010)的平均径流量与输沙量相当于1950-1959年的约20％;皇甫站径流量和输沙量均在1979年发生突变;在变化期1980-2010年,人类活动对流域水沙变化的贡献占主导因素,约为70％,而降水所占比例为30％左右;自20世纪80年代始,大规模的水土保持措施(如退耕还林(草)、梯田建设、水库淤地坝等工程)等人类活动是流域水沙锐减的主要影响因素.     

基于相似年降水的人类活动对延河水沙变化影响

定量评价人类活动对河流径流和泥沙的影响是目前地学研究热点之一.由于河流水沙变化受人类活动和气候变化共同作用,降水是径流的来源和产沙输沙的主要动力.通过选择降水条件相似的年份,比较河流水沙差异,可以反映人类活动对水沙变化的作用大小.利用1952年到2001年延河甘谷驿水文站逐月径流量、输沙量实测值和流域逐月降水量实测资料,通过分析和确定年、汛期降水量和年内降水过程相似的年降水条件相似年组,比较相似年降水条件下径流量和输沙量的差异.分析表明,与1954-1963年相比,延河1969-1977年年和汛期径流量分别减少18.03%和32.52%,输沙量分别减少47.08%和47.52%;1981-1984年年和汛期径流量分别减少29.77%和46.29%,输沙量均减少73.46%;1988-1996年年和汛期径流量分别增加71.72%和97.79%,输沙量分别增加162.07%和161.88%.     

三峡库区香溪河流域水沙关系变化及其驱动因素

[目的]分析降水量及水土保持措施等人类活动对流域水沙关系的响应,为水土保持措施效益评价提供科学依据。[方法]以香溪河流域兴山站输沙量数据为基础,采用Mann—Kendall趋势检验、线性回归、水文频率曲线及双累积曲线等方法,分析了1973—2010年香溪河流域面降雨量、径流量和输沙量变化,并进一步量化分析了流域水沙变化极其驱动因素。[结果]香溪河流域年降水量,年径流量和年输沙量均呈下降趋势,年降水量和年径流量变化趋势不显著,但年输沙量减少趋势显著;年输沙显著减少开始的年份是1994年,流域径流量开始减少的年份是1991年。[结论]水土保持等人类活动是香溪河流域水沙变化的主要驱动因素。     

黄河中游窟野河流域水沙关系变化特征及其成因分析

为探讨人类活动和气候变化对窟野河流域水沙情势的影响,基于1956—2019年窟野河流域降水量、径流量和输沙量等监测数据,运用累积距平法、双累积曲线等方法对窟野河流域水沙变化的特征及其成因进行了分析。结果表明:窟野河流域降水量随时间变化呈不明显减小趋势,而径流量和输沙量随时间变化却呈显著减小趋势,流域水沙减少的因素不是气候变化引起的降水因素; 径流量和输沙量年际变化的转折年份为1979年和1997年; 同基准期A(1956—1979年)相比,B时期(1980—1997年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为14.25%,14.22%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为85.75%,85.78%,C时期(1998—2019年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为8.76%,6.65%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为91.24%,93.35%,降水变化和人类活动都是造成窟野河流域水沙减少的影响因素,其中流域内逐年增强的人类活动是窟野河流域径流和输沙减少的主要因素,而气候变化引起的降水减少是次要因素。     

土地利用和气候变化对黄土区典型流域水沙变化的影响

为了探究土地利用和气候变化对黄土高原地区水沙情势的影响,选择生态恢复效果非常显著的汾河上游岚河流域为研究区域,采用Mann-Kendall非参数检验法、滑动t检验法和YAMAMOTO指数法对该流域1955—2018年的年降水量、年径流量和年输沙量进行变化趋势分析和突变检验,在此基础上,利用径流/输沙历时曲线分析黄土高原生态恢复背景下流域水沙的演变规律,并根据双累积曲线法定量评价土地利用和气候变化对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:岚河流域年降水量在1955—2018年期间呈现不显著的增加趋势,而同时期年径流量、年输沙量均呈现极显著的减少趋势,年均减少率分别为0.65 mm和38.95 t/km²,并均在1983年和1999年附近发生突变,具有较好的水沙变化同步性。与基准期(1955—1982年)相比,水土保持效应期(1983—1998年)的年均径流量减少29.07 mm,年均输沙量减少5917.88 t/km²,退耕还林效应期(1999—2018年)两者相应减少33.18 mm和6967.34 t/km²,而分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期、平水期和枯水期径流量和输沙量均呈现减少趋势,且输沙量的减少程度大于径流量的减少程度。流域水土保持效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为83.21%和83.52%,退耕还林效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为117.88%和103.48%。由此可见,各时期土地利用变化是流域水沙变化的主导因素,而气候变化对流域水沙变化影响较小。在全球气候变化的大背景下,通过调整流域土地利用结构、优化土地利用方式,开展以植被恢复为主的水土保持措施,是实现黄土高原水土流失治理及生态保护的根本途径。     

甘肃省黄河流域水土保持措施减水减沙效益研究

基于1956—2020年甘肃省黄河流域主要水文站径流量与输沙量数据,分析径流量、输沙量的变化特征以及降水量与径流量、输沙量的关系变化,以兰州水文站为例,运用双累积曲线法和回归分析法,分析水土保持措施的减水减沙效益,希望为黄河流域生态保护和水资源规划提供支撑。研究表明：(1)甘肃省黄河流域径流量和输沙量呈现先上升后下降的趋势,径流量发生突变的年份是1984年,输沙量发生突变的年份是1971年,表现出一定的前瞻性;(2)对比计算结果,双累积曲线法的计算结果更加准确,水土保持措施减水效益为49.85%,减沙效益达到77.70%。     

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。     

近80年来北洛河流域径流变化特征及其归因分析

为了探究北洛河流域径流变化特征及其驱动因子,对流域治理规划和生态环境建设提供科学依据,基于北洛河流域1937—2018年径流数据,采用现代数理统计方法对径流特征进行了分析,并结合1952—2019年气象资料分析了气候变化对径流的影响。通过降水—径流双累积曲线法定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：北洛河流域1937—2018年年均径流量显著减少(p<0.01),在1970年、1994年发生突变,且存在54 a的主周期变化。1956—2019年北洛河流域降水变化趋势不显著(p>0.05),气温显著增加(p<0.01),气候变化对北洛河径流量起到减小作用。与1957—1970年相比,1971—1994,1995—2018年人类活动对于径流减少的贡献率分别高达92%和97%,人类活动是使北洛河径流量发生减少和突变的关键因子。     

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。     

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...     

华南湿热山地小流域径流对气候变化和人类活动的响应——以宁江为例

基于1953—2013年宁江流域5个气象站日气温、降水量及控制站河口水文站月径流量数据与1986年、1995年、2005年、2013年宁江流域土地覆被分类数据,运用Mann-Kendall趋势分析、小波分析及累计量斜率变化比较法探讨了1953—2013年宁江流域气候变化与人类活动对径流变化影响。结果表明:(1)1953—2013年宁江流域温度发生显著上升,变化率为0.139℃/10a,降水变化波动较小,而径流量出现显著下降。(2)1990年前流域内径流量与气温、降水存在较为明显的27a周期规律,1990年以来受人类活动影响加大,径流量变化周期受到破坏,未能体现全域性;但在小尺度周期11a上仍与降水量保持同步,表明宁江流域径流量主要受降水影响。(3)随着经济发展以及水土保持工作的进行,到2013年林地面积占整个流域的73.8%,草地面积下降41.6%,耕地面积减少61.2%,土地利用变化较大区域发生在兴宁市北部。(4)与1953—1958年比,1959—2008年宁江流域径流量增加气候变化和人类活动贡献率分别为62.2%和37.8%,2009—2013年降水和人类活动对径流减少贡献率为45.8%和54.2%。     

1960-2010年延河水沙特征及其对退耕工程的潜在响应

河流水沙特征与流域降水量和下垫面变化密切相关.为揭示流域降雨以及退耕还林对延河流域水沙特征的影响,本文以延河甘谷驿站控制区1960-2010年流域降水量、河流径流量和输沙量实测数据为基础,统计分析了延河水沙变化特征及其对流域降水量的响应,并对比分析了退耕前、后(以2002年为界)延河水沙变化.结果表明:在1960-2010年间,延河甘谷驿站控制区年及汛期(6-9月)降水量、径流量和输沙量呈波动递减趋势,汛期降水量、径流量和输沙量值约占年值的64.8％、71.7％和98.1％;年及汛期输沙量与径流量呈极显著正相关关系,径流量变化可分别解释年及汛期87.6％和92.2％的输沙量变化,降水量变化可分别解释年及汛期22.7％和23.6％的输沙量变化;退耕后流域年及汛期平均输沙量、径流量和径流系数显著低于退耕前,剔除退耕前后降水量差异影响,退耕工程对年及汛期累计输沙量变化分别贡献87.5％和86.9％,对年及汛期累计径流量变化分别贡献77.4％和75.4％.研究阐明退耕可显著降低年及汛期平均径流量、径流系数和输沙量.     

Hydrological responses to precipitation variation and diverse human activities in a mountainous tributary of the lower Xijiang,China

Hydrological regimes of river systems have been changing under the impacts of both climate variation and human activities in the global context. The Luodingjiang River, a mountainous tributary of the lower Xijiang in South China, was chosen to investigate the hydrological responses to the precipitation variation and diverse human activities (land use change, water diversion, reservoir construction, and in-channel damming) in this study. Two non-parametric statistical methods, Mann–Kendall and Pettitt test, were employed to detect the long-term changes in the time series of water discharge and sediment load (1959–2002) at the annual, monthly and seasonal scales. Significant increasing changes were detected in the water discharge time series in the dry season. To the contrary, significant decreasing changes were detected in the annual sediment load and sediment load time series in the wet-season. The impacts of precipitation variation and human activities on water discharge and sediment load were discerned and quantified using double mass curve and linear regression methods. By taking the period 1959–1968 as the reference period, the contribution of human activities to the increasing trend of dry-season water discharge in the period 1969–2002 was estimated to be 80%. Because the change of sediment load during the period 1969–2002 was not monotonic with an abrupt change around 1986, the contribution estimations were made for the two periods before and after 1986 respectively. For the period 1969–1985, human activities, particularly deforestation during the period 1981–1985, contributed 43% to the increasing change of sediment load and for the period 1986–2002, the impact of human activities dominated the decreasing change of sediment load with the contribution slightly higher than 100% because of the opposite role of precipitation variation. The operation of reservoirs and hydropower stations is considered to be responsible for the observed increasing trends of water discharge in the dry-season and decreasing trends of sediment load after 1986, and for the latter, reforestation program in the catchment is another contributing factor. The distinct seasonal changing patterns of both water discharge and sediment load in this study highlight the importance of involving monthly or seasonal time series in the change detection in hydrological data.     

近60年来渭河甘肃段径流演变及驱动因素

分析径流量的长期变化趋势并研究其影响因素是高效利用地区水资源的前提。为明确气候变化与人类活动对渭河甘肃段径流的影响,利用Mann-Kendall方法和R/S方法,分析了渭河甘肃段径流、降水与气温等水文气象要素的变化趋势;利用小波分析对径流的周期性特征进行了研究;通过Mann-Kendall方法与累积距平法判定了径流变异年份,并将整个研究周期分为基准期与人类影响活动期;通过累积量斜率变化率法定量计算了气候变化与人类活动对径流变化的贡献。结果表明：(1) 1953—2010年,渭河甘肃段径流量与降水量整体呈下降趋势,气温呈显著上升趋势。(2)径流突变出现在1991年,人类活动影响期较基准期径流量下降8.02亿m³,其中气候变化对径流量减少贡献率为37.57%,人类活动影响占比62.43%。综上,人类活动对径流的影响占据主导。研究阐明了渭河甘肃段未来水文气象变化趋势,并对径流变化驱动因素的定量分析,为地区水资源的高效利用提供了理论依据。