基于Budyko假设和分形理论的水沙变化归因识别——以北洛河流域为例

全球气候变化及人类活动深刻影响了区域水文过程,进行水沙变化归因识别对流域生态保护和高质量发展尤为重要。基于Budyko假设和分形理论,采用弹性系数法,对北洛河流域上（丘陵沟壑区）、中（土石山林—高塬沟壑区）、下游（渭北旱塬农区）3种不同地貌和植被类型区1959—2019年的水、沙通量变化进行归因分析。结果表明,北洛河上、中、下游径流量均显著减少,由20世纪60年代的35 mm、32 mm、34 mm,减少到21世纪10年代的19 mm、24 mm、6 mm,60 a减少率分别为0.3 mm a^-1、0.2 mm a^-1、0.4 mm a^-1。上游输沙量极显著减少,中游降低趋势不显著,下游显著减少,由20世纪60年代的99×10⁶ t、8×10⁶ t、3×10⁶ t,减少到21世纪10年代的10×10⁶ t、3×10⁶ t、0.3×10⁶ t,60 a减少率分别为1.5×10⁶ t a^-1、0.04×10⁶ t a^-1、0.1×10⁶ t a^-1。20世纪70年代以来,上游径流变化逐渐受人类活动影响,且影响程度逐渐增强,21世纪10年代人类活动贡献率达66.3%;气候变化是中游径流变化的主控因子,21世纪10年代降雨和潜在蒸散发的贡献率分别为77.0%和20.2%;下游径流减少主要为人类活动影响,21世纪10年代其贡献率为64.3%。对比20世纪60年代流域输沙量变化始终受人类活动主导,21世纪10年代人类活动对上、中、下游输沙量减少的贡献率分别为80.7%、59.2%和92.7%。上游人类活动对输沙量减少的贡献中,退耕还林等沟坡措施和沟道工程措施分别为39.0%、42.7%,中、下游人类活动贡献的估算结果反映出高植被覆盖区和农区汲水灌溉对区域水、沙的影响特征。     

近70a泾河流域径流变化及其驱动因素研究

定量评价流域径流变化特征并开展其归因识别研究是应对气候变化实现水资源合理开发利用的基础.本研究以泾河流域为研究区,采用M-K检验、滑动t检验、小波分析等方法分析流域近70 a的水文气象要素变化特征,并基于Budyko假设评价气候变化和人类活动对径流变化的贡献率.结果表明:(1)泾河流域年径流深以0.41 mm·a-1的...     

党河水库入库径流量变化特征及趋势分析

根据党河沙枣园水文站历年观测数据,利用模比系数定级分类和波谱分析等方法,对党河水库入库径流的年际变化特征进行了分析研究,发现多年变化过程大致经历了3个枯水期、3个平水期和3个丰水期。如以10a为一个代表段来观察,50和60年代为枯水段,70和90年代为平水段,80年代为丰水段。总体而言,党河水库入库径流量枯水年、丰水年出现的机率大体相当,而平水年出现的机率相对较小。进一步分析发现,党河水库入库径流过程存在着2~3a、6a、10~11a和22a的变化周期,其中以6a、10~11a和3a的周期最为显著。这些周期的存在有明确的物理意义。在以上分析研究的基础上,采用灰色系统理论建立了残差序列周期修正GM(1,1)模型,对党河水库入库径流未来的变化趋势进行了研究。结果表明,本世纪开始的若干年内,随着天气系统的变化引起的祁连山区西部降水量的增加,党河水库入库径流量将呈现一个缓慢的上升趋势,预计这期间的年平均流量将略高于多年平均值。     

青藏高原大通河流域径流变化归因分析

大通河流域地处青藏高原东北部边缘,生态环境敏感脆弱,开展变化环境下水资源演变、归因研究对保护区域水生态环境,保障水生态文明建设具有十分重要的意义。采用线性倾向估计、集中度、集中期、有序聚类检验、小波分析等统计方法,分析了流域径流的年际变化、年内分配、周期和突变变化特征,基于累积量斜率变化率法和双累积曲线定量评估了气候因素和人类活动对径流变化的影响。结果表明：(1)近60 a大通河流域气候暖湿化明显,年平均气温、降水量、潜在蒸发量增幅分别为0.42℃·(10a)^-1和8.9 mm·(10a)^-1、5.6 mm·(10a)^-1,年径流呈减少趋势,倾向率0.67×108m3·(10a)^-1。(2)径流集中度和不均匀系数呈微弱下降趋势,枯季径流增加趋势明显,年内分配更趋于均匀,集中期有推迟趋势,延迟速率为3.0 d·(10a)^-1。(3)年径流在44 a左右尺度上周期震荡明显,突变发生在1990年,突变后径流量减少3.52×108m3,流域冰川分布呈减小趋势,植被覆盖无显著变化。(4)...     

祁连山排露沟流域径流对气候及下垫面变化的响应

在全球气候变暖和人类活动的共同影响下,中国西北干旱半干旱区水循环变化与水资源再分配正在改变区域生态环境。在长时间序列尺度上,仍缺乏对西北内陆河径流变化机制与特征时空格局的统一认识。本研究以祁连山排露沟流域为试验区,基于量水堰实测长序列径流数据,采用线性回归法、Mann-Kendall、滑动t、Pettitt和累积距平等检验方法,分析排露沟流域1994—2020年径流序列的变化趋势和突变年份;以气象站监测和人工潜在蒸发观测数据为基础,采用Budyko假设水热耦合平衡模型对排露沟流域径流量变化趋势进行归因分析;以固定样地2003—2021年每木检尺数据,采用材积源生物量法,对排露沟流域15个乔木固定样地的1017棵青海云杉的碳密度进行估算。结果表明：(1)1994—2020年排露沟流域径流量波动变化,丰枯交替,但整体呈现增加趋势,2006年径流发生突变,突变后的年平均径流量增加了9.53×10⁴ m³,增加率为34.88%。(2)在2007—2020年的突变期,排露沟流域径流对降水、潜在蒸发和流域下垫面参数的弹性系数分别为3.15、-0.70和-...     

石羊河流域径流变化特征

基于石羊河流域干流及八大支流的9个水文站和35个雨量站的逐月降水和径流数据,采用小波分析和双累积曲线等方法,研究石羊河流域径流的变化特征。结果表明：(1)石羊河流域径流量总体呈减少趋势,平均每10 a减少0.37亿m³,其中石羊河干流、金塔河、杂木河、黄羊河和古浪河的径流量减少,西大河、东大河、西营河和大靖河的径流量增加。(2)石羊河流域的9个水文站存在2～10、10～30 a的周期变化,其中杂木寺站和黄羊河水库站还存在30～60 a的长周期变化,并且9个水文站分别在24、21、21、21、43、45、22、17、21 a的时间尺度丰枯变化最明显。(3)石羊河干流和八大支流突变分别发生在1971、2014、2000、2018、1960、1959、1962、1994、1965年,其中石羊河干流、金塔河、杂木河、黄羊河和古浪河突变后径流量下降,西大河、西营河和大靖河突变后径流量增加,东大河不具有突变性。研究结果可以为石羊河流域水资源的科学管理、优化配置和后续生态工程的实施提供参考。     

基于地理探测器的浑善达克沙地植被变化定量归因

开展区域植被覆盖变化及驱动机制研究具有重要的意义.选取浑善达克沙地为研究区,基于地理探测器模型,定量研究了7个驱动因子对区域植被变化的单独影响及交互影响.结果 表明:(1)2000-2018年,浑善达克沙地68.83％的区域植被覆盖在增加,其中显著增加的区域集中在研究区的中部和南部,即阿巴嘎旗、锡林浩特市、正蓝旗、正镶...     

气候变化和人类活动对中国地表水文过程影响定量研究

利用中国372个水文站月径流数据（1960-2000年）及41个水文站年径流数据（2001-2014年）,采用基于Budyko假设的水热耦合平衡方程,构建气候变化和人类活动对径流变化影响定量评估模型,在Penman-Monteith潜在蒸发分析基础上,进一步分析气象因子对径流变化的弹性系数,量化气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明：① 中国北方地区流域径流变化对各气象因子弹性系数明显大于中国南方地区。就全国而言,径流变化对各因子的弹性系数为：降水>土地利用/土地覆盖变化（LUCC）>相对湿度>太阳辐射>最高气温>风速>最低气温;② 1980-2000年,气候变化总体上有利于增加中国年径流量,而降水对年径流量增加的贡献最为显著;③ 1980-2000年,中国南方流域中,气候变化对年径流变化的影响以增加作用为主,而北方流域,以减少年径流作用为主。对中国大多数流域径流变化而言,人类活动的影响主要以减少年径流量为主。2001-2014年,气候变化以减少径流量为主,人类活动对径流变化的影响程度明显增强,气候变化与人类活动对径流变化的贡献率分别为53.5%、46.5%。该研究对气候变化与人类活动影响下,中国水资源规划管理、防灾减灾及保障水资源安全具有重要理论与现实意义。     

思茅境内澜沧江径流变化量与云南气候变化的关系

以思茅澜沧江流域下游思茅境内水文站1960年1月～2001年12月的逐月径流量和云南的月雨量(气温)场格点资料为基础,用相关分析的方法,研究了思茅境内澜沧江流域的东西部径流量变化及其与云南气候变化的关系。结论为:思茅境内澜沧江下游流域的径流量变化与滇西南的降水量变化有显著的相关关系,其季节特征为春夏季较好,秋冬季次之;与元江河谷一带的气温变化也有显著的反相关关系,其中西部流域还与滇南的气温变化有显著的相关关系,其季节特征则为冬春季较好,夏秋季不显著。20世纪80年代以来,该流域的气温变化呈上升趋势,且西部升温的上升趋势更显著,气温上升对径流量的变化起减小的作用;20世纪90年代以来,该流域的东西部降水量变化出现了显著的差异,其东部的降水量明显增多,与此相一致,其东部径流量变化的增幅也明显大于其西部。     

祁连山西段老虎沟流域消融季径流变化特征研究

基于祁连山西段老虎沟流域断面的径流数据与大本营气象站的气象资料,对冰川区径流与气象要素之间的相关性进行了分析,并建立了多元指数非线性回归方程对径流进行重建以弥补缺失径流,此外,对冰川区径流的年际、季节、日尺度的变化特征进行了分析。结果表明：(1)冰川区径流量与气温的相关性最高0.86,其次是水汽压(0.81)、相对湿度(0.46)、降水量(0.27),径流受气温影响最大。(2)21世纪观测资料显示日平均径流量为2.10 m³·s^-1,较20世纪50年代末的1.65 m³·s^-1有所增加,主要因消融季气温上升0.75℃所致,强消融期(7、8月)径流量的年际变化较大,消融期初(5、6月)和末(9月)年际变化较小。消融季5—9月产流占比分别为5.3%、16.1%、37.3%、35.1%、6.2%。(3)多元指数非线性回归方程可以较好地模拟日径流量(纳什效率系数平均为0.70),补充缺失径流后,对于径流的日变化,消融期初和末日变化较小,而强消融期径流的日变化较大。对于径流的时滞效应,老虎沟流域消融季各月径流...     

近40年来塔里木河流域气候及径流变化特征研究

以塔里木河流域的21个气象站和10个水文站1961～2000年观测资料为基础,对塔里木河流域的温度、降水及径流变化进行了分析.结果得出:(1)20世纪60年代以来塔里木河流域的年平均气温呈逐年代递增趋势,源流区的年平均气温增高了0.57℃,上游区增高了0.6℃,中游区增高了0.7℃,下游区增高了0.8℃,越往下游方向变暖趋势越明显,并且气温增高幅度逐步加大.(2)60年代以来塔里木河流域的年降水量也逐年递增,但是与温度的增幅趋势相反,从源流区到下游区,降水增幅逐步减少,源流区平均增加了34.2%,上游区增加了22.0%,中游区增加了15.3%,下游区只增加了6.1%.(3)该流域各源流的出山口径流量除和田河减少外,阿克苏河增加9.04亿m3,叶尔羌河增加5.51亿m3,开都河增加9.27亿m3.(4)该流域源流径流受温度和降水变化的双重影响,源流区的气候变暖和变湿是塔里木河源流径流量增长的一个非常重要的因素.     

新疆克里雅河源流区径流变化与气候因子关系的非线性分析

利用克里雅河源流区兰干站1957～2009年的年径流量、气温和降水量实测数据,借助小波分析和R/S分析等方法探讨了径流量、气温和降水量的变化趋势及多时间尺度相关性。结果表明:(1)年径流量与气温和降水量存在明显的正相关关系并皆呈增加趋势,结合R/S分析,这种增加趋势在未来的50a仍将可能持续。(2)研究区年径流量、气温和降水量均存在9年的年际变化周期,而在年代际上由于气温和降水量周期性不同致使径流量的周期为15年。另外,三者在未来的20年存在不同的周期性突变。(3)克里雅河源流区径流量与气温和降水量存在显著的非线性相关关系。年径流量的变化是气温和降水量综合作用的结果。     

气候变化对不同气候区流域年径流影响的识别

气候变化对流域径流的影响显著,但不同流域径流对各气候因子敏感性不同,具有明显的空间分异性。本文以位于半湿润、湿润地区的松花江、子牙河以及西苕溪流域为例,基于Budyko 水热平衡经验模型,采用归因分析方法分离了气象要素趋势性变化对年径流和潜在蒸发变化率的贡献与差异性。结果表明:1960-2008年,在上述3个流域中,降水趋势性变化对年径流变化的贡献比潜在蒸发大。松花江和子牙河流域各气象要素趋势性变化对潜在蒸发变化率的贡献排序为:温度>风速>水汽压>日照时数,而西苕溪流域为:温度>日照时数>风速>水汽压。在气候要素共同作用下,松花江和子牙河流域平均年径流分别以0.48和1.51 mm a^-2的速率减少,而西苕溪流域年径流则以1.42 mm a^-2的速率增加。所得结果加深了气候变化对径流影响机制和程度的认识,可作为流域水资源适应性管理的科学依据。     

近50 a来乌鲁木齐河源区径流变化及其机理研究

 乌鲁木齐河源区径流是供给中下游地区和乌鲁木齐市的重要水源。通过对河源区3个水文断面（1号冰川、空冰斗和总控）有观测记录以来的径流变化研究,一方面提供径流观测的最新资料,使人们对乌鲁木齐河源区径流近期变化有新的认识;另一方面通过对气候、冰川变化的综合分析,揭示乌鲁木齐河源区径流近50 a变化事实和可能的原因。结果表明：河源区3个水文断面径流自有观测记录以来整体上呈增加趋势,其中总控水文断面径流虽有增加,但不显著。影响3个水文断面径流变化的因素不同,1号冰川水文断面径流变化受控于冰川区热量条件,当消融期气温大于2 ℃时,径流呈加速增长。1号冰川径流不仅包含了冰川对气候变化的瞬时响应,也包含了冰川对气候变化的滞后响应,由冰川物质平衡和面积计算的冰川体积损失量变化较好地验证了径流变化。对于空冰斗融雪径流,降水量多寡是导致径流变化的主导因素,但冰斗区固态降水多,气温亦起着不可忽视的作用。总控水文断面径流大小与气温和降水关系比较复杂,表现为近年来气温和降水增加,径流却有下降趋势,这可能与河源区实际蒸散增强、冰川快速退缩导致径流峰值已经出现、大范围冻土消融导致的地下渗漏量增多等原因有关。     

雅鲁藏布江流域径流特性变化分析

本文采用Morlet小波对1956~2000年雅鲁藏布江流域6个站点的径流序列进行了分析,揭示了不同时间尺度下四个季节以及年平均径流量的丰枯交替特性、突变性和周期性,通过小波方差确定各序列存在的主要周期。结果表明:在15年时间尺度上,雅江流域四个季节的径流变化趋势基本一致;发生突变的年份主要在1957、1967、1976、1983、1992年;径流序列第一主周期主要以15年长周期和2年短周期为主,第二主周期以15、6、2~3年的长、中、短周期为主;秋季和冬季径流序列的周期空间分布基本一致,年平均径流序列的周期分布与夏季最为接近;除拉萨河子流域春季在2~3年尺度上处于枯水期外,其他子流域其他时段在任何时间尺度上未来几年里都将处于丰水期。     

流域输沙量变化归因分析方法综述

流域输沙量变化是水文过程的一个重要环节,同时与区域水资源、土壤管理、甚至生态系统的健康运行紧密联系,因而如何量化气候变化和人类活动对输沙量变化的相对贡献率成为水文学研究的热点问题。论文主要系统总结了流域输沙量变化归因分析的9种方法：简单线性回归分析、双累积曲线法、泥沙归因诊断分析法、库坝拦沙量法、SEDD模型、SWAT模型、弹性系数法、相似天气条件法和水保法,阐述了各方法的计算过程及其适用性,并对各种方法进行评价,同时对未来的流域输沙量变化归因分析方法进行展望：① 尝试新方法的应用,以探索更为适当的输沙量预测新方法;② 考虑流域内极端降雨事件对输沙变化的定量影响,进一步提高结果的准确度;③ 明晰各归因分析方法的局限性和差异性,进行科学的结合与相互验证。研究结果可为流域内生态水文综合治理和土地资源优化管理提供科学依据。     

全球变化下秦岭南北河流径流泥沙比较分析

分析比较秦岭南侧汉江和秦岭北侧渭河河流径流，泥沙含量变化表明，1935－1999年65年间，渭河河流年均流量为248．26m^3/s，汉江河流年均流量为592．94m^3/s，汉江年均流量是渭河的2．4倍，江汉河流年均含沙量为0．88kg/m^3，渭河河流年均含沙量为52．03kg/m^3，接近汉江河流的60倍，渭河是一条多泥沙河流，分析20世纪80年代以后汉江，渭河河流径流泥沙含量表明，渭河河流年均流量为195．89m^3/s，汉江河流年均流量为585．05m^3/s，均比1935－1980年减少了27．4％和1．9％，但汉江河流年均泥沙含量为0．41kg/m^3，渭河河流年均泥沙含量却为54．58kg/m^3，为汉江河流133倍，比1935－1980年增加了90多倍，说明全球变化对秦岭山脉南北地质水文气候环境影响很大，秦岭南北两区在全球气候变化中表现出明显的区域响应性。     

祁连山黑河径流变化特征及影响因素研究

基于黑河流域径流、气象和土地利用类型等资料,采用弹性系数等方法研究了黑河径流变化特征及影响因素。结果表明：（1） 1990年后黑河流域径流量增加趋势明显加速,并且在黑河干流表现最为明显,1957—1990年莺落峡站径流量增加速率为0.75×10⁸ m³·(10a)^-1,而1991—2020年其增加速率为2.60×10⁸ m³·(10a)^-1,后者是前者的3.47倍,并且黑河全流域1990年后径流量增加主要发生在夏季和秋季,较1990年前分别增加了7.07%和26.58%。（2） 径流对气候变化的响应在夏季最为敏感,并且降水是导致径流增多的主要气候因素,夏季降水量增多1.000%,同期径流量平均增多0.741%（P<0.01）。（3） 2020年较1980年黑河流域耕地和建设用地面积相对增幅分别为24.20%和71.43%;草地和未利用土地面积相对降幅分别为1.30%和5.28%。径流量与林地面积、建设用地面积呈正相关,而径流量与草地面积呈负相关。研究结果可以为黑河流域水资源的科学管理、优化配置和后续生态工程的实施提供参考。     

雅砻江上游径流及影响因素关系研究

为研究雅砻江上游径流的变化及其积雪、气温和降水对径流的影响,首先根据相关性将年径流周期分为枯水期、融雪影响期和汛期,其次,结合MODIS 8天积雪产品、研究区气温和降水数据,采用相关分析和归因分析法分析了径流与影响因素的相关性以及各影响因素对径流变化的影响程度,最后用逐步多元回归分析法得出枯水期和融雪影响期径流的预测方程。结果表明：2000-2014年间雅砻江上游径流整体呈上升趋势,冬季积雪面积的减少导致径流减少了24.89%,汛期降水增加导致径流增加了79.38%,采用相关分析和逐步多元回归方法可有效分析径流与影响因素的关系及影响程度。     

1958~2015年疏勒河上游出山径流变化及其气候因素分析

利用1958~2015年疏勒河出山口昌马堡水文站径流资料以及同期流域气象资料,揭示了疏勒河出山径流及其对流域气候变化的响应。结果表明：总体上,疏勒河出山径流量呈现增加趋势,特别是20世纪90年代后期以来,出山径流增加趋势更为明显,但近几年,疏勒河出山径流量缓慢回落,21世纪初暂时成为代际变化的拐点。研究亦显示,疏勒河出山径流对河源处高海拔山区气候变化的响应更为敏感,出山径流年际变化实际受到山区气候因素的共同影响,不同时段各因素影响强度具有一定差异;降水是出山径流变化的主控因素,但气温升高导致冰雪融化加快是近年来出山径流增长较快的重要原因。定量分析表明,20世纪90年代后期以来气温等对径流影响比重超过60%,而降水约为30%左右。