人类活动与气候变化对东江流域径流变化贡献率定量分析

通过弹性系数法及小波-神经网络模型对1959-2000年东江流域4个径流测站、28个降水测站、4个气温蒸发测站的径流、降水、气温、蒸发数据做系统分析与模拟,定量研究了气候变化及人类活动对东江流域径流量变化的贡献率。研究表明:1 1972年是东江径流变化的变异点,1972年后东江径流较1972年前增大;2东江流域降水增加,蒸发减少,是导致东江流域径流量增加的重要原因,气候变化对东江径流增加的贡献率约为0.27-0.77;3人类活动主要通过土地利用方式的改变而改变产汇流过程,导致径流量变化,大型水库的建设是东江流域径流年内分配显著改变的重要驱动因素,人类活动对东江流域径流量变化的贡献率约为0.23~0.73,其影响从上游到下游呈减弱趋势。研究对于气候变化与人类活动影响下,东江流域水资源管理具有重要理论及现实意义。     

气候变化和人类活动对黄河上游径流影响的时空差异

在运用灵活样本熵测度黄河上游干支流12个水文站1960-2015年径流复杂性的基础上,量化多时间尺度下气候变化和人类活动对径流影响的贡献率,结果显示,近60 a来,黄河上游径流总体呈下降趋势,仅在部分时段和站点呈上升趋势.年径流量一致在1980年代中期到90年代初、2010年前后发生突变. 1986年后,气候变化和人类活动对黄河上游径流的影响时空差异显著,汛期、丰水期、春夏秋季径流在所有站点均以气候变化影响为主.年、非汛期、枯水期在干流贵德站至兰州站、支流湟水民和站以人类活动影响为主.复杂性测度适用于检测径流序列宏观突变和微观变化,据此量化气候变化和人类活动对径流影响的贡献率具有很好的可靠性,但各影响因子的贡献率和机制需深入分析.     

气候变化和人类活动对径流影响的贡献分解

为量化气候变化和人类活动对径流量影响的贡献率,以大清河流域内张坊水文站和西大洋水库站上游为例,选用1957—2000年气象数据和水文数据,通过累积距平分析和Mann-Kendall非参数检验,分为基准期1957—1968年(Ⅰ期)和两个评价期1969—1979年(Ⅱ期)、1980—2000年(Ⅲ期)3个时段,采用分离评判法分解气候变化和人类活动对径流量影响的贡献率。总体上,张坊站和西大洋水库站径流量均呈显著下降趋势。张坊站上游Ⅱ期和Ⅲ期人类活动对径流量影响的贡献率分别为20%和24%;气候变化对径流量影响的贡献率分别为80%和76%。西大洋水库站上游Ⅱ期和Ⅲ期人类活动对径流量影响的贡献率分别为13%和18%;气候变化对径流量影响的贡献率为87%和82%。可见气候变化仍然是影响径流量变化的主要因素,由于降雨量变化不明显,初步判断,降雨量变化对径流量影响可能较小,主要受蒸发、温度和太阳辐射等因素影响;人类活动对径流量影响贡献率有明显增加的趋势。     

湘江流域近30年径流量与水位的长期变化规律研究

河川径流量和水位变化是反应气候变化和人类活动的重要表征,对其长期变化规律的研究结果可为该区域的水资源管理与洪水灾害风险研究提供重要的参考.本文选择频受洪水严重威胁的湘江流域为研究对象,利用近30年的径流量和水位观测的日资料及派生出的月、季和年资料,采用Mann-Kendall趋势检验法对湘江流域主要水文站的径流和水位进行了趋势分析和突变检验,并从气候变化和人类活动两方面分析其造成洪水危险性增大的原因.结果表明:(1)近30年来,湘江流域中下游的年径流量表现出增大趋势,而多数站点年最大径流量变化不大;(2)湘江流域径流的季节变化明显,多数站点春、冬季径流量没有明显变化趋势,但夏、秋季径流量呈显著上升趋势,这与夏季降水量的增大有关;(3)湘江流域7月和8月径流量呈增大趋势,5月份径流量呈减少趋势,7、8月径流量的突变点与夏季降水突变时间基本吻合,由降水变化导致径流增加的贡献率达57%以上;(4)湘江流域多数站点年平均水位和年最高水位均呈现显著的上升趋势.对比湘江流域年径流量,年平均水位的增长趋势更为明显,这可能是由于植被破坏,水土流失严重造成的淤积所致.     

1973-2015年年楚河上游流域径流变化趋势及驱动因素分析

青藏高原是对全球气候变化响应敏感且不确定性最大的地区。本文选取青藏高原雅鲁藏布江年楚河上游流域为研究区,基于流域两气象站(江孜和帕里站)1973—2015年逐日气温、降水数据,以及江孜水文站月流量数据,采用Mann Kendall检验、线性趋势法等多种趋势分析方法,分析了气温、降水、径流的年际和年内变化特征,并探讨了影响径流变化的主要因素。结果表明:1)年楚河上游流域气温呈显著上升趋势,增加速率为0.02℃·a~(-1),降水呈不显著下降趋势,减少速率为0.39mm·a~(-1);2)流域径流量年内分配极不均匀,主要集中在5—10月,年均径流量整体呈减少趋势,但在1973—2000年表现为增加趋势,2000年之后呈减少趋势;3)流域内冰川和积雪面积在2006年后呈明显减小趋势,但降水变化仍是流域径流量变化的主要驱动因素。全球变暖引起年楚河上游流域气温升高,降水减少,径流出现先增加后减少的趋势,这将进一步加剧流域水资源短缺,影响流域水资源开发利用、合理配置和区域可持续发展。     

1961—2020年伊洛河流域径流变化及归因分析

分析伊洛河流域的径流变化特征,量化不同因素对径流变化的影响,对于科学应对该地区及黄河下游的生态保护具有重要意义.采用Budyko假设方法定量计算人为因素和气候因子对伊洛河流域径流变化的贡献率.结果发现：(1)伊洛河流域黑石关水文站的年径流量在1961—2020年间显现为显著减少（P<0.05）.(2)1985年是伊洛河流域黑石关水文站1961—2020年径流时间序列数据的突变年份.(3)人为因素、降水量和参考蒸发量对伊洛河流域黑石关水文站径流变化的贡献率分别为55.72%,52.42%和-8.14%.本研究对维持伊洛河及黄河下游生态系统的完整性和可持续发展具有重要的理论参考和现实意义.     

黄河北干流水沙时空变化特征及协调性分析

为了解黄河北干流河段径流和输沙的时空变化规律及趋势,基于2002—2021年黄河北干流水沙数据,采用Mann-Kendall检验、突变点检验、小波分析、水沙关系协调性分析等方法,对黄河北干流河段的头道拐、龙门、潼关3个水文站2002—2021年的水沙时空变化特征进行了分析。结果表明:黄河北干流河段的输沙年内不均匀程度和集中度均大于径流,并且年内特征变化更加显著;各站径流集中期主要出现在9月,而输沙集中期主要在8月和9月;流域内水沙变化的显著突变年份多发生在2005年和2017年,可能与近年大型水利工程的调控影响相关;3个水文站水沙序列主要时间尺度对应的周期分别为13、10、9 a;黄河北干流的水沙不协调性在2008年之前主要表现为水少沙多,而在2008年之后则表现为水多沙少,其中头道拐的来沙系数始终小于0.009,一直处于水多沙少的状态。总体上,研究期内黄河北干流河段径流量在不断上升,而输沙量明显减少,且随着时间的推移水多沙少的趋势愈发显著。     

气候变化对挠力河径流量的影响

利用Mann Kendall突变检验法分别分析了1956—2005年50年来的宝清站和菜嘴子站年平均径流量演变的阶段性特征,并建立了径流 降雨的经验模型,利用该模型分析了气候变化和人类活动对径流的影响.研究结果表明：50年来宝清站和菜嘴子站的年平均径流量演变可分为两个阶段:1956—1967年的基准期和1968—2005年的变化期.变化期内径流量的年际和年内都发生了较大变化,体现在年平均径流量减少显著,两个站的年平均径流量减少量都在50%左右.径流变差系数有不同程度的增长,其中菜嘴子站增长了近30%.年内分配变化主要体现在径流峰值上,菜嘴子站的夏季径流峰值和最低值的出现时间都较第一阶段提前了一个月.变化期内年均径流量的变化主要是由人类活动引起的,气候变化引起的径流量变化占年均径流量总变化量的40%左右.     

1961—2016年黄河中游区间径流变化及归因分析

黄河中游地区的自然环境和人类活动对径流变化有重要影响,为查明黄河中游区间径流量的变化特征及影响因素,首先分析降水量、参考蒸发量和径流量的变化趋势,然后利用累积距平值方法分析径流量的突变年份,最后利用累积量斜率变化率方法估算了降水量、参考蒸发量和人类活动对径流量变化的贡献率.结果表明:①黄河中游区间年径流量在1961—2016年间表现为明显减少.②黄河中游区间径流量在1961—2016年间存在1个突变年份,为1985年.③黄河中游区间径流量变化主要受人类活动影响,其贡献率接近90％,降水量和参考蒸发量变化对径流变化的贡献率分别为12.70％和-1.73％.黄河流域的水资源可持续利用和生态环境改善,需制定措施以减少人类活动对径流量变化影响.     

气候与下垫面变化对新安江上游(屯溪站)径流变化贡献率的定量分析

采用Mann-Kendall统计检验、Pettitt检验、弹性系数法对1955—2013年新安江上游屯溪水文站(以下简称"屯溪站")的年平均径流量变化进行了分析,发现该站年平均径流量在1968年出现突变点,整个时段内没有明显的单调性变化趋势.在1968年后,屯溪站多年平均径流量总体增加了约19%,其中气候变化导致该时段内径流量的增加量约为30%,其中包括降雨量增加对径流增加的贡献约19%和蒸发量减少对径流增加的贡献量约11%,而下垫面变化(主要为土地利用变化)则导致1968年后屯溪站多年平均径流减少约11%.因此,气候变化(降雨增加和蒸发减少)是1968年后屯溪站多年平均径流量显著增加的主要原因,而下垫面的变化则导致了该站多年平均径流量的减少.     

密云水库流域径流变化特征及影响因素分析

利用1960-2003年密云水库流域降水及径流资料，分析年径流量的变化，建立流域降雨径流关系，讨论降雨径流关系的影响因素．分析表明，流域降水和土地利用类型的改变不是径流量减少的决定因素，而是土壤植被，上游截流和人口经济发展的综合结果．     

湫水河流域水沙变化现状及成因分析

根据湫水河流域林家坪水文站47年降水、径流、泥沙资料，利用水文法建立的模拟降雨径流模型和降雨产沙模型，在此基础上根据降雨资料建立了模拟天然径流量和模拟天然输沙量序列，对因降水变化和人类活动对河川径流及输沙量的影响进行了定量分析，并根据流域内主要的人类活动类型分析了水沙变化的原因。     

不同驱动因子对漳卫南运河流域径流变化的影响

基于漳卫南运河流域3期(1985年、1995年和2005年)的土地利用图、土壤分布图和主要水文气象站1960—2010年温度、降水、径流等基本资料构建SWAT分布式水文模型,建立了基于SWAT模型的气候变化和人类活动对流域径流影响的分项量化方法。在量化分析气候变化和人类活动对漳卫南运河流域径流影响的基础上,通过对不同情景的模拟计算,定量分析了不同年代水土保持、城镇化、水利工程和社会经济用水等不同人类活动驱动因子对流域径流变化的贡献率。结果表明:相对于基准期(1960—1978年),不同年代气候变化和人类活动对径流的影响程度不同,变化期(1979—2010年)气候变化和人类活动对径流变化的贡献率为29.39%和70.61%;在不同人类活动驱动因子中,除城镇化使径流增加外,水土保持、水利工程和社会经济用水均使径流减少,且社会经济用水对径流变化的影响最大,超过人类活动引起的径流减少总量的50%。     

滹沱河上游流域径流变化归因分析

以滹沱河上游流域为研究对象,采用4种基于Budyko假设的弹性系数法和SWAT模型,量化气候变化和人类活动对径流变化的贡献率．结果表明:1961—2016年,滹沱河上游流域年降水、年径流分别呈下降、显著下降趋势,而潜在蒸散发呈显著上升趋势,流域的干旱化趋势明显．基于弹性系数法的计算结果显示,气候变化对径流减少的贡献率为49.62%~61.67%,人类活动的贡献率则为38.33%~50.38%．而SWAT模拟结果却表明:气候变化的贡献率高达84.42%,而人类活动贡献率仅为15.58%．这种差异性主要源于Budyko方程中的下垫面参数反映的不仅是人类活动,还包括气候变化的影响．因此,气候变化是滹沱河上游径流减少的主要因素,但人类活动对径流的影响正日益增强．使得滹沱河上游径流减少的具体人类活动并非是土地利用类型的改变,而是经济、人口的增长所导致的水资源的过度开发利用．      

新疆叶尔羌河流域气候变化与径流量特征初步分析

利用叶尔羌河流域7个气象站1961-2006年和卡群、阿拉尔水文站的观测资料,对叶尔羌河流域上、中、下游各段的气候变化和径流年际变化特征进行分析.用塔什库尔干气象站历年夏季平均温度、7-8月降水量与卡群水文站的径流量建立了多元线性回归方程,来表征源流区气候变化对河流出山径流的影响.结果表明:(1)近45a来叶尔羌河流域气温和降水呈进一步暖湿化趋势。(2)流域的出山径流量呈增加趋势,而下游阿拉尔水文站的年径流量呈减少趋势。其主要原因是人类生产活动的影响。     

气候变化和人类活动对黄河源区径流影响的评估

为了深入了解黄河源区径流变异规律,需定量评估气候变化和人类活动对径流变化的影响。本文采用Penman-Monteith公式计算出流域各气象站的潜在蒸发量,综合Mann-Kendall方法和累积距平方法诊断出降水和径流突变点位置,并采用5种具有代表性的Budyko公式,量化气候变化和人类活动对径流变化的影响。结果表明:(1)降水和径流的突变年份分别为1985年和1989年;(2)人类活动是导致径流量改变的主要因子,占比为67.62%;气候变化因子次之,占比为32.38%。该成果可为水资源管理部门在制定流域水资源规划方案时提供参考。     

气候变化和人类活动对汀江径流变化的贡献

基于汀江流域控制站溪口站19652012年日均径流量实测数据及长汀、上杭、永定气象站逐日降水、逐日气温资料，采用年段均值比较、5a滑动、趋势线分析和累积距平等方法，对流域近50年来的径流量序列进行分析，揭示径流量变化的趋势，判别径流量变化存在的2个突变年份，划分径流量变化的3个阶段. 应用改进后累积量斜率变化率比较法（SCRCQ）定量估算了近50年来气候变化和人类活动对汀江径流量变化的贡献率. 结果表明:（1）径流量总体呈现下降上升下降的波动，判别突变年份为1972、2001年，划分径流变化3个阶段为19651972年(A阶段)、19732001年(B阶段)、20022012年（C阶段）；（2）与A阶段相比，B、C阶段气候变化对径流量变化的贡献率分别为65.1%、50.5%，而人类活动对径流量变化的贡献率为34.9%、49.5%，可见人类活动对径流量变化贡献日趋突出.     

黄河中游龙潼区间水沙变化特征及其对降水和人类活动的响应

为实现黄河中游水土保持效益评价和生态环境政策调整，以1957～2019年龙潼区间降水、径流、输沙和遥感数据为基础，运用累积距平法和双累积曲线等方法，分析了降水和植被指数变化与水沙之间的关系.结果表明：龙潼区间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.径流在1985年发生了由丰到枯的突变，输沙在1985年和2002年发生了由丰到枯的突变.归一化植被指数(NDVI)呈现恢复态势，年均NDVI指数上升1.7%,空间上NDVI指数呈波动增加趋势，区间流域的南部地区植被覆盖度最佳.与基准期A(1957～1985年)相比，B时期(1986～2019年)降水对径流的贡献率为26.21%,而人类活动对径流的贡献率为73.79%.与基准期A(1957～1985年)相比，B时期(1986～2019年)和C时期(2003～2019年)降水对输沙的贡献分别为22.80%和11.73%,而人类活动对输沙的贡献率为分别为77.20%和88.27%.     

洮河水资源演变分析

洮河是黄河上游主要支流之一,随着气候变化、人类活动,洮河水资源发生很大变化。文章以洮河上游下巴沟站和下游红旗站径流数据为基础,对1965-2008年洮河水资源演变进行分析,结果表明,60年代洮河径流量年际变化大,枯水年和丰水年径流量相差悬殊。自1984年开始,洮河径流量下降趋势明显,2003年后径流量有所回升,但是还达不到多年平均水平。红旗站径流变化与下巴沟站径流变化趋势基本一致,流域内汇水比较稳定,受人类活动等其他因素的影响较小。     

基于SWAT模型的海拉尔河上游土地利用与气候变化对径流的影响

选用SWAT分布式水文模型,对海拉尔河上游的径流量进行了模拟分析,并采用情景分析方法定量分析了土地利用与气候变化对径流量的影响.结果表明:(1)在模型的校准期和验证期,R2分别为0.85和0.84,Ens分别为0.82和0.81,PBIAS在10%以内,说明SWAT模型在海拉尔河上游的径流模拟精度较好;(2)由土地利用和气候变化共同影响下的综合型情景分析得出,气候变化对流域的径流量变化有更为显著的影响.以2000年土地利用数据、1992-2001年气象数据模拟的径流数据为基准,在土地利用和气候变化的共同作用下,流域的年均径流量减少了36.1m~3/s,其中由于气候变化因素减少了27.67m~3/s,由于土地利用变化因素减少了5.43m~3/s;(3)由极端土地利用情景分析得出,林地变草地的情景下,年均径流量增加了3.91m~3/s,草地变林地的情景下,年均径流量减少了5.16m~3/s.(4)由气候变化情景分析得出,流域的径流量变化与降水变化呈正相关关系,与气温变化呈负相关关系.降水量增加10%,流域的年均径流量增加了31.99m~3/s,降水量减少10%,年均径流量减少了13.87m~3/s;气温升高1℃,流域的年均径流量减少了7.91m~3/s,气温减少1℃,年平均径流量增加了8.76m~3/s.在气候变化的背景下,需要考虑降水量变化和气温变化的综合影响,通过合理优化土地利用布局来应对气候变化带来的种种问题.