气候变化及人类活动对地表径流改变的贡献率及其量化方法研究进展

地表径流的变化受气候变化和人类活动的双重驱动力作用,定量评估气候变化及人类活动对地表径流变化的影响对水资源管理具有重大意义。论文以水文循环过程为主线,分过程阐述气候变化及人类活动影响地表径流发生变化的机制机理,对各种量化二者对地表径流变化贡献率的方法进行比较,然后分析全球部分流域气候变化和人类活动对地表径流变化影响的差异。研究结果表明：1）气候变化和人类活动参与水文循环的各个过程之中,不同水文过程中气候变化和人类活动影响地表径流变化的途径不同;2）不同量化方法的适用范围和条件不同,不同方法对同一流域的研究结果可能不一致;3）全球不同流域间气候变化和人类活动对地表径流变化贡献率存在明显区域差异。现阶段,综合多种突变检验方法有利于提高识别地表径流突变点的准确率;消除干扰因素（如气象水文等数据选取、模型方法参数设置和方法本身不确定性）有利于提高同一流域不同量化方法评估结果的一致性;如何更好地耦合基于物理的水文模型方法和基于数学的经验统计方法来量化二者对地表径流变化的贡献率是未来研究的重点。     

土地利用结构与空间格局对鄱阳湖流域中小河流水质的影响

为揭示土地利用结构与空间格局对中小河流水质的影响机制,于2022年1月与2022年7月在鄱阳湖流域3条中小河流的25个采样点收集水样.采用Bioenv分析、Mantel检验与方差分解量化不同空间尺度的土地利用结构与空间格局对水质的影响,使用广义加性模型拟合水质与土地利用结构与空间格局的关系,广义线性模型构建分段回归模型,并基于逐步递归法计算阈值.结果表明：①土地利用结构与空间格局对河流水质的平均解释率在丰水期（59.72%）大于枯水期（48.95%）;子流域与河岸100 m是土地利用结构与空间格局影响中小河流水质的关键尺度,平均解释率分别为54.70%和64.88%;土地利用结构与空间格局的共同解释部分是驱动河流水质变化的重要因素,占总解释率的66.90%.②土地利用结构对中小河流水质的影响具有显著的阈值效应,当子流域尺度下建设用地占比低于2%、耕地占比低于8%和林地占比高于82%,河岸缓冲区尺度下建设用地占比低于12%、耕地占比低于41%和林地占比高于49%时,均能明显改善水质.③空间格局对中小河流水质的影响也具有阈值效应但弱于土地利用结构,当子流域尺度下斑块形状值大于28.77和斑块多样性大于0.69,河岸缓冲区尺度下斑块形状值大于2.99和斑块多样性大于1.02时,均能改善水质.以上结果表明,加强对子流域与河岸100 m尺度的土地利用的管理,合理规划土地利用结构与空间格局能够有效地防止水质恶化.     

基于蓝水可持续指数的黄淮海流域水资源可持续性评价

为了评估人类超采地下水以及侵占河流生态需水给水资源可持续性带来的风险,将黄淮海流域作为研究区,在利用非稳态Budyko模型以及水量平衡公式的基础上,结合生态需水核算结果及各产业用水数据,选取蓝水可持续性指数BlWSI,基于蓝水消耗量（CBWU）、不可再生地下水抽取量（NRGW_A）以及地表过度取水量（SW_OA）对流域开展水资源可持续性评价。结果表明:表征蓝水资源可持续性的BlWSI指标在黄淮海流域存在明显的时空差异性。其中,黄河流域的水资源可持续性程度最低,海河流域次之,淮河流域可持续性程度最高。1960—2000年,黄淮海流域的水资源可持续性呈现不同程度的增加趋势。研究对提升黄淮海流域的可持续水资源管理具有一定的参考意义。     

海河流域社会经济发展对河流水质的影响

海河流域社会经济快速发展,主要河流水质恶化.本文基于海河流域人口规模、经济产值和土地利用变化过程,结合河流社会经济发展指标和水质变化统计分析,从流域废污水排放和水资源利用等角度分析社会经济对水环境影响机制.研究表明,流域人口规模大幅增长、工业生产强度大幅提高,工业聚集区由北京-天津地区扩展到北京-天津-唐山、石家庄、聊城-德州等地区,导致海河流域工业废水和生活污水排放规模迅速上升,成为河流水质恶化直接驱动力.城市扩张是流域土地利用变化最显著特征,近30年来城市用地面积增加85%,北京-天津-唐山城市群规模扩大,造成流域水资源开发利强度加剧,降低河流自净缓冲能力.因子分析表明,流域影响河流水质因素分解为农村、城市和自然等3个方面,其中城市化过程和农村社会经济发展对河流水体污染物浓度水平影响非常显著.     

河流流域生态安全综合评估方法

在国内外生态安全相关研究的基础上,提出了河流流域生态安全的定义. 以河流流域生态安全为研究对象,基于DPSIR(驱动力-压力-状态-影响-响应)模型框架,构建了评估指标体系,并利用多准则群体决策模型的层次分析法和熵权法确定指标权重. 以晋城市沁河流域为例,对该流域2005─2009年生态安全状况进行了综合评估. 结果表明:5年内沁河流域的生态安全综合指数从2005年的0.487升至2009年的0.641,状态从“安全”区域底部逐步提升到顶部,人均GDP增长、单位工业产值COD_Cr和NH₃-N排放强度的降低、污水处理厂投入使用和环保投资的逐年增加是影响其变化的关键因素.      

滦河流域土地利用对大型底栖动物生物指数的路径分析

基于滦河流域65个样点的河流景观与大型底栖动物调查数据,分别采用回归分析、排序分析等统计方法和结构方程模型,探讨了流域尺度的土地利用格局对大型底栖动物群落及其重要生物指数的影响路径.结果表明:1)对大型底栖动物群落结构产生影响的主要水环境和物理生境是电导率、全氮含量和细粒物质比例;2)基于关键因子构建的结构方程模型,分别对底栖动物生物完整性指数、香农-威纳多样性指数和总分类单元数指数的总体解释度达到47%、33%和47%,其路径分析结果指出,流域土地利用格局(耕地%、草地%)影响水环境状况(氨氮、总磷、电导率),进而影响了大型底栖动物群落结构及生态功能.研究表明结构方程模型可有效探讨流域尺度土地利用格局对河流大型底栖动物影响的路径,相关结果可为了解不同尺度人类活动对河流生物的影响过程,以及河流生态修复提供重要的参考依据.     

气候变化和人类活动对武江流域年径流及最大日流量影响的定量分析

针对气候变化与人类活动对流域年径流及最大日流量变化影响的定量识别问题,以华南湿润区武江流域为例,分别采用HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）模型和敏感性系数法,从日和年尺度定量模拟和评估气候变化与人类活动对流域年最大日流量和径流变化的影响过程及贡献率。结果表明：HIMS模型在武江流域适用性良好,日尺度模型率定期和验证期的纳西效率系数分别为0.85和0.77,水量平衡误差绝对值分别为3.1%和3.3%;两种方法均表明气候变化是引起流域年径流量增加的主要因素,人类活动导致了流域径流量的减少,但贡献率较小。气候变化与人类活动导致了流域年最大日流量的增加,气候变化对年最大日流量增加的贡献率为94%,而人类活动的贡献率则为6%。相较于年均径流量,气候变化对年最大日流量的影响更为显著。     

SPARROW模型在水环境管理中的应用及发展趋势

模型是研究水环境变化、进行水环境管理的重要工具.SPARROW（spatially referenced regressions on watershed attributes）是一个基于质量平衡方法将监测数据与流域特征和污染物来源信息相关联的非线性流域回归模型,具有数据需求量少、结构透明、普适性强等优点.为深刻理解SPARROW模型在水环境管理中的应用现状及未来发展趋势,笔者对SPARROW模型的原理以及其在营养物背景浓度模拟、水质评价、水质目标管理、气候变化对水环境影响等方面应用的国内外研究现状进行了系统梳理.结果表明:①通过选择合适的参考点,SPARROW模型可以有效模拟流域背景营养物通量和浓度,为流域水质标准的制定提供参照依据.②SPARROW模型可将营养物监测获得的数据信息外推至未监测区域,在水质监测数据数量有限的情况下进行水质评价.③SPARROW模型可模拟不同土地使用条件、资源管理等情境下河流营养物负荷,为水质的管理与决策提供支撑.④气候变化情景下,基于SPARROW模型进行气候变化对水环境影响的研究可以支撑水环境管理方案的制定,以应对未来气候变化导致的营养物输出增加.针对SPARROW模型目前在应用中存在的问题进行了分析与讨论,建议未来在应用SPARROW模型时,加强以下几个方面的研究:①进一步开发高锰酸盐指数、化学需氧量（COD）、氨氮等相关模块;②将SPARROW模型与机器学习模型相结合,提高量化模型参数的能力,使模型更好地应用于不同尺度、不同流域的水质相关研究.      

气候变化和人类活动对伊逊河流域径流变化的影响

借助Mann-Kendall趋势检验和突变检验对气象水文序列进行一致性分析,划分基准期（1961—1979年）和影响期（① 1980—1989年、② 1990—1999年、③ 2000—2016年）,利用基准期校准的可变下渗容量（VIC）模型,采用步进式方法,探究气候变化和人类活动对伊逊河流域径流变化的波动影响过程。结果表明:研究区近56年年均气温显著升高,年降水量无明显变化趋势,流域年径流量下降趋势明显,季节尺度上流域非汛期降水量增加显著。气候变化和人类活动均会对径流产生显著影响且作用机理复杂,步进式方法对影响机理的研究较传统方法更能体现其变化过程;在降水丰沛的影响 ② 期,冬季降水量增加会显著增加流域径流量,而在降水略少的影响 ① 期和 ③ 期,蒸发量增加以及土壤含水量降低使得流域径流减少;人类活动耗水在影响 ① 期和 ③ 期引起流域径流减少并且影响作用逐渐增强,影响 ② 期由于城镇化和耕地扩张使得流域产流能力增强导致径流增加。深入研究气候变化和人类活动对径流的影响机制,可为流域水资源管理和规划提供理论依据。     

影响太子河流域鱼类空间分布的不同尺度环境因子分析

鱼类的退化受到不同类型环境因子的影响,为制定更合理的鱼类保护计划,本研究采用了非度量多维标度法(NMS)研究了太子河流域不同尺度环境因子对鱼类空间分布的影响.鱼类聚类结果发现太子河流域鱼类可分为3种分布类型区,即上游森林及支流源头区、中游山地区和下游平原区.NMS分析表明太子河流域鱼类空间分布受到流域、河段和微生境这3种尺度上环境因子的影响,海拔、河流等级和土地利用在流域尺度上对鱼类分布表现出显著影响,速度与深度结合等级、栖境复杂性等级和电导率等因子在河段尺度上表现出显著作用,底质等级是在微生境尺度上具有显著作用.因此,在流域鱼类保护管理中应考虑不同尺度上环境因子的影响.     

天山中部流域尺度森林变化水文响应定量分析——以乌鲁木齐河流域为例

为了对天山中部流域尺度森林变化水文响应进行定量分析,论文以乌鲁木齐河流域为研究区,基于流域1980-2013年水文气象资料,在分析流域径流变化规律的基础上,使用SWAT模型,根据天山云杉分布的生境限制因素,设定了5种不同的云杉分布情景,据此,确定不同丰枯年份云杉林变化对径流的影响。结果表明：1）SWAT模型能较好地模拟乌鲁木齐河流域月径流过程,在林地状况恒定的前提下,影响模型模拟的最敏感的参数为地表径流参数CN2,率定期与验证期R²和Ens均高于0.85,相对误差|Re|均小于5%,模型模拟精度较高;2）在相同气象条件下,丰水年、平水年、枯水年云杉林变化与径流呈线性相关,云杉林面积每增加1%,三种年份径流深分别减少0.06、0.05、0.04 mm,且在丰水年和平水年径流增加更显著;3）随着云杉林面积的减少直至消失（林地覆盖率由17.73%到0%）,情景间径流差异的变异系数、波动范围变化逐渐增大,其波动范围扩大5.1倍。山区云杉林的分布,可有效减少地表径流及其波动范围,这对年内径流分配不均的流域水资源稳定、对森林水源涵养功能的定量研究以及林区水资源科学调控和管理都具有重要意义。     

影响浑太河流域鱼类群落结构的不同尺度环境因子分析

于2012年5月对浑太河流域65个采样点的鱼类进行调查采样.共采集到鱼类40种,分属9目14个科33属.其中鳅科鱼类占13.21%,鲤科占65.83%,构成了浑太河鱼类群落的主要部分.不同河流鱼类群落也有所不同,浑太河流域鱼类可分为2种分布类型,即上游林地为主的区域及支流源头区和中下游平原区.太子河葠窝水库上游和浑河大伙房水库上游区域的优势种类为北方条鳅(Nemachilus nudus)、北方花鳅(Cobitis granoei)和洛氏鱥(Phoxinus lagowskii),浑河和太子河平原区的优势种类为鲫(Carassius ayratus)和餐条(Hemiculter leucisculus).采用典范对应分析(CCA)方法定量分析流域、河段和微生境尺度环境因子对鱼类空间分布的影响.结果表明,浑太河流域鱼类空间分布主要受到流域和河段这2种尺度上环境因子的影响.在流域尺度上,林地、城镇建设用地、海拔对鱼类空间分布表现出显著影响,在河段尺度上,溶解氧、总氮、pH和栖息地质量对鱼类空间分布表现出显著影响.而微生境尺度上的底质类型则未对鱼类空间分布产生显著影响.流域尺度环境因子对鱼类群落结构变异的解释率为7.66%,河段尺度环境因子对鱼类群落结构变异的解释率为10.57%.河段尺度环境因子对鱼类群落结构的影响更为显著.     

瑞典水文变化-气候变化影响模拟

温室效应加剧导致的气候变化将会引起水文系统的变化.随着气候要素的变化,水文变化将会在全球呈现出区域差异性.因此,有必要开展局地和区域尺度上的水文变化影响研究,评价不同区域将会受到怎样的影响.本研究旨在对广泛的瑞典流域上气候变化的水文影响(响应)进行评估.我们采用不同的方法,将气候模型中产生的气候变化信号转换输入到水文模型中.利用瑞典区域气候模拟计划(SWECLIM)生成的区域气候情景,我们进行了几次水文模型模拟研究.得出的基本结论是根据流域的地理位置处于瑞典北部或南部,气候变化对河道水流的分区影响是显著不同的.此外,预测的水文变化不仅与用于确定区域气候模型边界条件的全球气候模型的选择有关,而且与人为气体排放情景的选取有关.     

基于SWAT-WEAP联合模型的西辽河支流水资源脆弱性研究

气候变化与人类活动对水循环及水资源安全的影响是近代水科学面临的主要科学问题。以西辽河支流老哈河流域为研究区,探索了一种水文模型耦合方法(SWAT-WEAP),以水短缺量为指标,同等考虑水资源供给端与需求端,对气候变化与不同人类利用情景下水资源系统脆弱性进行定量分析,结果表明:①暖干化气候情景比暖湿化气候情景明显加剧了老哈河流域水资源系统的脆弱性,降水减少10%导致的水短缺量比降水导致10%所缓解的短缺量要多31.17%;②气候变化对流域农业灌溉用水影响最大,对城乡生活用水和工业用水影响相对很小;③老哈河流域水资源系统脆弱性的主要驱动力之一源自农业不合理灌溉,发展畜牧业、 改变种植结构与高效节水灌溉是缓解水短缺、 降低水资源系统脆弱性最为有效的措施,也是应对气候变化最为有效的方式;④基于供水端的措施(如水库)在暖干化气候时由于水资源供给来源受限,其缓解作用有所减弱。     

长江三角洲地区气候变化影响和适应对策综合评价研究

该课题是中国国家环保总局和加拿大环境部在全球气候变化影响研究方面的一个国际合作项目。是我国首次进行未来气候变化对区域社会、经济和环境影响的案例研究。该项研究首先分析了气候变化对水资源、农业、工业、能源及海平面上升的影响 ,并建立了相关的影响模型。采用加拿大气候变化对麦肯兹流域的影响研究 (ＭａｃｋｅｎｚｉｅＢａｓｉｎＩｍｐａｃｔｓｔｕｄｙ)课题的土地利用综合评价框架 (ＬＩＡＦ) ,进行了气候变化对长江三角洲环境经济影响的综合评价研究 ;并提出了适应对策及综合评价模型研究 ;建立了一套估算经济损失的方法。例如…     

中国流域水资源综合开发

流域是地球陆地表层生态系统最为发达的地域组成单元。作为流域生态系统发育的关键要素,水资源的开发利用决定着包括人文系统在内的整个流域生态系统发育的基本走向和命运。中国是世界上流域水资源开发利用最早的国家之一,目前的综合开发利用程度已经达到较高的水准,且在建的水电大坝工程有数十座。2008 年中国流域水资源综合开发强度已经达到了25.9%,高出全球同期平均水平9 个多百分点。其中淮河、海河和黄河三大流域的开发强度值为最高,水资源的可持续开发能力已荡然无存。受流域水资源结构、需求变化、资源开发环境以及全球气候变暖等因素的共同影响,未来中国流域水资源的综合开发强度应保持在35%左右为宜,其中水资源的开发强度大体可在25%,水电资源的开发强度大体可在50%。     

硫酸参与的湿热流域化学风化对河流水化学影响研究综述

河流水化学组成可以提供反映流域内岩石化学风化过程及河流离子来源等生物地球化学的信息。化学风化是全球碳循环的重要环节,湿热流域的水热条件可以促进流域岩石化学风化。硫酸和碳酸一样可以作为侵蚀介质参与流域岩石的化学风化,硫酸参与的湿热流域碳酸盐类化学风化可释放CO₂,但其参与的硅酸盐类化学风化对大气CO₂没有显著影响,故若不考虑硫酸作用将会导致对岩石化学风化作用下大气CO₂消耗通量的高估。水化学组成受到流域岩石化学风化的影响,通过对河流水化学组成和溶解无机碳（DIC）稳定同位素组成（δ¹³C）的分析可以确定河流水化学类型并揭示硫酸对流域岩石化学风化的定量影响。目前关于硫酸对河流水化学影响的研究逐渐增多,未来关于小流域尺度上硫酸对河流水化学的影响、硫酸影响下河流CO₂的脱气过程以及人类活动对河流水化学的影响等方面需要更多关注。     

巢湖流域水资源可持续性评价方法研究

水资源可持续性评价模型(WRSEM,Water Resource Sustainability Evaluation Model)能够定量地评价流域水资源的可持续性,是流域水资源管理的一个有效工具。本文为了科学地衡量巢湖流域水资源开发、利用和管理的可持续性,构建了巢湖流域水资源可持续性评价模型和评价指标体系。巢湖流域水资源可持续性评价指标体系由4个一级指标(经济效率、社会公平、环境保护和保障能力)和20个二级指标构成。最后根据相对权重综合计算得到流域水资源可持续性指数。评价结果表明了巢湖流域水资源可持续性的程度,同时研究结果为巢湖流域水资源管理及其相关政策制定提供了科学依据。     

澜沧江流域云南段道路网络对生态承载力的影响研究

澜沧江流域道路工程的建设影响着区域土地利用格局和生态系统的空间分布,并进一步影响着区域的生态承载力,辨析道路对生态承载力的影响对区域生态管理具有重要意义.以谰沧江流域各县(市)为研究对象,利用生态足迹法研究了澜沧江流域生态承载力的时空及动态变化;以县域、市域为尺度.提取流域道路网络的结构特点,并进一步利用回归分析研究了道路的网络结构与生态承载力的关系.结果表明,谰沧江流域生态承载力存在着空间分布的不均衡,并呈现逐年降低的趋势;流域道路阿络中不同等级道路的组合结构变化明显,道路密度空间差异显著;县域尺度的回归分析表明,生态承载力与不同等级道路长度符合Gaussian模型、Reciprocal模型.与道路密度均能用ExponentiM Fit模型表示,生态承载力随道路密度的增加而减小;市域尺度上,生态承载力与道路密度的关系与县域尺度相一致.     

气候变化对钱塘江流域水资源带来的威胁

文章以钱塘江流域水资源作为研究对象,介绍了钱塘江流域自然地理与水文气象数据概况,分析了钱塘江流域水文气象要素变化特征分析以及其气候变化对钱塘江流域水资源带来的影响,气候变化情景下水资源适应对策。