秃尾河流域径流衰减驱动力因子分析

掌握流域径流演变规律,探讨其影响因子,对流域水资源合理开发利用和科学管理具有重要的意义。论文依据秃尾河流域1956—2010年径流、降水资料以及榆林站1956—2010年气温资料,采用高桥浩一郎公式计算了流域蒸散发量,利用Kendall秩次检验法分析了流域降雨、径流和蒸发的趋势演变特性;采用主成分分析法研究了多因子对流域径流衰减的影响;建立了径流衰减量与主要影响因子之间的统计模型。结果表明：1）流域径流量呈显著减少趋势,而蒸发量和降水量减少趋势不显著;2）在径流衰减驱动力因子中,人类活动因子权重为71.1%,而气候因子权重为28.9%,各驱动力因子对径流衰减的贡献率由大到小依次为：林草>梯田>坝地>流域用水量>年降水量>年蒸发量;3）径流衰减量与林草、梯田的指数回归模型能较好地反映径流衰减量与驱动力因子之间的定量关系,可以为流域治理和水资源开发利用提供科学依据。     

三峡水库运行后荆南三口地区水资源安全状态及归因分析

论文基于驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）概念模型,建立荆南三口地区水资源安全评价指标体系,运用熵权模糊综合评价法评判该地区2000—2015年的水资源安全状态且以Ⅰ~Ⅴ等级来表征水资源安全由弱到强的状态,并运用因子分析法分析水资源安全状态变化的动因。结果表明：在2000—2015年间三口地区整体水资源安全的综合评价结果以Ⅲ等级占主导,为整体评价结果的45.83%,尚处在中间水平,并在时空上呈现出明显的阶段性变化：1）从时间上看,华容县水资源安全状态从2000年的Ⅱ等级上升到2015年的Ⅴ等级,其水资源安全隶属度整体上由低等级向高等级过渡;而安乡县水资源安全状态在2000—2002年处于Ⅳ~Ⅴ等级,三峡水库运行后下降到Ⅲ等级,且在各个等级上其水资源的安全隶属度变化幅度小,高等级增长缓慢;南县水资源安全状态在此期间波动幅度较大,2000—2002年从Ⅲ等级下降到Ⅱ等级,2003年后又缓慢上升到Ⅲ等级,但在2010后其水资源安全状态从Ⅱ等级下降到Ⅰ等级,并在2011—2013年连续3 a处于Ⅰ等级状态,其水资源安全隶属度在三峡水库运行后波动较大,主要向低等级方向移动。2）从空间上看,三峡水库运行前荆南三口地区水资源安全状态由高到低排序为安乡县>南县>华容县,三峡水库运行初期水资源安全状态的高低排序为安乡县>华容县>南县;试验性运行期为华容县>安乡县>南县。3）人类经济活动与供水能力是影响三口地区水资源安全的主要贡献因子,方差贡献率分别为26.758%与25.587%;而气候与人口因素为次要贡献因子,方差贡献率分别为16.240%与15.469%。     

基于GRACE数据的中国水储量变化特征分析

论文以中国2003—2015年GRACE水储量数据、GLDAS-Noah地表蒸散发数据、地面实测降水数据为数据源,基于Theil-Sen Median 趋势分析和Mann-Kendall检验法,分析了中国水储量、降水量以及蒸散发量的变化趋势及相关关系,并利用经验正交函数（EOF）分析了中国水储量变化时空分布特征,结果表明：1） 2006年以后中国整体水储量年际变化剧烈,且降水和蒸散发可以识别水储量异常时段内的特征信息;2） 2003—2015年全国各地水储量、降雨量和蒸散发量变化空间分布差异明显;3） 全国共有18.6%的地区气候因素对水储量变化的方差解释量超过50%,主要位于中国东北、东南沿海、四川盆地、青海高原以及新疆西北部地区;4） EOF分解的GRACE水储量各主成分信息可以表征研究时段内中国地区整体和局部的水储量时空变化特征。     

1961—2014年中国干燥度指数的时空变化研究

论文采用中国1961—2014年530个气象站数据,运用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量,并结合降水量计算中国1961—2014年干燥度指数（Aridity index,AI）,然后采用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析对其进行时空变化分析。结果表明：1）1961—2014年中国整体、西北地区、青藏地区的干燥度指数均呈显著减小趋势,而南方地区干燥度指数呈微弱减小趋势,北方地区干燥度指数呈不显著增加趋势。中国干燥度指数的突变发生于1986年,而各个分区的突变时间有所差异。2）1961—2014年中国整体、北方地区和西北地区干燥度指数变化主周期均为28 a,南方地区稍晚1 a,青藏地区提前2 a,所有地区均在主周期上经历了变大—变小—变大的过程。同时所有地区也存在不同时间尺度的次周期变化。3）整个中国、西北地区和南方地区潜在蒸散发量的减少和降水量的增加,共同引起了干燥度指数的减小。在北方地区,年降水量的显著减小和潜在蒸散发减小引起干燥度指数呈现微弱增加趋势。在青藏地区,潜在蒸散发的微弱增加和降水量显著增加引起干燥度指数呈现显著减小趋势。4）中国干燥度指数在空间格局上和降水的分布相反,呈现出西北大、东南小的特征。北方地区整体干燥度指数偏小,但中部区域降水相对减少,蒸发能力增强,导致干燥度指数相对偏大。南方地区气温较高,蒸发能力强,但雨量充沛,是我国干燥度指数最小的区域。西北地区较为干燥,降水少,蒸发强,是我国干燥度指数最大的区域。青藏地区由于青藏高原的阻挡作用以及东部地区较为丰富的降水量,使得干燥度指数由东向西逐渐增加,呈现西干东湿的格局。     

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。     

新安江上游流域径流变化特征与归因分析

开展变化环境下新安江上游流域径流变化及其归因的研究,有助于理解湿润区水循环过程对气候变化和人类活动的响应机制。利用实测径流、气象资料和遥感植被指数（NDVI）数据,基于布迪克假设框架的弹性系数法,分析了新安江上游降水、潜在蒸散发（ET₀）和植被变化对径流的影响。结果表明：（1）实测径流序列转折点发生在1999年左右。2000-2015年径流深较1983-1999年下降了281 mm,相对变化率为20.8%,且21世纪初期径流下降尤为显著。（2）2000-2015年下垫面参数n较1983-1999年增加了52.5%,植被变化对径流影响显著增强。径流对气候变化更加敏感,且对降水敏感性超过潜在蒸散发。（3）气候变化是径流变化的主导因素,其次为植被变化。气候变化和植被变化分别导致径流深下降了145.37 mm和140.96 mm,贡献率分别为50.77%和49.23%。NDVI在2000年后增加显著（P<0.001）,植被变化的水文效应超过了降水和潜在蒸散发,未来长期的植被生态水文效应研究仍需进一步加强。     

气候和人类活动对典型岩溶地下河系统径流年际变化的影响

为揭示气候变化与人类活动对岩溶地下河系统年径流量的影响,以南洞地下河为研究对象,利用其1972-2014年的径流量、降水量和蒸散量数据,分析其年际变化特征。研究结果表明：研究期内径流、降水和蒸散均呈现波动减少的趋势。其中流域内径流整体以0.014亿m³/a的速度减少,降水整体以3.14 mm/a的速度减少,蒸散整体以7.94 mm/a的速度减少。通过有序聚类法和Mann-Kendall法综合确定出径流、降水的突变年份为2002年、2008年。通过累积量斜率变化率比较法,定量分解了不同时期气候与人类活动对径流变化影响的贡献率：综合考虑降水和蒸散因素,以人类活动轻微的T₁（1972-2002年）阶段为基准期,气候变化对径流减少的贡献率在T₂（2003-2008年）、T₃（2009-2014年）时期分别为-86.68%、35.92%,人类活动对径流减少的贡献率在T₂、T₃阶段分别为186.68%、64.08%。可见,人类活动是南洞地下河流域径流量年际变化的主导因素,其中生活、生产的直接耗水和土地利用/土地覆被变化影响下径流过程的变化,共同影响着径流年际变化。     

气候变化背景下贵州省农作物生长期干旱时空变化规律

以干旱高发区贵州省为研究对象,利用贵州省19个站点1960—2013年气象日值资料,考虑气象干旱累积效应及当地秋收农作物生长时期需水要求,验证了秋收作物生育期内标准降水蒸散指数（Sep-SPEI-6）与粮食减产量之间的相关性。基于Sep-SPEI-6指数采用Mann-Kendall法、滑动t检验、Morlet小波周期分析以及Hurst指数等方法分析了贵州省干旱时空变化特征。结果表明：① Sep-SPEI-6与贵州省及各州、市粮食减产量呈极显著负相关性。② 在1991、2001年前后贵州省气候发生了突变。③ 与第一阶段（1960—1991年）相比,第二阶段（1992—2001年）干旱发生频率和影响范围均减少了10.59%;较第二阶段,第三阶段（2002—2013年）分别增加了23.67%和24.74%;与前两阶段相比,第三阶段的干旱历时与强度增加显著。④ Sep-SPEI-6时间序列存在明显的周期性振荡特征,以22 a为第1主周期。⑤ 各站点Sep-SPEI-6的Hurst数值均大于0.5,说明其变化具有较好的持续性。⑥ 干旱易发区呈现由东向西的转移趋势。⑦ 农作物生长期内日降水>1 mm天数和日照总时数是影响农作物生长期干旱的主要气象因素。研究成果为贵州省抗旱减灾措施的制定提供了理论依据。     

秦岭植被覆盖时空变化及其对气候变化与人类活动的双重响应

论文基于MODIS-NDVI数据、DEM及气象数据,辅以趋势分析、多元回归残差法、偏最小二乘回归法,反演了秦岭地区2000—2015年植被覆盖度及分析了其“格局—过程—趋势”的变化特征,探究了其对气候变化与人类活动的双重响应机制。结果表明：1）秦岭地区近16 a来植被覆盖度呈显著上升趋势,增速为2.77%/10 a,呈“中间高、周边低,西部高、东部低,南坡高、北坡低”的空间格局,植被覆盖度随海拔的升高在2 200 m左右达到最大,700~3 200 m达0.7以上,1 300~2 700 m达0.9以上,3 400 m以上为0.5以下的低值区;2）秦岭地区的植被覆盖与气候因子的响应关系存在明显的空间差异,对气温的响应总体上没有明显的时滞效应,而与降水的响应存在以滞后1个月为主的时滞效应;3）人类活动对秦岭地区植被变化的作用日趋增强,且以正向作用为主,主要分布在东部地区,而负向作用则分布于中部和西部地区;4）秦岭地区植被变化是气候变化和人类活动共同作用的结果,影响因子对植被覆盖变化的解释能力依次为人类活动>降水>气温>潜在蒸散量。     

降水与农业种植变化对黄河流域径流影响研究

黄河是我国西北、华北地区重要水源,了解其径流变化特征及成因有着重要意义。论文基于趋势性分析、广义可加模型（GAMLSS）等方法,采用黄河流域近60 a来流量、降水、主要农业种植面积及大型水库资料等数据,通过细化农业小麦生长期与玉米和大豆生长期以及假定不同降水情景,在季节尺度上深入分析了1960—2005年黄河流域气候、农业种植面积等变化对径流的影响。研究结果表明：1）黄河流域5个水文站点小麦生长期与玉米和大豆生长期径流变异点均发生于20世纪80年代中后期和90年代初期,且除花园口站小麦生长期间径流有少部分呈上升趋势外,黄河流域径流整体呈下降趋势,其中,唐乃亥、兰州的小麦生长期、玉米和大豆生长期及龙门、花园口的玉米和大豆生长期趋势均达到了0.05的显著性水平,呈显著下降趋势;2）对比两种降水假设状态,暴雨年的径流始终高于小雨年的径流,因此,降水仍是影响径流的主要因子之一,而农业种植面积变化对径流的影响程度,不仅与降水量的多少有关,还与流量分位数的大小有关,对于唐乃亥站小麦生长期的暴雨年时期,增加农作物种植面积,在低流量分位数时可以增加径流,而在高于0.75分位数时会减小径流,小雨年时期规律相反。该研究结果对变化环境下黄河流域水资源管理与优化配置具有一定理论与现实意义。     

气候波动和人类活动对滦河流域径流变化的定量影响分析

气候波动和人类活动对流域水文循环过程产生了重大的影响,定量评估它们的影响是水科学研究中的热点问题.论文以滦河流域为研究对象,利用基于SWAT水文模型的径流变化定量分离方法评估了气候波动、人类活动和土地利用变化三者分别对滦河流域径流变化的影响.结果表明:在1960—2010 年期间,滦河流域的径流深呈现显著的下降趋势.在变异Ⅰ期(1980—1994 年)和Ⅱ期(1995—2010 年)内,气候波动和人类活动对径流减少的影响量都在增加,且人类活动一直是径流减少的主要影响因素.土地利用对径流变化的影响,在变异Ⅰ期为负的影响,在变异Ⅱ期为正的影响.     

降水和人类活动对松花江径流量变化的贡献率

为了估算自然因素和人类活动对松花江流域径流量变化的相对影响程度,采用累积距平、有序聚类等方法,对松花江干流6 个水文站1955-2010 年径流量序列进行了分析,揭示了径流量变化过程中各站都存在3 个突变点及被其分割的4 个变化阶段。应用累积量斜率变化率比较方法,在不考虑蒸散影响时定量估算了不同阶段降水和人类活动对径流量的贡献率。结果表明:与基准期相比,之后三个时期降水对径流量的贡献率约为26%~35%、0.1%~10%和25%~43%,而人类活动对径流量的贡献率分别约为65%~74%、90%~99.9%和57%~75%。可见人类活动是松花江流域径流量变化最主要的影响因素。虽然在国内大多数流域仍在增强,但在松花江流域自1999年以来已明显小于之前两个时期,却仍然高于降水量的影响程度。     

人类活动对北江流域径流系列变化的影响初探

以北江流域45年(1956-2000年)内降雨量及主要控制性水文站石角站水文资料为基础,研究了流域内降雨径流的变化特征,发现降雨系列基本没有变化,而径流系列呈缓慢上升趋势。对径流系数系列进行分析显示,1973年前后径流系数发生了较大的改变,将1956-1972年做为基准期,利用降雨-径流关系,定量分析了人类活动对径流演变的作用,发现人类活动的间接影响是造成径流增加的原因。最后分析了流域内近20年来的水土流失和植被变化情况,进一步说明了流域内下垫面状况发生了改变。     

黄河中游河龙区间径流量变化趋势及其归因

黄河水沙变化关乎黄河流域生态安全和全流域的高质量发展。近年来黄河水量出现大幅锐减,制约了当地社会经济和下游可持续发展。量化气候变化和人类活动对径流量减少的贡献对于解析黄河水沙变化动因具有重要意义。由于研究尺度和研究方法的不同,径流量变化的因素和影响程度存在较大差异。本文采用MK趋势检验和双累积曲线法系统分析黄河中游河龙区间四个典型流域（皇甫川、窟野河、无定河、延河）1960—2015年间水文要素的变化趋势,利用Budyko水热平衡方程阐明气候变化和人类活动对流域径流变化的作用。结果表明：1960—2015年皇甫川、窟野河、无定河、延河流域径流量均显著下降（P<0.01）,且径流量均在1979年和1999年前后发生突变,而降水量变化不显著。同基准期（1960—1979年）相比,P2时期（1980—1999年）气候变化对径流减少的贡献率达64%~76%;随着退耕还林还草工程的大规模实施,P3时期（2000—2015年）人类活动成为径流减少的主要影响因素,其贡献率达71%~88%。     

流量对三峡库区嘉陵江重庆主城段藻类生长的影响

对于三峡库区,大部分一级支流都具备产生富营养化的营养水平,在水温和光照等气候条件适宜藻类生长的3—5月,水文条件成为影响藻类生长繁殖和诱发富营养化的关键因素.3—5月恰是水库坝前泄水的消落时段,水文条件与一般的湖泊、河流和水库等显著不同. 针对三峡水库特殊的水文情势, 通过现场水质采样,应用质量守恒原理,研究了3—5月上游来水流量对嘉陵江重庆主城段藻类生长的影响. 结果表明:流量对河段的藻类密度和质量净增量有显著影响,3月因较低的来水流量和较小的大坝泄水量使藻类密度和质量净增量最大,5月当流量接近或超过历史同期水平时,河段的藻类质量净增量为负,而当流量偏枯较大时,藻类质量净增量为正.      

水文变异条件下潦河生态流量计算研究

气候变化和高强度人类活动改变了流域的自然水文循环过程,导致水文序列出现变异,严重影响了流域水文生态系统的稳定性.目前,基于水文变异条件下的河道内生态流量计算已成为当前变化环境下生态水文学研究的热点问题之一.以江西鄱阳湖西北部的潦河为例,采用水文时间序列变异检验方法分析径流变异性及成因,应用水文模型对水文变异后的径流进行还原,以Kolmogorov-Smirnov（K-S）、Anderson Darling（A-D）和概率点据相关系数（PPCC）3种检验法确定月径流的最优概率分布函数,进而提出水文变异条件下最适宜的潦河生态流量计算方法.结果表明:①潦河万家埠站径流在1972年发生水文变异,突变点后流域年径流增加了12%,降水量的增加和蒸发量的减少是其主要驱动要素.②采用分布式时变增益模型（DTVGM）对径流进行还原,率定期和验证期的相关系数和Nash-Sutchliffe效率系数均大于0.78,径流模拟值和实测值拟合程度较高,表明基于DTVGM进行径流还原是可行的.③基于还原后的径流,对5种概率分布函数进行拟合优度综合检验,确定逐月最优分布函数,并估算月河道生态流量.与Tennant法、最枯月平均流量法、7Q10法等方法比较,基于最优分布函数的生态流量结果更具确定性与合理性.在气候变化和人类活动引起径流变异的背景下,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法能够更科学地体现水文变异对生态需水过程的影响,研究结果可为潦河流域水生态保护和水资源管理提供数据支撑,也可为变化环境下水资源规划和配置提供科学依据.      

降水和人类活动对秃尾河流域基流的影响

基于秃尾河高家川站1956—2012 年实测日径流数据,采用递归数字滤波法进行基流分割,并对高家川基流的趋势性、持续性、多时间尺度和突变特征进行分析。最后,采用累积斜率法计算降水和人类活动对基流的贡献比例。研究表明:1956—2012 年秃尾河基流不仅具持续显著减少特征,还有22 a 和8 a 的多尺度周期变化特征和突变特征,并以1979 和1996 年为突变点。与基准期相比,1980—1996 年降水和人类活动对基流的贡献率分别为54.16%和45.84%;1997—2012 年降水和人类活动所占的比例分别为30.11%和69.89%;人为驱动力占总驱动力的比例显著上升,可以认为在全球气候变化的背景下,人类活动日益成为秃尾河基流演变的主要驱动因子。     

气候变化对阿克苏河流域径流过程的影响

结合阿克苏河源流山区两气象站以及出山口两水文站近50 a的气象、 水文实测资料,运用非参数Mann-Kendall单调趋势检验、 突变检验、 方差分析外推、 R/S分析及周期性叠加趋势模型等方法,分析了阿克苏河源流区气候及径流变化的趋势和周期,并予以预测,探讨了气候变化对径流的影响量。结果表明:阿克苏河源流区气温、 降水量及径流量皆呈显著增加趋势,且分别在1989、 1985和1993年发生了显著的增多跃变;气候因子与径流量的Hurst指数均大于0.5,表明其未来仍将保持增加趋势,在2010-2016年径流量的相对最大值和最小值将分别为91.822×10⁸ m³(2014年)和83.43×10⁸ m³(2011年);阿克苏河径流量在整个时间序列存在25 a的准周期,但在突变前以17 a周期为主;气候变化使得阿克苏河源流在1994-2007年增加了224.97×10⁸ m³的来水量,年增加量的最大、 最小值分别出现在2003年和2004年。