气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流过程影响的定量分析

量化气候变化和人类活动对流域水文影响及其对流域水资源规划和管理具有重要的理论与现实意义.采用水文模型和多元回归法定量分析气候变化和人类活动对鄱阳湖"五河"径流的影响,并通过与灵敏度分析法对比来进一步验证分析结果 .研究表明,1970-2009年,气候变化和人类活动对鄱阳湖流域径流增加的贡献率分别为73%和27%.气候变化是饶河、信江和赣江径流增加的主导因素,而人类活动是修水径流增加的主要因素,是抚河径流减少的主要原因.另外,不同季节影响径流变化的主导因素又有不同,人类活动为干季(11月到次年2月)径流增加和湿季(4-6月)径流减小的主导因素,其贡献率分别为78.9%和82.7%.本研究可为鄱阳湖流域防洪抗旱及水资源优化配置提供重要科学依据.     

变化环境下近60年西江流域径流时空演变特征

气候变化叠加人类活动的双重影响下,西江流域的河川径流发生了不同程度的改变,重新认识和掌握变化环境下的径流时空演变规律对流域的科学管理具有重要意义。基于西江流域干支流7个控制性水文站近60年的日径流资料,综合极点对称模态分解法(ESMD)、Mann-Kendall检验、R/S分析、小波分析等方法,从年代、年、季和年内多个时间尺度对径流的时空演变特征进行分析,研究结果表明:年代尺度下,西江流域径流丰枯交替、变化悬殊,1970s与1990s径流丰沛,2010s径流偏枯,降雨影响着径流的丰枯变化,流域上、中游更易发生干旱与洪涝灾害;春、夏、秋、冬季径流振荡周期依次为2～7、15～20、28～29 a,3～5、7～10、20 a,2～3、6～8、12～15 a和3～8、12～15、20 a,均呈现年际与年代的双重周期特征,IMF1的年际振荡在径流变化中占主导地位;受降雨与水库调蓄作用的影响,年、夏、秋季径流呈下降趋势,预测下降变化具有持续性,春、冬季径流整体呈上升趋势。空间内上游的变化趋势更显著;年和季尺度径流在1980年后突变增多,尤其集中于2000—2010年间,人类活动与气候变化是造成西江...     

基于长短记忆模型的鄱阳湖流域径流模拟及其演变的归因分析

气候变化和人类活动直接或间接的影响着全球和区域水文循环过程,是导致水文水资源时空分布的主要因素,同时也是流域-湖泊水文情势变化的根本原因.本文基于长短记忆模型构建了鄱阳湖气象-径流模型,同时引入了基准期的概念,定量区分了导致鄱阳湖流域径流变化的主要影响因素.研究结果表明:在同时考虑计算效率和模拟效果的前提下,采用10 d预测窗口大小来构建鄱阳湖气象-径流模型能够很好地捕捉径流的极值,并且对径流的短期波动也能有很好的体现.训练期模型在各个子流域的纳什效率系数均高于0.94,而在验证期,模型在各个子流域的纳什效率系数均高于0.90.基于径流模拟结果,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖径流的影响,研究结果显示:人类活动对径流的影响主要发生在春、秋季,其中,人类活动在春季主要会造成径流的增加,平均增加幅度约为139.47 m³/s,而在秋、冬季,人类活动则会导致径流平均减少约34.37 m³/s.对比二者的相对贡献率,可以发现,春季人类活动对径流造成的影响较大,平均相对贡献率为77.26%.而在其余季节,鄱阳湖流域径流过程的改变主要是由于气候变化,平均相对贡献率约75.84%.研究结果能够为鄱阳湖流域水资源管理提供科学依据和理论指导.     

黄河流域气候与农业种植面积变化对径流的影响

根据黄河流域1960—2005年5个水文站逐日流量、77个气象站1959—2013年逐日降水数据,结合流域内主要农作物种植面积及大型水库资料,全面探讨气候与农业面积变化及人类活动对黄河流域径流变化的影响.研究表明:黄河流域所有流量分位数总体呈下降趋势,并于1980s中后期到1990s中期发生突变.降水变化是黄河流域径流变化的主要影响因素.在考虑不同流量分位数情况下,农作物种植面积变化对不同分位数径流变化的影响也有差异性.花园口站农作物种植面积变化对径流量量级和可变性均有显著影响;其余4站各项气候变化与农作物种植指标参数较大,虽均未达到10%的显著性水平,但仍会对径流的量级变化产生影响.对唐乃亥站,农作物耕作面积的下降减少了灌溉用水,在0.5流量分位数时有高达60%增加径流量的间接作用.对于头道拐站,农作物耕作面积的增加使得流域总蒸发量增加,灌溉用水增加,在0.3流量分位数时有高达40%减少径流量的间接作用.该研究为气候变化与人类活动影响下黄河流域水资源优化配置提供重要理论依据.     

气候变化和人类活动对鄱阳湖流域赣江径流影响的定量分析

气候变化和人类活动对流域径流影响的定量研究是当前研究的热点,赣江作为鄱阳湖流域最大的子流域,径流变化对鄱阳湖湿地水生态系统具有重要的影响.利用Mann-Kendall突变检验分析了赣江流域径流1955—2010年间演变趋势,再分别应用统计方法和IHACRES集总式模型分析气候要素和人类活动对径流的影响.研究表明IHACRES能够较好地模拟赣江流域径流,适用于中亚热带湿润季风气候区.Mann-Kendall突变检验表明赣江流域径流在1979年发生突变,可划分为1955—1979年和1980—2010年两个时段.降水是影响赣江流域径流年际变化的主要因素,而土地利用等人类活动的影响并不明显.水库建设显著影响赣江径流的季节分配,1980—2010年间人类活动影响更加显著,其中45%的年份秋季径流增加50%以上,26%的年份秋季径流增加超过100%,其中1989年的秋季径流增加幅度达到320%.     

近60年来白洋淀流域河川径流演变及湿地生态响应

白洋淀是雄安新区的核心生态功能区,近几十年来面临水源不足、湿地萎缩等生态环境问题.选取白洋淀流域上游王快、西大洋及拒马河3个子流域开展河川径流演变研究,结合1969年以来18期白洋淀湿地遥感影像,揭示白洋淀流域河川径流驱动湿地演变的过程机制.结果表明：近60年来白洋淀流域山区径流量呈持续衰减趋势,从P1阶段(1961—1979年)至P3阶段(1997—2019年),典型子流域年径流系数均值由0.29降至0.12,山区年径流总量由30.84×10⁸m³/a降至11.37×10⁸m³/a,降幅达63.1%,梯田修建、地下水开采等人类活动是导致径流衰减的主要原因;不同子流域产流和基流减少对径流衰减的贡献率存在差异,以变质岩为主的王快子流域径流衰减的主要原因是地表产流减少,碳酸盐岩分布较广的拒马河子流域径流衰减的主要原因是基流减少;白洋淀湿地面积变化受控于地表水位波动,近60年来白洋淀湿地退化的直接原因是入淀流量减少,根本原因是人类活动影响导致的山区径流衰减.     

城市化背景下年最大日径流演变及影响因素研究——以长江下游秦淮河流域为例

随着气候变化和人类活动的加剧,城市化地区水文过程受到较大影响,极端水文事件发生频率显著加大,探究城市化地区洪水演变和驱动机理对于防洪减灾具有重大意义。本文以长江下游快速城市化地区的秦淮河流域为例,分析了1987—2018年期间该流域年最大日径流的演变特征,构建多元线性回归模型和广义可加GAMLSS模型识别了关键驱动因子并量化其贡献作用。结果表明:(1)城市化背景下秦淮河流域年最大日径流呈现显著上升趋势,平均增长速率为14.77 m³/(s·a),并于2001年发生显著突变。(2)汛期降水量和不透水面率是年最大日径流变化的关键驱动因素,最优模型显示前者贡献率超过了70%,表明了降水改变的决定性作用,而不透水面率贡献率超过20%则表明了下垫面的改变对年最大日径流演变存在显著影响。(3)不透水面的增加对年最大日径流和汛期降水量响应关系的影响程度从突变前的6.7%增加到突变后的10.4%,快速城市化已显著改变了流域降水-径流响应过程。研究表明,随着城市发展秦淮河流域的年最大日径流受到人类活动显著影响,洪涝威胁日趋增大,研究结果可为城市化地区防洪减灾提供一定参考。     

鄱阳湖流域径流模型

流域径流是鄱阳湖主要来水,建立鄱阳湖流域径流模型对揭示湖泊水量平衡及其受流域自然和人类活动的影响具有重要意义.针对鄱阳湖-流域系统的特点:流域面积大(16.22×104km2)、多条入湖河流、湖滨区坡面入湖径流等,研究了相应的模拟方法,建立了考虑流域土壤属性和土地利用空间变化的鄱阳湖流域分布式径流模型.采用6个水文站1991-2001年的实测河道径流对模型进行了率定和验证.结果显示,模型整体模拟精度较高.其中,赣江、信江和饶河均取得了较好的模拟结果,月效率系数为0.82-0.95;抚河和修水模拟精度略低,为0.65-0.78.模型揭示了研究时段内年平均入湖径流总量为1623×108m3,其中,赣江最多,占47%,其次为信江和抚河,分别占13%和12%,湖滨区坡面入湖径流约占4%,其余24%来自饶河、修水以及其它入湖支流.模型将用于评估流域下垫面或气候变化引起的入湖水量变化,为湖泊水量平衡计算提供依据.     

气候变暖下太湖极端洪水的归因探讨

全球增温引起的降水变化是否引起极端洪水的增加,发生在不同气候背景的极端洪水事件可提供不同参照系;而不同驱动因子下气候、水文数值模拟为认识洪水发生和归因提供了有效途径.本文结合机理数值模拟和随机统计模拟两种途径,针对1990s和1880s的太湖流域特大洪水,通过GCM气候模拟驱动的流域水文模拟和不确定性的阈值模拟,分析19世纪末和20世纪末极端洪水的发生强度和频率的变化,从而论证极端洪水发生的风险系数.结果表明,1990s的极端洪水流量(0.1%的极端洪水流量(Q0.1%)为2929~3601 m³/s,0.5%的极端洪水流量(Q0.5%)为1842~1893 m³/s)比工业革命前大气温室气体状况下(Q0.1%为2069~3119 m³/s,Q0.5%为1436~1561 m³/s)显著增大.与19世纪末相比,由于太湖流域人类活动改变的流域下垫面在1999年特大洪水中引起最大增量占35%,本文模拟和分析的20世纪末气候下的洪水最大增量占60%.去除人类活动影响的下垫面变化,估计特大洪水风险的最大增量为25%,因此认为20世纪末气候变化引起的太湖极端洪水风险在增加;这将为认识与全球增温相关联的洪水灾害预测预警提供科学依据.     

黄河径流量的历史演变规律及成因

基于黄河上、中和下游的径流及气候资料，对径流的年代际变化规律及与气候变化的关系进行了分析.结果表明：黄河流域的径流均存在显著的年代际变化趋势，径流的显著特征是从20世纪80年代开始的减少趋势，但并未达到历史的最低，径流减少的趋势在下游比上游更显著，而这种变化趋势与流域的气候变化趋势基本一致，说明在年代际尺度上，径流的变化主要受气候的控制；在不同季节，这种关系有明显差异，如在冬季两者的变化趋势有较大差异.分析还发现，近年来流域地表的干化是流域径流减少的原因，气温的升高更加剧了流域地表干化.     

1960年以来气候变化与人类活动对鄱阳湖流域生态径流改变的影响

基于鄱阳湖流域五河水文站1960-2013年逐日径流量和14个国家级气象站的日气象数据,本文利用长短记忆模型框架构建神经网络模型来开展鄱阳湖流域的径流过程模拟,结合生态赤字与生态盈余等生态径流指标,定量分析了鄱阳湖流域的水文变异特征.同时,利用差异化的情景模拟方式,定量区分了人类活动和气候变化对鄱阳湖流域生态径流变化的...     

1976-2015年柴达木盆地湖泊演变及其对气候变化和人类活动的响应

柴达木盆地众多的湖泊不仅对维持当地脆弱的生态环境具有极其重要的作用,而且中心盐湖也是重要的矿产资源.进入21世纪以来,受气候变化和人类活动的共同影响,盆地湖泊发生了一系列重大变化.为科学认识这一问题,选取了1976-2015年6期Landsat系列卫星影像,解译了该区域1 km²以上的湖泊水面,并分析了湖泊变化对气候和人类活动的响应.结果表明：柴达木盆地湖泊面积总体上存在扩张（1976-1990年）萎缩（1990-2000年）扩张（2000-2010年）萎缩（2010-2015年）4个阶段的变化过程,2010年湖泊面积最大,2015年湖泊又明显萎缩.就气候水文因素而言,湖泊面积变化主要受山区降水径流的影响.湖面变化与前3 a的降水径流关系最为密切.进入21世纪以来,气候变化与上游社会经济耗水、盐湖周边人为阻隔河湖连通、开采卤水、修建人工盐田、排放老卤等人类活动,对盆地中心湖泊的空间格局、面积都产生了显著影响,苦水沟、达布逊湖南部形成了新湖泊,鸦湖、团结湖面积显著扩大,东、西台吉乃尔湖逐渐萎缩、干涸,一里平湖由以前的干盐湖在2010年一跃成为盆地最大的湖泊.针对盐湖大规模开发产生的负面影响,提出了合理开发盐湖资源的建议.     

1961-2003年间鄱阳湖流域气候变化趋势及突变分析

本文利用1961-2003年间鄱阳湖流域14个气象站的气温、降水量、蒸发量等观测数据和8个主要水文站的流量数据,研究该时段内鄱阳湖流域的气候变化趋势、突变及其空间分布的差异．研究表明,鄱阳潮流域气温和降水均在1990年发生突变,继而呈现显著的上升趋势;在季节变化上,冬季平均气温在1986年发生突变,增温显著;夏季降水量和夏季暴雨频率均在1992年发生突变增加,暴雨频率增加是夏季降水量增加的主要原因;蒸发皿蒸发量和参照蒸散量均呈现显著下降趋势,该变化在夏季尤为明显．上述变化趋势均以1990s最为显著,这与长江流域气候变化趋势基本一致．在空间分布上,饶河水系、信江水系和赣江下游等气候变化更为显著．笔者认为,鄱阳湖流域气候变化在长江流域中比较突出．该流域1990s暖湿气候在加强;气温的升高、降水量和暴雨频率的增加以及蒸发量的下降强化了五河流量的增加趋势,由此可大致判定鄱阳湖流域气候变化与洪涝灾害之间可能存在的关系,这可为理解气候变化在该流域的响应和预测该流域未来可能的洪涝灾害提供依据．     

Impact of human activities on stream flow in the Biliu River basin,China

The obvious decline in stream flow to the Biliu River reservoir over the period 1990–2005 has raised increasing concerns. Climate change and human activities, which mainly include land use changes, hydraulic constructions and artificial water consumption, are considered to be the most likely reasons for the decline in stream flow. This study centres on a detailed analysis of the runoff response to changes in human activities. Using a distributed hydrological model, (Soil and Water Assessment Tool), we simulated runoffs under different human activity and climate scenarios to understand how each scenario impacts stream flow. The results show that artificial water consumption correlates with the precipitation (wet, normal and dry) of the year in question and is responsible for most of the decrease in runoff during each period and for each different wetness year. A Fuzzy Inference Model is also used to find the relationship between the precipitation and artificial water consumption for different years, as well as to make inferences regarding the future average impact on runoff. Land use changes in the past have increased the runoff by only a small amount, while another middle reservoir (Yunshi) has been responsible for a decrease in runoff since operation began in 2001. We generalized the characteristics of the human activities to predict future runoff using climate change scenarios. The future annual flow will increase by approximately 10% from 2011 to 2030 under normal human activities and future climate change scenarios, as indicated by climate scenarios with a particularly wet year in the next 20 years. This study could serve as a framework to analyse and predict the potential impacts of changes both in the climate and human activities on runoff, which can be used to inform the decision making on the river basin planning and management. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Evaluation of impacts of climate change and human activities on streamflow in the Poyang Lake basin,China

Variations in streamflows of five tributaries of the Poyang Lake basin, China, because of the influence of human activities and climate change were evaluated using the Australia Water Balance Model and multivariate regression. Results indicated that multiple regression models were appropriate with precipitation, potential evapotranspiration of the current month, and precipitation of the last month as explanatory variables. The NASH coefficient for the Australia Water Balance Model was larger than 0.842, indicating satisfactory simulation of streamflow of the Poyang Lake basin. Comparison indicated that the sensitivity method could not exclude the benchmark‐period human influence, and the human influence on streamflow changes was overestimated. Generally, contributions of human activities and climate change to streamflow changes were 73.2% and 26.8% respectively. However, human‐induced and climate‐induced influences on streamflow were different in different river basins. Specifically, climate change was found to be the major driving factor for the increase of streamflow within the Rao, Xin, and Gan River basins; however, human activity was the principal driving factor for the increase of streamflow of the Xiu River basin and also for the decrease of streamflow of the Fu River basin. Meanwhile, impacts of human activities and climate change on streamflow variations were distinctly different at different temporal scales. At the annual time scale, the increase of streamflow was largely because of climate change and human activities during the 1970s–1990s and the decrease of streamflow during the 2000s. At the seasonal scale, climate change was the main factor behind the increase of streamflow in the spring and summer season. Human activities increase the streamflow in autumn and winter, but decrease the streamflow in spring. At the monthly scale, different influences of climate change and human activities were detected. Climate change was the main factor behind the decrease of streamflow during May to June and human activities behind the decrease of streamflow during February to May. Results of this study can provide a theoretical basis for basin‐scale water resources management under the influence of climate change and human activities. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Separating the effects of climate change and human activities on runoff over different time scales in the Zhang River basin

Most studies on separating the effects of climate change and human activities on runoff are mainly conducted at an annual scale with few analyses over different time scales, which is especially essential for regional water resources management. This paper investigates the impacts of climate change and human activities on runoff changes at annual, seasonal and monthly time scales in the Zhang River basin in North China. Firstly, the changing trends and inflection point are analyzed for hydro-climatic series over different time scales. Then the hydrological modeling based method and sensitivity based method are used to separate the effects. The results show that the effect of climate change is stronger than that of human activities on annual runoff changes. However, the driving factors on runoff are different at seasonal scale. In the wet season, the effect of human activities on runoff, accounting for 57 %, is stronger than that of climate change, while in the dry season climate change is the dominant factor for runoff reduction and the contribution rate is 72 %. Furthermore, the effects of climate change and human activities on monthly runoff changes are various in different months. The separated effects over different time scales in this study may provide more scientific basis for the water resources adaptive management over different time scales in this basin.     

太湖北岸湖滨带观测场水生植物群落特征及其影响因素分析

研究了鄱阳湖流域在1955-2002年间的径流系数的变化,重点分析了它与水循环的两个基本要素:降水量和蒸发量的关系,同时对其原因进行了初步的探讨.经分析,在鄱阳湖流域中,径流系数较大的是饶河流域和信江流域,较小的是抚河流域;在年内变化上,4-6月为五河流域径流系数比较大的月份,这与鄱阳湖流域降水集中期相对应.在空间上,4-6月仍然以饶河流域和信江流域相对较大,而抚河流域较小,特别是8月份的径流系数远小于其他四河;年代际变化上,1990s径流系数增加较为显著.尽管鄱阳湖流域的径流系数除了受气候因子的影响外,还受到水土流失和地形等因素的影响,但是降水量的增加,特别是暴雨频率的增加仍然是其主要影响因素,蒸发量的减小对径流系数的增加也有一定程度的影响.径流系数与气温并无明显的线性相关关系.     

Analysis of river runoff in the Poyang Lake Basin of China: long-term changes and influencing factors

An analysis of the variation characteristics and evolutionary trends in the runoff of five rivers in the Poyang Lake Basin was conducted using the MK trend test, Morlet wavelet transforms, correlation analyses, and other methods. For 1956–2011, the inflow runoff displays small, statistically insignificant trends. However, for 2000–2011, significant downward trends are present. River runoff in the basin is significantly correlated with precipitation, while water intake and use is less influential; the most significant impact on river runoff is climate variability. To analyse the effects of water conservancy project scheduling and operation, we also compare the inflow and outflow runoff processes of typical large reservoirs before and after peak reservoir construction. The scheduling and operation of large reservoirs in the five rivers is known to play a supplementary role in dry season inflow runoff. The recent reduction in inflow runoff was mainly caused by basin precipitation; reasonable scheduling of water conservancy projects in the five rivers plays a positive role in safeguarding the water required by the dry season ecosystem in Poyang Lake.     

近十年青海湖水生态系统生产总值变化及其影响因素

受气候变化和人类活动影响,湖泊水生态系统及其服务功能发生改变,研究湖泊水生态系统生产总值动态变化及其影响因素,对于维护湖泊健康生命、实现湖泊功能永续利用具有重要意义。选择位于气候敏感区和生态脆弱区的青海湖作为研究对象,根据青海湖水生态系统特征及当前保护状况,筛选调节服务及文化服务2类8个评估指标,构建湖泊水生态系统生产总值指标体系,核算2010—2020年青海湖水生态系统生产总值,分析其变化趋势及主要影响因素。结果表明,2010—2020年青海湖水生态系统生产总值总体呈波动上升趋势,变化范围为6903.47亿～7848.55亿元;调节服务是青海湖水生态系统主要的服务类型,占比高达91%。近十年,气候调节和水质净化价值有所减少,其他服务功能价值均呈增加趋势。水源涵养价值增加最多,增长760.70亿元;气候调节价值下降最多,减少658.59亿元。偏最小二乘回归分析表明,水温、水位是影响青海湖水生态系统生产总值的主要因素。气候变化影响下,水温升高引起初级生产力增加及鱼类数量增长,同时近年来水体矿化度下降有利于水生生物生长,提高了固碳释氧和物种保育价值。水位与水面面积增加引起水源涵养、洪水调蓄...