中国东北地区典型流域水文变化特性及其对气候变化的响应

以辽河的主要水源区太子河流域为对象,分析近50 a来流域的降水径流变化特性,采用水文模拟方法,研究了河川径流量及土壤含水量对气候变化的响应。结果表明:近50 a来实测径流量总体呈现减少趋势;20世纪80年代以来,气候因素对河川径流量的绝对影响量呈现增加趋势;降水增加比减少对河川径流量的影响明显,土壤含水量对降水减少的响应更加敏感,气候暖干化趋势将非常不利于东北地区的水资源利用和农业生产。     

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。     

人类活动对别拉洪河流域水文情势的影响研究

为了研究人类活动对水文情势的影响,以别拉洪河流域1957～2004年水文、气象数据为基础,详细分析了降水量、蒸发量及径流量等要素的变化特征;利用累积滤波法、Kendal秩次相关法、径流量年内分配的不均匀系数和径流量的变差系数对径流量的变化及其趋势进行了分析;利用降水-径流双累积曲线法和Mann-Kendall法对径流量序列进行了突变检验;定量研究了人类活动对径流量的影响。结果表明,1957～2004年别拉洪河流域年径流量显著减少,1966年年径流量发生减少突变;人类活动对年径流量减少总量的影响率大于60％,是导致该流域水文循环要素发生变化的主导因素,其次才是年降水量。     

黄河入海径流变化及影响因素

黄河入海径流是黄河水循环的重要分量,涉及整个流域,它的变化是流域气候与人类活动的综合体现。以黄河入海口利津水文站1963～2009年实测径流量年均值为基础,采用随机水文学方法,对入海径流动态变化进行了分析;结合流域内7个径流来源区的78个气象站同时段月均降水和气温数据及流域内取水量和水利工程等资料,探讨了不同径流来源区的气候因素和人类活动对入海径流量的影响。结果表明:近50年来入海实测径流量呈显着下降趋势,且存在1968年、1985年、1996年与2002年这四个突变点;入海天然径流量同样呈显着下降趋势,只有1985年一个突变点。唐乃亥以上区间的降水量、兰州至龙门区间的气温以及龙门至三门峡区间的降水和气温是引起入海天然径流量变化主要因素;气温因素的季节性变化对入海天然径流量也有影响,其中夏季降水与冬季气温是重要的因素。自20世纪70年代以来,人类活动对入海径流量的影响不断加强,且在耗水量、水土保持及水利工程等方面表现出明显的空间差异。取水量、降水、气温对黄河入海实测径流量变化的贡献率分别为42.2%、39.2%、18.6%.     

气候变化情景下青海湟水流域径流变化的HIMS模拟分析

基于国产HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)模型,以青海湟水流域为研究区域,利用1986-2000年33个雨量站和8个气象站的逐日降水和气温数据,对其径流变化进行模拟;选取流域内6个水文站同期的实测径流数据,进行参数率定及验证。结果表明:HIMS模型日、月率定及验证结果良好,在湟水流域具有良好的适用性。在此基础之上,分析了湟水流域1961-2010年降水及气温的变化趋势,并对不同气候变化情景下的水文响应(径流量)进行模拟分析。结果显示气候变化对湟水流域径流量变化趋势影响显著,随气温升高和降水量的减少,径流量呈明显的减少趋势,反之,呈增加趋势。     

河川径流对降水变化的响应研究——以渭河为例

根据1956-1995年的实测水文资料(降水和河川径流量资料),采用特征值对比方法,对陕西省境内渭河流域不同时间尺度内降水特征进行分析,并对流域内多年径流变化也做了相应的统计分析,从而揭示河川径流对降水变化的响应关系,并确定出河川径流变化的主要原因。结果表明:(1)流域内降水年内分配极其不均;年际变化剧烈,进入90年代后降水负距平集中出现,20世纪90年代降水较多年均值有较大程度的减少;(2)流域内河川径流与降水之间存在密切的正相关关系,降水量多的年份,河川径流丰富,反之较枯;(3)河川径流积极响应降水的变化,然而河川径流变化幅度却比降水变化幅度大20%,这个偏差主要是由于频繁的人类活动的干扰造成的。     

渭河与泾河流域水沙变化规律及其差异性分析

依据渭河和泾河流域1956—2016年实测水文资料、水利水保统计数据、TerraClimate年平均温度和Landsat地表反射率数据集,分析了流域水文要素、气温及植被覆盖度的历年变化规律,采用双累积值曲线法、累积距平法、有序聚类法、Lee-Heghinan法、秩和检验法等数理统计方法,确定了流域年径流量和年输沙量变化的突变年份,分析了降水和人类活动的减水减沙效应。结果表明:(1)渭河和泾河流域历年降水量、径流量、输沙量、含沙量均呈显著减少趋势,渭河流域的降水和径流比泾河流域减少较多,泾河流域的泥沙比渭河流域减少较多。(2)人类活动对2个流域径流泥沙量的影响均大于降水量对其的影响,且泾河流域受人类活动影响较渭河流域明显。(3)2个流域的水沙特征差异性较大,渭河的年径流量、年径流深、径流系数是泾河流域的2.0~2.4倍,渭河的年输沙量、年输沙模数、年均含沙量仅是泾河流域的1/2~1/5。2个相邻流域水沙特征差异性较大的主要原因是,流域气温、降水等气候条件不同,植被覆盖度等下垫面条件存在差异,水利水保措施、水资源开发利用程度等人类活动的影响所致。     

气候变化和人类活动对汾河流域径流情势影响分析

在人类活动和气候变化的影响下,汾河入黄径流量锐减,加剧了山西省水资源短缺的现状,并引起生态环境的恶化,同时入黄径流量的减少致使黄河干流流量的减少,加剧了黄河中下游的水资源短缺。以汾河流域为研究区,采用水文变异诊断系统分析了汾河流域入黄控制站河津站1956-2012年的径流情势的变化情况,入黄径流有显著下降的趋势,并且在1971年左右发生了突变减少。然后采用多元分析方法,分析造成径流突变减少的影响因子,其径流受到降水量、潜在蒸散发量和人类活动引起的流域属性改变的影响。随后采用Budyko公式分析其敏感性,在相对较长的时间尺度上,气候变化对径流的影响比人类活动更加敏感。最后采用累计斜率法分析上述参数对径流的影响比率,得到径流量受降水量、潜在蒸散发量和流域属性的影响比率分别为16.29%、-4.86%和88.57%。     

天山北坡中小河川降水与径流变化特征——以精河为例

利用精河山口水文站近50 a(1957-2005年)的气象、水文资料,采用(Mann-Kendall)非参数检验和相关分析法,对天山北坡精河近50 a的降水与径流的变化特征以及径流对降水变化的响应进行了探讨。结果表明:精河流域的径流对降水变化具有很好的响应关系,二者的变化趋势相近。精河流域降水在20世纪70年代出现减少过程,这期间河川径流量也显著减少;80年代以后降水呈现增加趋势,河川径流量也呈现增多趋势,山区降水变化是影响径流变化的重要因子。精河流域的降水、径流变化与我国西北地区气候向暖湿化变化的趋势基本一致,这种向暖湿化方向转变的现象在精河流域始于80年代初期,较塔里木河流域略早。     

塔里木河流域近50年来生态环境变化的驱动力分析

结合塔里木河流域近50年来水文、植被以及社会经济等方面的资料,采用趋势分析方法估算人为因素对流域地表径流的影响,通过相关和主成分分析等数学方法分析人类活动诸因子与流域地表径流和地下水质之间的关系。研究结果表明,塔里木河上游源流区的地表径流在过去的几十年里没有减少,且有一定程度的增加,塔里木河干流地表径流量减少是人类活动所致;人类活动在1970、1980和1990年代对流域上中游地表径流的影响量分别为41.59%、63.77%和75.15%;由人类活动所导致的地表径流量减少是影响河道水质发生变化的主导因子,而地下水位变化则影响灌区和非灌区地下水水质;塔里木河下游生态系统受损与人类活动直接相关。     

东江流域近50年径流系数时空变化特征

基于东江流域1964-2012 年降雨、蒸发和径流等气象水文资料,采用线性倾向估计、M-K趋势检验及变化幅度和变化弹性等多种方法,结合ArcGIS自相关等空间统计分析技术,分析了东江流域径流系数的时空变化特征及其对降雨、蒸发和地表植被等影响因素的空间对应关系。结果表明：近50 年来,东江流域年径流系数均呈上升趋势,且随着流域空间尺度的增大而增加,总体形成“南北低、中间高”的空间分布格局;径流系数变化幅度及变化弹性在20 世纪90年代之后显著增加。径流系数变化幅度热度指数高值区大致位于东源及其以北地区。相较于蒸发和地表植被覆盖,流域降雨变化趋势与径流系数及其变动幅度热度指数的空间分布格局具有较好的一致性。本文可为识别变化环境下流域来水过程变异提供科学参考依据。     

1933~2012年无定河径流突变与周期特征诊断

选取黄河中游区实施水土保持最早的一级支流无定河流域,利用滑动-T、曼-肯德尔和山本等3种突变检测方法相互验证,确定了在受人类活动显著影响下,径流的突变年份为1972年,自此径流平均减少3.55×10⁸m³;基于径流突变前降水与径流的显著相关性,并借助地统计克里格空间插值法,重建1933~2012年无定河流域出口控制水位站天然径流变化序列。采用小波分析法诊断天然径流序列的周期变化,结果显示：天然年径流存在6个不同时间尺度的“丰-枯”演变特征,其平均周期分别对应着35.5、22.2、16.8、12.2、9.3和3.3 a。     

塔里木河干流年径流量变化及其人为驱动因素关联分析

根据塔里木河干流1957～2008年的年径流量监测数据,利用线性回归法,对干流年径流量时间序列变化趋势进行分析,并借助相关分析和主成分分析法甄别影响径流变化的主要人为驱动因素。结果表明:近50多a来,塔河干流的年径流量呈显著递减趋势,与干流来水量变化趋势一致;人类活动自1975年左右开始明显的影响径流量,有效灌溉面积、农业人口、耕地面积和一产比重与径流变化相关程度最强,以引水灌溉为主体的农业经济活动成为影响径流变化的最重要因素;人类活动对径流变化的影响程度沿河道自上而下表现出逐渐增强的趋势。     

Estimation of Direct Runoff in the Thornthwaite Water Balance*

Inclusion of direct runoff in water balance analysis makes the analysis more accurate and allows it to reflect important hydrologic effects of land use change such as urbanization. Water balance analysis is conveniently performed on a monthly basis. This paper reports the development of a model of monthly direct runoff consistent with the monthly bookkeeping format. The model was evaluated by comparison with direct runoff estimated by daily calculation using the Soil Conservation Service (SCS) method. The comparison employed six stations representing different climatic regions of the contiguous United States and eight values of SCS curve number. The results are statistically significant and produce little error.     

北方半干旱快速城镇化流域径流变化的驱动因素分析

通过社会经济发展对于流域水文过程产生的影响,分析城镇化流域的径流变化对于水资源管理保护和促进社会经济发展具有重要的作用。利用乌兰木伦河流域1997-2015年的水文气象、土地利用和社会经济等数据,以降水-径流双累积曲线、改进的Mann-Kendall检验和主成分分析等方法从不同时间尺度分析了流域径流、城镇化、气候和社会经济的变化趋势,揭示了气候、社会经济快速发展和城镇化过程对于流域径流的影响,发现了研究区年、季尺度下径流变化的主要驱动因素,并建立与不同时间尺度径流的映射函数关系。结果表明：在鄂尔多斯市快速城镇化影响下,研究区径流深呈现下降趋势,在2005年出现拐点变化; 2005年之后的平均径流深小于之前的平均径流深;降水、蒸发、气温等气候因素没有显著变化趋势,但城镇化面积、GDP和人口明显增加,城镇化为2005年后研究区径流减少的主要驱动因素;城镇化对于枯水季径流的影响更为显著。     

挠力河流域河流径流量对气候变化的敏感性分析

流域径流量对气候变化的敏感性分析是理解气候变化对流域水资源影响的重要手段。本文利用非更新式人工神经网络(ANN)模型,以年平均降雨、年最低气温和最高气温为输入参数,年平均径流量为输出变量,构建了三江平原挠力河流域的径流量预测ANN模型;并根据IPCC第四次报告的气候变化模式,设定了9种不同的气候变化情景,利用构建的ANN模型分析了流域径流量对气候变化的敏感性。结果表明:构建的人工神经网络模型能够较好的模拟径流量,可用于气候变化的敏感性分析;挠力河流域上游径流量对气候变化的敏感性要大于中游区域的,降水变化对径流量的影响大于气温对其产生的影响。     

洮儿河流域中上游水循环要素变化及其原因

选取洮儿河流域中上游地区为研究区,分析1961～2000年期间径流、降水、气温等水文气象要素的演化趋势.采用特征参数时间序列法,初步探讨了气候变化与土地利用/覆被变化的径流效应,并通过洮南站40年天然径流与实测径流的比较,定量分析水资源开发利用对径流的影响.结果表明:降水、气温均呈一定的上升趋势,径流表现出先减少、后增加、再减少的趋势;年降水、年气温分别与天然年径流呈正相关和负相关的关系,然而这种影响随着时间序列的延长均有所减弱;近30年间,植被覆盖度降低可能是天然年径流增加的主要原因;水资源的开发利用导致1986～2000年期间的年径流减少5.8亿m3,占天然年径流量多年均值的37.1%.     

气候变化对秦岭北陂径流过程的影响机制研究——以灞河流域为例

综合运用距平分析、连续小波变换（CWT）、交叉小波变换（XWT）、小波相干（WTC）和时滞相关性分析等方法对秦岭北坡灞河流域径流与六大气象因子进行了多尺度分析。结果表明：水文气象因子在不同时频域中存在1~4个显著性周期,且都能通过95%置信水平检验;太阳黑子数8~11.4 a的显著性周期对同时间尺度年均SOI和年均MEI的连续小波能量谱具有明显的影响;交叉小波变换和小波相干分析相结合的方法在识别水文和气象要素的共振周期、相位角变化、丰枯阶段转换、时滞性、相关性、突变与显著性检验等方面具有独特的优势;同期降水是灞河流域径流形成和变化的控制性因素,年均太阳黑子数的影响作用微乎其微,月均流量滞后月均AOI0个月或8~9个月时的相关系数绝对值达到最大,滞后月均SOI2个月或7~8个月达到最大,滞后月均MEI6~8个月达到最大。     

Calculation of instream ecological water requirements under runoff variation conditions: Taking Xitiaoxi River in Taihu Lake Basin as an example

Climate change and human activity can cause remarkable hydrological variation.Traits of hydrological series such as runoff before and after the change points could be sig-nificantly different,so the calculation of instream ecological water requirements (EWRs) is confronted with more challenges.Taking the Xitiaoxi River (XTXR) in the upper reach of the Taihu Lake Basin as an example,this paper investigates the calculation of EWRs using the range of variability approach (RVA) under changing environment.The change point diagnosis of the natural and observed runoff series are conducted for XTXR.Then,differences in the hydrological alternation indicators and instream EWRs processes obtained from various daily runoff series are compared.It was found that the natural and observed annual runoff series in XTXR from 1957 to 2018 both show significant variations,and the change points are in 2007 and 1999 respectively.If runoff data before the change points or all runoff data are used,the instream EWRs obtained from natural runoff are significantly lower than those obtained from the observed runoff.At the monthly time step,EWRs differences within a year mainly oc-curred from May to August.Also,calculation results of the instream EWRs are strongly re-lated to the selected period of runoff series.The EWRs obtained using runoff series after the change points have rather acute fluctuation within a year.Therefore,when the RVA method is used under changing environment,the instream EWRs should be prudently determined by comparing different calculation results on the basis of river runoff restoration and variability analysis.To a certain extent,this paper enriches our understanding about the hydrological method for EWRs estimation,and proposes new ideas for future research on EWRs.