基于Budyko假设和分形理论的水沙变化归因识别——以北洛河流域为例

全球气候变化及人类活动深刻影响了区域水文过程,进行水沙变化归因识别对流域生态保护和高质量发展尤为重要。基于Budyko假设和分形理论,采用弹性系数法,对北洛河流域上（丘陵沟壑区）、中（土石山林—高塬沟壑区）、下游（渭北旱塬农区）3种不同地貌和植被类型区1959—2019年的水、沙通量变化进行归因分析。结果表明,北洛河上、中、下游径流量均显著减少,由20世纪60年代的35 mm、32 mm、34 mm,减少到21世纪10年代的19 mm、24 mm、6 mm,60 a减少率分别为0.3 mm a^-1、0.2 mm a^-1、0.4 mm a^-1。上游输沙量极显著减少,中游降低趋势不显著,下游显著减少,由20世纪60年代的99×10⁶ t、8×10⁶ t、3×10⁶ t,减少到21世纪10年代的10×10⁶ t、3×10⁶ t、0.3×10⁶ t,60 a减少率分别为1.5×10⁶ t a^-1、0.04×10⁶ t a^-1、0.1×10⁶ t a^-1。20世纪70年代以来,上游径流变化逐渐受人类活动影响,且影响程度逐渐增强,21世纪10年代人类活动贡献率达66.3%;气候变化是中游径流变化的主控因子,21世纪10年代降雨和潜在蒸散发的贡献率分别为77.0%和20.2%;下游径流减少主要为人类活动影响,21世纪10年代其贡献率为64.3%。对比20世纪60年代流域输沙量变化始终受人类活动主导,21世纪10年代人类活动对上、中、下游输沙量减少的贡献率分别为80.7%、59.2%和92.7%。上游人类活动对输沙量减少的贡献中,退耕还林等沟坡措施和沟道工程措施分别为39.0%、42.7%,中、下游人类活动贡献的估算结果反映出高植被覆盖区和农区汲水灌溉对区域水、沙的影响特征。     

人类活动对华北白洋淀流域径流影响的识别研究

应用Mann-Kendall非参数统计检验方法、Pettitt系列显著性变化点的无参数方法和植物可用水系数（ω值）计算法研究表明，1979年为突变点界，近20年以来白洋淀流域年径流量发生了变异性质的衰变。从流域尺度考虑气候变化影响占总变化量的43．9％，人类活动影响占56．1％，影响的多年平均衰减量分别为9．32亿m^3／a和11．94亿m^3／a。在1979年前。西大洋和王快以上流域的植物可用水系数（ω值）都小于0．5：1979年以来。王快为0．9，西大洋为1．3。这说明农业活动使白洋淀流域年径流量发生变异性质的衰变产生了实质性作用。ω值的显著增高．则植被根系吸水能力更强．致使年径流量减少。近20年以来。粮食单产量和总产量都大幅度提高，其中单产提高2倍，而ω值一直处于高位震荡状态。这表明，其中因人类活动影响而产生的衰变具有较大的不可恢复性。     

长江流域1960—2019年蒸发皿蒸发和实际蒸散发演变规律

蒸发是地表水量平衡和能量平衡联结的纽带, 研究长江流域蒸发的变化趋势对于区域水文循环变化、水资源管理至关重要。利用PenPan模型分析了1960—2019年长江流域蒸发皿蒸发量的时空演变规律及其驱动机制, 并基于最新发展的广义蒸发互补关系探究了长江流域实际蒸散发的演变特征。结果表明: ①长江流域的蒸发皿蒸发和实际蒸散发在1990年前后均存在先下降后增加的趋势。风速和辐射下降是1990年以前蒸发皿蒸发下降的主导因子, 气温升高和相对湿度下降是1990年后蒸发皿蒸发上升的主导因子。②长江流域两大主要气候区(高原气候和亚热带气候区)蒸发皿蒸发在1990年前后也存在趋势反转现象, 但时空变化特征和驱动机制差异明显。1960—1989年, 高原气候区气温和辐射是蒸发皿蒸发变化的主导因子; 亚热带气候区风速和辐射是蒸发皿蒸发下降趋势的主导因子。③ 1990—2019年, 高原气候区气温升高、风速增加和相对湿度减少是蒸发皿蒸发上升趋势的主导因素; 亚热带气候区气温升高和相对湿度降低是蒸发皿蒸发增加的主要原因。研究结果可为长江流域水循环变化和水资源配置等研究提供参考。     

黄河中游河口-龙门区间多年平均流域水平衡特征 ——-区域蒸散量估算模型验证与下垫面参数校核

采用黄河中游河口镇至龙门区间1980-2000 年间径流及气象数据, 通过对Zhang 等2001 建立的区域(流域) 多年平均蒸散量估算模型进行验证和下垫面参数校核工作, 探索了干旱半干旱地区水循环要素相应于不同土地覆被类型的结构变化及水平衡特征和规律。结果表明, 由于研究区处于干旱半干旱气候区, 采用原模型及参数对蒸散量的预测能力好于对径流的预测能力。使用优化后的下垫面参数使原模型对河龙区间蒸散量和径流预测能力得以改进, 一致性指标分别从0.89 和0.21 提高到0.94 和0.63。对实际蒸散量进行预测的相对误差和均方误从3.6%和17.2 mm 减小到1.5%和7.9 mm, 对径流进行预测的相对误差从42.7%减小到18.0%。聚类分析和下垫面参数优化结果表明, 河龙区间流域水循环要素变化特征受不同土地 覆被影响可以分为3 个明显不同的区域。由于大面积林地截流蒸发的作用, 南部林地覆被区具有较高蒸发系数, 适用下垫面参数值为1.61。西北部风沙地貌区受粉沙覆盖层和地下径流补给影响, 使该区蒸发系数较小, 适用值为0.1。中部典型黄土丘陵覆盖区适用值为0.45。