1967-2006年太子河流域径流系数的变化特征

利用太子河流域6个主要支流(海城河、南沙河、北沙河、兰河、细河、太子河南支)1967-2006年日均降水和径流资料,分析了各支流径流系数的变化趋势及其与降水的关系.结果表明:1967-2006年,位于高山丘陵区的太子河南支的年均径流系数较大,而人类活动影响较多的海城河流域的年均径流系数较小;除南沙河的年径流系数总体呈上升趋势外,其余各条支流的年径流系数均呈下降趋势,以南支和兰河的下降趋势尤为明显;除细河流域的年径流系数没有发生突变外,其余各条支流的年径流系数都发生了突变,且突变出现的年份各不相同;年降水量对年径流系数的影响极显著.     

辽宁太子河大型水生植物的群落特征及其与环境的关系

采用样方法对太子河3条支流大型水生植物群落结构与生物量的研究表明：太子河北支大型水生植物的优势种为小眼子菜（Potamogeton pusillus）、菹草（P.crispus）和马来眼子菜（P.malaianus）,主要群落类型为小眼子菜＋菹草群落;细河大型水生植物的优势种为菹草、马来眼子菜和轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）,主要群落类型为菹草＋轮叶黑藻群落;海城河大型水生植物的优势种为轮叶黑藻、小眼子菜、五刺金鱼藻（Ceratophyllum oryze-torum）和菹草,主要群落类型为轮叶黑藻＋小眼子菜＋菹草群落。从定量生长型谱来看,太子河北支以小眼子菜型为主要类型,细河以大眼子菜型为主要类型,海城河以大眼子菜型、小眼子菜型、金鱼藻型和伊乐藻型为主要类型;从生活型谱来看,3条支流都是以沉水植物为主要生活型。大型水生植物群落相似性聚类分析表明3条支流水生植物群落组成差异显著。3条支流大型水生植物沿河流纵向分布格局均为间断的斑块状,沿水深的垂直分布格局不明显。太子河北支大型水生植物从上游到下游均有出现;细河大型水生植物主要分布在下游;海城河大型水生植物主要分布在中下游。大型水生植物生产力（湿重）：海城河（644 g/m2）﹥太子河北支（586.8 g/m2）﹥细河（151.1 g/m2）。大型水生植物与环境因子的相关性分析表明：大型水生植物的物种数与氨态氮、水温、pH和电导率显著正相关（p〈0.05）;与溶解氧、底质指数和海拔显著负相关（p〈0.01）;优势种小眼子菜的生物量与水深显著正相关（p〈0.01）,与电导率和总氮显著负相关（p〈0.05）。     

2001—2017年艾比湖流域积雪时空变化及其驱动因子分析

基于2001—2017年艾比湖流域MODIS遥感数据、气象数据和降水数据, 分析艾比湖流域2001—2017年积雪时空分布特征、变化趋势及其驱动因子。结果表明: (1)2001—2017年艾比湖流域积雪变化呈增加趋势。(2)2001—2017年艾比湖流域积雪与地表温度线性相关呈负相关性, 积雪与降水量线性相关呈正相关性。(3)在地表温度固定时, 积雪与降水的偏相关系数分别介于–0.83—0.90之间, 所占正相关面积为67.05%; 在降水固定时, 积雪与地表温度的偏相关系数分别介于–0.97—0.79之间, 所占负相关面积为95.67%。(4)艾比湖流域积雪变化受气候因子影响的区域占55.32%, 主要分布在艾比湖流域的东南两侧与西北区域, 其中降水主驱动区域占31.80%, 地表温度主驱动区域占1.19%, 地表温度和降水共同强驱动区域占0.49%, 地表温度、降水共同弱驱动区域占21.84%。     

内蒙古锡林河流域植被多样性特点及其与气候因子的关系

本文在地理信息系统技术支持下,利用景观生态学的原理和方法,研究了锡林河流域植被多样性的空间分布规律及其与气候因子的关系,得到了植被丰富度和Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ植被多样性指数的空间分布图;对以上两个指标以及年均降雨量和年均积温进行趋势面分析的结果表明：１）锡林河流域植被丰富度和Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ植被多样性指数呈明显的自东南往西北的减少趋势;２）水热因子是影响锡林河流域植被多样性空间分布格局的重要因子,其分布与年均降雨量在整个流域内存在较强的正效应关系,同年均积温的正效应关系局限在地势较平坦的西北部;３）锡林河流域水热因子的空间分布规律相似,皆呈现出从东南向西北减少的趋势,但二者对地形变化的反应不一样,温度比降水更为灵敏。     

无定河流域不同地貌区径流变化归因分析

分析了无定河流域干流与其支流(黄土丘陵区的大理河和风沙区的海流兔河)的年径流变化(1960—2012)及其成因,并预测了其径流的变化趋势。结果表明:无定河及其不同地貌区支流海流兔河和大理河流域1960—2012年径流量均显著下降,但年降水量未发生显著变化;无定河和海流兔河流域年蒸散量未发生显著变化,仅大理河流域年蒸散量在1990s年代后期显著增加。无定河流域径流变化突变点发生在1979年和1996年,海流兔河流域径流变化突变点在1971年和1990年,而大理河流域径流突变点发生在1971年。人类活动对大理河流域1972—2012年径流减少的贡献大约占50%,对海流兔河流域1972—1990年和1991—2012年两个时期径流减少的贡献率分别为44.4%和82.4%。未来,无定河及其支流年径流量均呈持续下降趋势。归因分析表明大规模的水土保持治理措施减少了大理河流域侵蚀产沙量的同时,也在一定程度上减少了大理河流域的径流量,而过度的农田灌溉引水是海流兔河径流量下降的主要原因。因此,未来在大理河流域要优化现有植被建设布局,减少流域蒸散发,减缓径流下降;在海流兔河流域要进一步退耕还林(草),适当控制农田灌溉面积,提高灌溉用水效率,在减少灌溉用水的同时提高流域水源涵养能力。     

新疆玉龙喀什河与策勒河流域胡杨年轮对气象因子的响应研究

在树木年轮学与气候学理论基础上,以新疆和田地区玉龙喀什河与策勒河下游河岸胡杨为研究对象,基于流域对应的气象、沙尘天气日数、策勒河径流量等因子,分析了玉龙喀什河与策勒河流域胡杨年轮对气象因子的响应特征,以明确干旱荒漠区胡杨生长过程中的气候限制因子,为促进胡杨生态修复及沙尘防治提供理论依据。结果显示:(1)1976-2018年期间,两流域的气象条件基本一致,其中年均气温呈明显上升趋势,年均降水量呈波动上升趋势,大气相对湿度呈下降趋势,年均沙尘暴、扬沙、浮尘日数均呈显著下降趋势;玉龙喀什河流域的胡杨年轮指数呈先显著上升后整体平缓变化的趋势,而策勒河流域的胡杨年轮指数从1985年开始呈较显著的上升趋势。(2)策勒河流域胡杨年轮指数对年均气象要素的响应显著高于玉龙喀什河流域,且策勒河流域树木年轮指数与年均气温呈显著正相关关系(P0.01),但两流域胡杨年轮指数对年均降水量和大气相对湿度的响应均不显著。(3)玉龙喀什河流域胡杨年轮指数与2月份的大气相对湿度呈显著负相关关系(P0.05);策勒河流域胡杨年轮指数与3、4、9、10月份的气温呈显著正相关关系,与6月份的大气相对湿度呈显著负相关关系(P0.05),与2、4月份的径流量呈显著负相关关系。(4)玉龙喀什河流域胡杨年轮指数与秋冬季节的沙尘暴日数、扬沙日数均呈显著负相关关系;除1、2月份外,策勒河流域胡杨年轮指数与月沙尘(沙尘暴、扬沙、浮尘)天气日数基本均呈显著负相关关系。研究认为,玉龙喀什河与策勒河流域的降水稀少且蒸发量大,胡杨生长所需水源主要依赖于地下水和地表径流的补给,策勒河流域胡杨年轮指数受气温、径流量以及修建水库的影响比较明显。     

1989—2017年乌伦古河流域景观格局及驱动力分析

为研究乌伦古河流域景观格局时空动态演变及驱动因素, 以乌伦古河出山口二台水文站以下流域为研究区, 选取1989年, 1998年, 2006年, 2017年4期Landsat系列遥感影像为数据源, 综合利用3S技术, 通过Fragstats软件计算景观指数, 分析景观格局时空演变特征, 并结合气象和社会经济数据, 探讨乌伦古河流域景观格局变化的驱动因素。结果表明: (1)近30a乌伦古河流域耕地和建设用地面积呈持续增加扩张趋势, 水体和湿地面积呈微增加趋势, 未利用地呈显著减少趋势, 林地面积呈波动增加趋势, 草地面积1989—2006年呈减少趋势, 2006—2017年呈微弱增加趋势; (2)从斑块类型水平上看, 除湿地外, 其余各景观类型NP、PD、LSI均呈增加趋势, 表明景观破碎程度加剧, 结构复杂性增加。从景观水平上看, SHDI和SHEI呈增加趋势, CONTAG呈减少趋势, 表明各景观类型面积差异减小, 景观丰富度增加, 异质性增强, 景观连通性降低, 空间差异显著; (3)景观格局变化受自然因素、人类活动和社会政策的共同影响。其中, 人类活动为主要影响因素, 表现形式为人口数量增长, 城镇化快速扩张和水利工程的建设。     

生态建设条件下无定河不同地貌区径流变化归因分析

分析了无定河干流与其支流(黄土丘陵区的大理河和风沙区的海流兔河)的年径流变化(1960—2012)及其成因,并预测了其径流的变化趋势。结果表明:无定河及其不同地貌区支流海流兔河和大理河1960—2012年径流量均显著下降,但年降雨量未发生显著变化;无定河和海流兔河年蒸散量未发生显著变化,仅大理河年蒸散量在1990s年代后期显著增加。无定河径流变化突变点发生在1979年和1996年,海流兔河径流变化突变点在1971年和1990年,而大理河径流突变点发生在1971年。人类活动对大理河1972—2012年径流减少的贡献大约占50%,对海流兔河1972—1990和1991—2012两个时期径流减少的贡献分别为44.4%和82.4%。未来,无定河及其支流年径流量均呈持续下降趋势。归因分析表明大规模的水土保持治理措施是大理河径流减少的重要原因,而水利工程建设和农田灌溉引水是海流兔河径流下降的主要原因。因此,未来在大理河流域要优化现有植被建设布局,减少流域蒸散发,减缓径流下降;在海流兔河流域要进一步退耕还林(草),适当控制农田灌溉面积,提高灌溉用水效率,在减少灌溉用水的同时提高流域水源涵养能力。     

生态建设条件下无定河不同地貌区径流变化归因分析

分析了无定河干流与其支流(黄土丘陵区的大理河和风沙区的海流兔河)的年径流变化(1960—2012)及其成因,并预测了其径流的变化趋势。结果表明:无定河及其不同地貌区支流海流兔河和大理河1960—2012年径流量均显著下降,但年降雨量未发生显著变化;无定河和海流兔河年蒸散量未发生显著变化,仅大理河年蒸散量在1990s年代后期显著增加。无定河径流变化突变点发生在1979年和1996年,海流兔河径流变化突变点在1971年和1990年,而大理河径流突变点发生在1971年。人类活动对大理河1972—2012年径流减少的贡献大约占50%,对海流兔河1972—1990和1991—2012两个时期径流减少的贡献分别为44.4%和82.4%。未来,无定河及其支流年径流量均呈持续下降趋势。归因分析表明大规模的水土保持治理措施是大理河径流减少的重要原因,而水利工程建设和农田灌溉引水是海流兔河径流下降的主要原因。因此,未来在大理河流域要优化现有植被建设布局,减少流域蒸散发,减缓径流下降;在海流兔河流域要进一步退耕还林(草),适当控制农田灌溉面积,提高灌溉用水效率,在减少灌溉用水的同时提高流域水源涵养能力。     

东江流域降水与径流演变趋势及周期特征分析

认识流域水文演变趋势和周期性规律对流域可持续发展规划具有重要的生态意义。基于1989-2011 年东江流域9 个气象站点的逐日降水数据和3 个水文代表站(龙川、河源和博罗)的日径流数据, 分别采用Mann-Kendall 趋势检验和小波分析方法对东江流域降水量和径流量变化趋势和周期特征进行了研究。结果表明1989-2011 年间东江流域年降水量和春冬季节降水量呈不显著的减少趋势, 而夏秋季节降水量有增多的趋势; 位于上、中、下游水文站点的年径流量和枯水期径流量均呈现不显著的下降趋势; 东江流域的降水和径流趋向于更加不均的时空分布特征,其周期性演变趋势的时空特征较一致; 年径流系数的变化幅度极小(Mann-Kendal 倾斜度接近0)。这项研究也将有益于位于亚热带类似的流域森林植被恢复的政策决定。     

浑太流域实际蒸散的时空变化特征及影响因素

基于浑太流域1970—2006年气象、水文资料,采用参数率定后的平流-干旱（AA）模型计算浑太流域蒸散.根据水量平衡法得到的蒸散结果对模型的原始参数进行调整,并在4个子流域进行验证.采用线性趋势分析、滑动平均法、克里金插值、灵敏度分析方法研究浑太流域蒸散的时空变化和影响因素.结果表明： AA模型经验参数（0.75）在浑太流域上的计算误差为11.4%,表明AA模型在浑太流域上是可行的;浑太流域年均蒸散量为347.4 mm,并以1.58 mm·(10 a)^-1的速率略呈上升趋势,但上升趋势不明显,年内呈单峰变化,峰值出现在7月;季节变化上,夏季最大,冬季最小,春季高于秋季;整个流域实际蒸散量呈现从西北至东南逐渐减少的分布特征,但差异不大;净辐射是影响浑太流域蒸散变化的主导因素.
     

Estimation of the effects of climate change and human activities on runoff in different time scales in the Beichuan River Basin,China

Abstract

Assessing the impacts of climate change and human activities on runoff is important for planning and managing water resources and for maintaining the integrity of the ecosystem, as well as the normal operation of modern society. In this study, the distribution of precipitation in the Beichuan River basin from 1961 to 2013 is uneven, and we analyzed the impacts of climate change and human activity on the annual and seasonal runoff change during this period. The results showed that runoff was more sensitive to precipitation than the other meteorological factors during the study period, and a 10% increase in precipitation could increase runoff by 17.5%. The annual runoff showed a downward trend during the past 53 years, with an abrupt change point in 1972. We concluded that human activities were mainly responsible for the runoff reduction, and climate change accounted for approximately 30% of the reduction. For the change in seasonal runoff, the dry season runoff had no significant trend, but there was a downward trend in the wet season runoff, with an abrupt change point in 1998. We concluded that human activities were the dominant cause of the reduction in the wet season runoff (88.27%), and climate change accounted for 11.73% of the reduction.     

黑龙江省汤旺河和呼兰河流域森林对河川年径流量的影响

利用连续１７年的流域森林资源和水文资料,分析黑龙江省汤旺河和呼兰河流域森林对河川径流的调节效应,结果表明：（１）森林能使径流年内分配和年际变化趋于均匀,其调节径流能力与森林状况相关;（２）森林覆被率和单位面积蓄积与河川年径流量和年径流系数均呈正相关关系,森林具有增加年径流量和年径流系数的作用,但年径流量和年径流系数主要受年降雨量的影响。     

呼伦湖流域径流对气候变化的响应

根据呼伦湖流域1961—2010年的气温、降水、蒸发量资料以及1961—2008年径流量资料,利用非参数检验Mann-Kendall法,分析了近50年呼伦湖流域气候变化特征及其对流域径流量的影响。结果表明:呼伦湖流域近50年来气温整体呈显著上升趋势;年降水量受夏季降水量影响最为明显,经历了1961—1964年的上升,1964—1983年的下降,1983—2003年的上升和2003—2010年下降4个阶段;年蒸发量在1973年以前相对平稳,1973—1998年呈下降趋势,1999—2005年呈显著上升趋势,2005年为突变点,出现从高到低突变。夏、秋季节蒸发量趋势在时间段上与夏季降水量有很好的对应关系;径流量基本表现为1961—1965年偏丰,1965—1987年偏枯,其中1975—1980年间表现为显著下降趋势(P<0.05),1987—2002年偏丰,2002—2008年偏枯;在气温普遍升高的前提下,降水量整体呈减少趋势,其变化趋势在很大程度上决定蒸发量的变化,呼伦湖流域暖干化趋势显著。以径流自身的变化特征为时段划分基础,对比径流、气温、降水量和蒸发量的变化过程,经相关统计分析检验,发现夏、秋季气温、降水量和蒸发量是引起呼伦湖流域径流量变化的根本原因。     

浑太森林流域径流过程模拟

基于浑河与太子河上游1998-2007年北口前站和南甸峪站水文数据以及清原、新宾和本溪县气象站点同期气象数据,应用DHSVM分布式水文模型模拟浑太流域的水文过程,验证模型的科学适用性,并提供最敏感模型参数的参考值.结果表明：浑河源区月径流模拟的Nash-Suttclife系数(E值)在率定期(1998-2002年)和验证期(2003-2007年)分别达到0.9675和0.8957,较好重现了研究区的月径流过程.太子河上游流域的年、月径流模拟值的E值均大于0.6,说明模型在浑太流域有较好的适用性、率定的参数方案有良好的可靠性.本文为无站点观测资料的流域水文研究建立了一个坚实的框架,并构建了合理的参数方案.     

密云水库白河流域基流演变特征

基流是水文过程的一个重要组成部分,选择科学合理的基流分割方法,研究明确影响基流变化的驱动因素,对于保证河湖的生态水量至关重要。以北京密云水库的白河流域为例,根据白河流域张家坟水文站1967—2012年的实测径流数据和相关气象数据,对比分析了局部最小值法、单参数数字滤波法和递归数字滤波法三种方法的基流分割结果,并从气候变化和人类活动两方面分析影响基流变化的驱动因素。结果表明,相比局部最小值法和单参数数字滤波法,递归数字滤波法在白河流域有着更好的应用稳定性;在密云水库白河流域,基流对河川径流有着相当高的贡献比例(BFI>0.65);1967—2012年白河流域年基流量存在极显著的减少趋势(P<0.01),而年基流指数值基本保持不变。白河流域基流序列分别在1980年和1999年发生了突变,其中1999年的突变主要受到降雨过程(气候变化)的影响,而1980年的突变点主要受到其他因素(如人类活动)的影响。     

濂水流域降雨变化和景观格局演变的径流效应

降雨和景观格局是影响流域径流过程的两大主要因素,开展二者的径流效应研究对流域水资源管理、生态建设等具有重要意义。本研究以赣南红壤丘陵区的濂水流域为对象,基于1958—2020年的降雨、径流和土地利用数据,分析降雨、景观格局和径流的变化特征,以及降雨、景观格局与年径流、洪枯径流的关系。结果表明: 研究期间,流域年降雨量、年径流量、年最大1 d径流量均呈非显著下降趋势,年最小1 d径流量呈非显著上升趋势且年际变化幅度最大;有林地为流域内占比最高的景观类型,其他林地的变化最剧烈;景观水平上,流域的Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数、斑块密度、景观形状指数分别由1980年的1.125、0.541、0.667、16.925上升至2020年的1.348、0.614、0.731、18.172,景观蔓延度指数由1980年的68.237下降至2020年的64.293,流域整体景观多样性、破碎化程度、形状复杂程度提高,空间分布趋于均匀,连通性降低。降雨量与年径流、洪水径流、枯水径流的相关系数分别为0.907、0.594、0.558;类型水平上,耕地减少对年径流、洪枯径流的影响均较大,而景观水平上的整体变化促进了年径流和洪水径流减少、枯水径流增加。降雨变化和景观格局演变对年径流、洪水径流和枯水径流变化的贡献率分别为17.8%、82.2%,1.5%、98.5%和-8.8%、108.8%。研究成果可为流域景观格局配置、水土流失综合治理等提供理论参考。     

基于Budyko假设的渭河径流变化归因识别

定量评价河川径流量变化特征,开展其归因识别研究是制定气候变化应对策略与合理利用水资源的基础。以渭河流域为研究区,采用Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线等方法分析渭河流域1958—2015年的气候、水文要素变化特征,采用基于Budyko水热耦合平衡理论的水量平衡法估算径流变化对各驱动因素的弹性系数,定量评价气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:渭河流域咸阳、张家山、状头站的年径流量呈显著减少趋势,径流深减少速率分别为:-1.520、-0.501、-0.322 mm/a。3个站控制流域面平均降雨量呈非显著性减少趋势,年潜在蒸散发呈非显著增加趋势。剧烈的人类活动如工农业用水、大规模水土保持措施的实施及退耕还林草等引起的下垫面变化是径流量减少的主要因素,渭河干流和泾河流域下垫面变化对径流减少的贡献率均超过了60%,降雨变化贡献次之,潜在蒸散发的影响最小。     

彭冲涧小流域植被恢复的水文效应及其对年降水量响应的临界值

对流域径流的变化及其原因的研究,是森林水文研究领域中一个重要的科学问题.本研究以降水充沛的彭冲涧小流域为对象,运用Mann-Kendall检验法对彭冲涧小流域1983—2014年的降水、径流序列进行突变分析;采用经验统计分析法,分析降水变化和植被恢复对小流域径流的影响及其贡献率,并计算年尺度上植被恢复的水文效应对降水量响应的临界值.结果表明: 2003年为降水与径流的一致突变点;相对于基准期(1983—2003年),变化期(2004—2014年)的年降水量、年径流深分别减少8.7%、29.2%,年平均减少幅度分别为12.7、22.1 mm;春、夏、秋、冬季及年尺度上的平均径流深分别减少100.2、105.8、25.2、23.4和243.0 mm,其中,降水变化的贡献率分别为58.9%、71.6%、65.5%、35.0%和57.1%,植被恢复的贡献率分别为41.1%、28.4%、34.5%、65.0%和42.9%;植被恢复的水文效应依赖于年降水量,且临界值为1181 mm.当年降水量小于1181 mm时,植被恢复增加了年径流深;当年降水量大于1181 mm时,植被恢复减小了年径流深.此临界值的存在,将有助于解释不同流域植被恢复对径流影响贡献率的差异性,有助于找到森林对径流影响存在争论和分歧的原因.