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基于水热耦合平衡方程的永定河天然径流变化归因分析

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水利技术监督 2024年第11期 129-133页

作者：王卓山西省水利水电勘测设计研究院有限公司山西太原030024

为对永定河天然径流变化进行归因分析,提出一种基于水热耦合平衡方程的方法,量化气候变化和人类活动对天然径流变化的贡献率。结果表明:永定河干支流天然径流呈显著且持续下降趋势,天然径流在1983年左右发生变异;气候变化对流域代表性... 详细信息

为对永定河天然径流变化进行归因分析,提出一种基于水热耦合平衡方程的方法,量化气候变化和人类活动对天然径流变化的贡献率。结果表明:永定河干支流天然径流呈显著且持续下降趋势,天然径流在1983年左右发生变异;气候变化对流域代表性水文站天然径流减少的贡献率介于17.2%~19.1%,人类活动对天然径流减少的贡献率介于80.9%~82.8%,因此,人类活动是造成永定河天然径流减少的主要原因。研究结果可为永定河流域水资源管理提供参考。

关键词：天然径流量变化特征水热耦合平衡方程归因分析永定河

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基于水热耦合平衡的长江源实际蒸散变化研究

干旱区资源与环境 2018年第3期32卷 106-111页

作者：强皓凡靳晓言刘超庄文化吴晶刘铁刚四川大学水力学与山区河流保护国家重点实验室水利水电学院成都610065 云南省农业科学院昆明650000 兰州中心气象台兰州730020

采用1960~2012年长江源地区8个气象站的气象数据和直门达站的径流数据,基于流域水热耦合平衡方程计算了长江源区实际蒸散(ET),采用云模型、Mann-Kendall检验、Pettitt检验和Sen趋势度等方法分析了ET的时空变化特征,并通过敏感性分析确... 详细信息

采用1960~2012年长江源地区8个气象站的气象数据和直门达站的径流数据,基于流域水热耦合平衡方程计算了长江源区实际蒸散(ET),采用云模型、Mann-Kendall检验、Pettitt检验和Sen趋势度等方法分析了ET的时空变化特征,并通过敏感性分析确定了影响ET的主要气候因子。结果表明:1)1960~2012年长江源区多年平均ET为277.6mm/a,呈显著上升趋势(99%置信度),上升速率为6.27mm/10a,并在1997年发生突变(99%置信度)。2)年均ET从西北向东南递增,且上升速率从西北向东南递减。熵值En和超熵He分别呈西高东低和西北高东南低的分布规律。ET均值大的区域年ET随时间变化较为均匀且稳定性较强。3)源区年ET变化对降水最为敏感,其后依次是相对湿度、日照时数、最高气温、风速、最低气温和平均气温。降水量上升对ET的增加起主要贡献作用,其次是气温与日照时数的上升和相对湿度的下降。

关键词：长江源水热耦合平衡方程实际蒸散云模型敏感分析

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毛乌素沙地年均水蚀量估算

地理学报 2024年第3期79卷 635-653页

作者：杨斐鹿化煜吴会娟王菁菁杨康杨龙李一泉南京大学地理与海洋科学学院南京210023

沙地是半干旱区重要的地理单元,水流是传输沙地地表物质的主要动力之一。提取地表径流网络并定量估算地表水流对地表物质的输入和侵蚀作用,对于理解毛乌素沙地地表过程具有重要意义。本文利用10 m空间分辨率Sentinel-2卫星遥感影像和哥... 详细信息

沙地是半干旱区重要的地理单元,水流是传输沙地地表物质的主要动力之一。提取地表径流网络并定量估算地表水流对地表物质的输入和侵蚀作用,对于理解毛乌素沙地地表过程具有重要意义。本文利用10 m空间分辨率Sentinel-2卫星遥感影像和哥白尼数字高程模型(COPDEM),结合水体指数和河道烧录法自动提取了毛乌素沙地河流网络。利用降水、潜在蒸散发数据,基于Budyko模型,初步建立了半干旱区年均水蚀量估算方法,定量评估了毛乌素沙地地表物质年均水侵蚀量。结果表明,毛乌素沙地各流域河网密度最大的是佳芦河,其次为秃尾河和无定河,苦水河河网密度最小。在水力作用下,1992—2021年流入毛乌素沙地的泥沙量为0.07亿t/a,流出的泥沙量为0.45亿t/a,年均水侵蚀量为0.38亿t。解译遥感影像获得半干旱区河网分布、基于水文气象数据估算地表水蚀量,实现了半干旱区遥感图像解译—气候数据分析—径流量和地表水蚀量模型建立—地表水蚀定量评估的融合,为定量评估观测资料受限的半干旱地区地貌变化提供了新技术。

关键词：半干旱区毛乌素沙地遥感影像地表过程河道烧录法水热耦合平衡方程

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黑河中游正义峡径流变化趋势及归因分析

干旱区研究 2023年第9期40卷 1414-1424页

作者：胡广录陶虎焦娇白元儒陈海志麻进兰州交通大学环境与市政工程学院甘肃兰州730070 甘肃省黄河水环境重点实验室甘肃兰州730070

以黑河中游正义峡水文站的实测径流量数据为基础,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验法、滑动t检验法、Pettitt检验法和累积距平法分析了正义峡水文站1970―2020年径流序列的变化趋势和突变年份,并利用基于Budyko假设的水热耦合平衡... 详细信息

以黑河中游正义峡水文站的实测径流量数据为基础,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验法、滑动t检验法、Pettitt检验法和累积距平法分析了正义峡水文站1970―2020年径流序列的变化趋势和突变年份,并利用基于Budyko假设的水热耦合平衡方程,对正义峡径流量变化趋势进行了归因分析。结果表明:(1)研究期内正义峡径流量波动变化,丰枯交替,但整体呈现增加趋势,2004年径流发生突变,突变后的年平均径流量增加了3.08×10^(8)m^(3),增加率为32.7%。(2)突变后的2005―2020年,正义峡径流量对降水、潜在蒸发和下垫面参数的弹性系数分别为1.40、-0.40、-1.57,且各因子对径流的贡献率分别为42.73%、-12.52%、69.79%,表明径流量对下垫面变化最为敏感,气候因子中降水对径流的影响大于潜在蒸发。(3)在一定的区域气候条件下,植被覆盖、土地利用、流域调水等人类活动引起的中游下垫面变化是正义峡径流量变化的主要原因。研究结果可为流域管理部门制定水资源合理分配及调用方案提供科学依据。

关键词：径流变化归因分析水热耦合平衡方程气候变化人类活动黑河中游

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长江下游秦淮河流域径流变化及影响因素分析

水土保持研究 2019年第4期26卷 68-73页

作者：代晓颖许有鹏林芷欣王强徐羽高斌南京大学地理与海洋科学学院

为定量分析气候变化和人类活动对流域径流变化的影响,以我国经济高度发展的长江下游秦淮河流域为例,应用累积距平、线性趋势分析等方法,分析了其1987—2015年的水文气象变化趋势;基于水热耦合平衡方程,计算了流域年径流变化的气候弹性... 详细信息

为定量分析气候变化和人类活动对流域径流变化的影响,以我国经济高度发展的长江下游秦淮河流域为例,应用累积距平、线性趋势分析等方法,分析了其1987—2015年的水文气象变化趋势;基于水热耦合平衡方程,计算了流域年径流变化的气候弹性系数和下垫面弹性系数,对径流变化进行了定量的归因分析。结果显示:(1) 1987—2015年流域年径流呈增加趋势,并在2001年左右发生明显转变,由此将研究期划分为1987—2000年与2001—2015年两个阶段。(2)年降水量多年变化趋势并不明显,年潜在蒸散发总体呈上升趋势。与转变发生前相比,2001—2015年期间年均降水量增加2.42%,年均潜在蒸散发量增加6.24%,二者变化幅度不大,而下垫面参数变化幅度较大。(3)径流对于降水、潜在蒸散发以及下垫面的弹性系数分别为0.69,-0.92,-0.64,气候与下垫面变化对径流增加的贡献率分别为-9.6%,115.5%,可见人类活动对径流影响更大,同时也存在其他因素对径流变化产生较小影响。

关键词：径流变化气候与下垫面变化水热耦合平衡方程贡献率秦淮河流域

变化环境下不同城镇化流域的径流变化及影响因素分析

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变化环境下不同城镇化流域的径流变化及影响因素分析

作者：代晓颖南京大学

学位级别：硕士

长江三角洲地区位于我国东部地区,是我国经济最发达、城市化程度最高的区域之一,河网密集、湖泊众多是该区域的显著特征。然而伴随着城市化进程的推进,以河流湖泊日益减少、建设用地面积大幅增加为代表的土地利用变化,给区域水文循环带... 详细信息

长江三角洲地区位于我国东部地区,是我国经济最发达、城市化程度最高的区域之一,河网密集、湖泊众多是该区域的显著特征。然而伴随着城市化进程的推进,以河流湖泊日益减少、建设用地面积大幅增加为代表的土地利用变化,给区域水文循环带来巨大的影响。在该地区开展径流变化的归因分析与比较,有助于正确认识变化环境下的水文变化特征,把握气候变化与人类活动影响下的流域水循环变化规律,为制定区域洪涝防控政策提供依据。通过探讨不同城市化程度对径流变化的影响特点,也能进一步有针对性地为区域水资源管理以及综合规划提供科学参考。论文选择位于长三角地区的秦淮河流域与西苕溪流域为研究区,基于多年实测水文气象数据、社会经济发展数据,采用线性趋势分析等水文统计方法对其水文气象因子进行分析,掌握了变化环境下水文变化特征与规律;以水热耦合平衡方程为基础,分析了两个流域径流对气候变化与下垫面变化的敏感系数,进而定量揭示了气候变化与人类活动对于流域径流变化影响的贡献率,并对两个流域进行了对比分析。论文的主要研究内容和成果如下:(1)水文气象因子变化趋势综合运用数理统计方法,分别分析流域气象因子变化特征与规律,揭示流域气候变化特点。结果表明:西苕溪流域与秦淮河流域年降水量均存在一定波动,流域降水均集中在6、7、8月。年内降水变化西苕溪流域与秦淮河流域呈相反变化趋势,秦淮河流域汛期降水量所占比重呈增高趋势,降水集中度增大,而西苕溪流域非汛期降水量所占比重增高,降水年内分配坦化。研究期内,秦淮河流域与西苕溪流域年均气温均呈现较为显著的升高趋势,且波动较大,其中秦淮河流域上升幅度更为明显。西苕溪流域和秦淮河流域蒸散发年际变化均呈稳步增加趋势,增加幅度均较小,其中秦淮河流域变化幅度稍大一些。(2)社会经济发展状况比较基于经济、人口以及土地利用数据,采用统计学相关方法,分析两流域社会经济发展状况。结果显示:改革开放以来,南京市地区生产总值呈不断增长趋势,到2015年总产值为232.39亿元。1978-2015年间,安吉县地区生产总值呈持续升高趋势。南京市产业结构优于安吉县。南京市总人口呈不断增长,年均增长率约为1.13%,2015年人口城镇化水平已与西方发达国家水平接近。安吉县人口呈现稳步增长,其非农人口比例由1993年的11.98%增长到2015年的36.96%,其发展水平相对较低。秦淮河流域土地利用以耕地为主,建设用地面积持续增长,且变化度较高。西苕溪流域土地利用以林草地为主,建设用地后变化度较秦淮河流域低,总体植被覆盖度高于秦淮河流域。(3)流域径流变化规律结合累积距平分析方法、集中度分析方法、小波分析等方法,系统研究两流域径流年际与年内变化,分析其趋势变化、周期性等特征,揭示了流域径流变化规律。结果表明:1972-2015年期间,西苕溪流域年径流总体呈伴有波动的微弱下降趋势,径流集中度呈减小趋势。根据径流累积距平分析,可将研究期划分为1972-1998年和1999-2015年两个阶段。1986-2015年间,秦淮河流域径流波动幅度明显,总体呈显著上升趋势。研究期内流域径流集中度呈波动增加趋势。根据径流累积距平分析,可将研究期划分为1986-2000年和2001-2015年两个阶段。两个流域径流主要集中在6-8月。(4)径流变化归因分析采用基于水热耦合平衡方程的弹性模型,分别定量分析人类活动与气候变化对秦淮河流域与西苕溪流域径流变化贡献率,对比分析了不同城市化程度对径流变化的影响。结果表明:根据水热耦合平衡方程,可计算得出西苕溪流域降水、潜在蒸散发以及下垫面对于径流变化的贡献率分别为10.14%、35.72%、47.20%。在研究期内秦淮河流域降水、潜在蒸散发以及下垫面对于径流变化的贡献率分别为 5.96%、-13.74%、108.72%。降水是秦淮河流域以及西苕溪流域径流的主要补给来源,降水与径流具有较好的响应关系,但降水变化幅度不大,因此对流域径流变化影响较小。潜在蒸散发对于径流变化起到负面作用,总体变化幅度大于降水,对于两个流域的径流变化影响均较降水大。与气候变化相比,人类活动对于径流变化的影响更为显著。安吉县在2015年突破30%人口城市化率,进入快速城市化阶段。南京市在2002年城市化率就已突破60%,进入城市化后期阶段。南京市城市化的快速发展推动了区域经济的持续增长,为满足各方面快速增长的用地需求,林地、耕地等土地类型大量转变为建设用地,使得流域不透水面持续增加,洪涝风险随之升高。安吉县由于区位优势远不及南京市,城市化进程推进较慢,县域经济体量与增速均较落后,其对于建设用地的需求相对较小。20世纪90年代后,安吉县实施了一系列水土保持措施并开展了美丽乡村建设,其植被保护较好,以致于其下垫面对流域径流减少产生积极作用。

关键词：径流变化城市化气候与下垫面变化水热耦合平衡方程贡献率