长江流域降水量和径流量长期变化趋势检验_许继军
四十年来长江流域气温、降水与径流变化趋势
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Adv. Clim. Change Res., 2005, 1 (2): 65-68
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CMADS驱动SWAT模型在水循环模拟中的应用--以洱海流域为例
摘要:基于大气数据驱动水文模型的输出结果开展水循环模拟研究是大气和水文学界的研究热点ꎮ 利用中国
大气同化驱动数据集 ＣＭＡＤＳ 驱动 ＳＷＡＴ 模型ꎬ模拟 ２００９ ~ ２０１６ 年期间洱海流域关键水循环要素的时空分布
特征ꎮ 结果表明:① ＣＭＡＤＳ 数据集可很好地驱动 ＳＷＡＴ 模型ꎬ在洱海流域适用性较好ꎬ可用于水循环模拟研
国气象信息中心提供的中国国家级地面气象站基本气
象要素日值数据集在洱海流域内仅有大理站一个气象
站ꎬ无法反映降水、蒸发等气象要素的空间分布特征ꎮ
因此ꎬ本研究选取洱海流域作为研究区ꎬ利用 ＣＭＡＤＳ
数据集驱 动 ＳＷＡＴ 模 型ꎬ 对 洱 海 流 域 水 循 环 进 行 模
拟ꎬ系统分析洱海流域各关键水循环要素时空演变特
果 [６] ꎬ但在中国区域的应用表现不尽人意ꎬ存在较明
显的季节性和区域性差异 [６ － ７] ꎮ 此外ꎬ相关研究表明ꎬ
尽管全球气候模式在大尺度区域反应良好ꎬ但由于全
球气候模式分辨率较粗ꎬ对下垫面特征复杂的区域气
候变化模拟常出现较大偏差 [８ － ９] ꎮ 区域气候模式较全
球气候模式具有更高的空间分辨率ꎬ但是由于模式环
近 ３０ ０００ 个区域自动站进行订正 [１２] ꎬ能更好地反映
收稿日期:２０１９ － ０３ － ２３
基金项目:国家重点研发计划项目(２０１７ＹＦＣ１５０２４０４) ꎻ国家自然科学基金项目(５１７０９００８)
作者简介:刘君龙ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事水文及水资源方面的研究工作ꎮ Ｅ － ｍａｉｌ:６７３０９５０３６＠ ｑｑ. ｃｏｍ
究ꎮ ② 从时间上看ꎬ洱海流域年降水量、实际蒸散和年产水量均呈现出先减少后增加的趋势ꎬ分别以 ４. ６ꎬ
【word】湘江流域近30年径流量与水位的长期变化规律研究
湘江流域近30年径流量与水位的长期变化规律研究第l8卷3期2010年6月应用基础与工程科学JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERINGV o1.18.No3June2010文章编号:1005-0930(2010)03-0369—10中图分类号:K903文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1005-0930.2010.03.001湘江流域近30年径流量与水位的长期变化规律研究杜鹃2,徐伟2,赵智国2,陈波2何飞,-,史培军,2(1.北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室,北京100875;2.北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室,北京100875;3.民政部/教育部减灾与应急管理研究院,北京100875)摘要:河川径流量和水位变化是反应气候变化和人类活动的重要表征,对其长期变化规律的研究结果可为该区域的水资源管理与洪水灾害风险研究提供重要的参考.本文选择频受洪水严重威胁的湘江流域为研究对象,利用近3O 年的径流量和水位观测的日资料及派生出的月,季和年资料,采用Mann.Kendall趋势检验法对湘江流域主要水文站的径流和水位进行了趋势分析和突变检验,并从气候变化和人类活动两方面分析其造成洪水危险性增大的原因.结果表明:(1)近30年来,湘江流域中下游的年径流量表现出增大趋势,而多数站点年最大径流量变化不大;(2)湘江流域径流的季节变化明显,多数站点春,冬季径流量没有明显变化趋势,但夏,秋季径流量呈显着上升趋势,这与夏季降水量的增大有关;(3)湘江流域7月和8月径流量呈增大趋势,5月份径流量呈减少趋势,7,8月径流量的突变点与夏季降水突变时间基本吻合,由降水变化导致径流增加的贡献率达57%以上;(4)湘江流域多数站点年平均水位和年最高水位均呈现显着的上升趋势.对比湘江流域年径流量,年平均水位的增长趋势更为明显,这可能是由于植被破坏,水土流失严重造成的淤积所致.关键词:湘江流域;Mann.Kendall检测;径流;水位;趋势分析在洪水设计及水资源规划等应用中,水文要素通常被假定为平稳的,但越来越多的研究表明,气候变化与人类活动导致了水文要素呈现出一定的长期变化趋势¨引.河川径流量和水位对气候变化和人类活动的响应敏感,分析径流和水位的长期变化规律,不仅有助于深入了解水资源特性,为水资源的合理开发利用提供依据,而且也能为洪水灾害的风险分析提供良好的水文基础.湘江是长江的一级支流,洞庭湖水系最大的支流,其多年平均流人洞庭湖流量为收稿日期:2009-04—14;修订日期:2009—12-05基金项目;国家自然科学基金重点项目(40535024);高等学校学科创新引智计划资助(B08008)作者简介:杜鹃(1983一),女,博士研究生.通讯作者:史培军(1959一),男,教授.E-mail:***********.cn370应用基础与工程科学050100km口流域边界■■■■■■■======图1湘江流域主要支流及水文站点分布图Fig.1SketchmapofXiangRiverBasin713×10m,约占多年平均人洞庭湖总流量的22.4%,其流量变化对洞庭湖蓄水有着重要影响J.湘江流域属亚热带季风湿润气候,雨量丰沛,水系发育,支流众多,既是湖南省重要城市如长沙,湘潭,株洲,衡阳,郴州的所在地,也是我国重要的粮食生产基地(主要支流和重要城市见图1).近几十年来,城市化进程以及农业用地结构调整幅度较大,在一定程度上影响了流域的产,汇流过程,河漫滩地的利用以及为防洪而建设的堤坝则影响了河道洪水演进.湘江流域长沙站的最高水位(39.18m,1998年6月27Et)与次高水位(38.93m,1994年6月19Et)以及湘潭站的最高水位(41.95m,1994年6月18日)均出现在20世纪90年代..,两站各自的前五位最高水位仅有一次不是发生在近3O年.由此可见,湘江流域近30年来灾害性洪水有增加的趋势,这正好与1980年附近的气候转折与中国的改革开放(1978年)发生在同一时期,因此湘江流域是开展流域水文要素变化的气候变化因素与人文因素分析的良好天然实验室.本文据湘江流域1976--2008年水文观测资料(水文站点的分布见图1),用经典统计及Mann—Kendall非参数检验方法,分析了湘江流域近30年的径流量与水位的变化规律,并对其可能原因进行了初步探讨,以期为湘江流域的水资源管理,减轻洪水灾害风险提供参考,后续工作将对此特征做深入研究.1数据与方法1.1数据概况本文所用的径流,水位原始数据均为湖南省水文局提供的日资料.其中径流观测站35个,有32站径流数据序列长度为33年(1976--2008),序列最小长度为25年;水位观测站39个,观测年份均在1976年到2008年问,绝大多数站点的数据序列长度为30年以上,基本可以满足水文分析的要求.1.2分析变量的选定本研究所采用的观测站点控制着湘江的大部分干,支流.经数据质量检查后,据日资料派生了月径流量,月最大径流量,季径流量,年径流量,年最大径流量,月平均水位,月最高水位,年最高水位共8个数据集,以便从月,季,年不同的时间统计单位来分析湘江流域水文要素的变化规律,从而找到能很好表征水文变化的数据变量. 1.3分析方法水文要素的非正态性分布使得经典的统计方法失效,非参数检验方法被认为是水文要素趋势分析的较好工具,其中Mann.Kendall方法应用最为广泛.Mann—Kendall非参数趋杜鹃等:湘江流域近3O年径流量与水位的长期变化规律研究371 势检验方法的优点是不需要样本遵从一定的分布,也不受少数异常值的干扰.因此本文采用Mann—Kendall非参数趋势检验方法分析了湘江流域内各水文站点的年,季,月径流量和水位的变化趋势及突变情况.Mann.Kendall检验方法描述如下.设水文要素序列为},r=1,2,3,…,,m为第i个样本大于其后面样本的累计次数,做如下定义dk=∑m(2≤|j}≤)若原水文序列满足该方法要求的随机独立且同概率分布条件,则有: 均值E(d)=(k一1)/4标准差S(d)=(k—1)(2+5)/72,(2≤k≤n)标准化d得=(d一(d))/S(d)为标准正态分布,其大于0则表明水文序列呈上升趋势,小于0则为下降趋势.给定显着性水平,若大于ll则表明序列存在明显的变化趋势.将原序列逆序,并按照上述方法计算UB,将和UB分别用实线和虚线绘在同一坐标下,并加绘给定显着性水平对应的信度线(±),若两曲线相交于信度线之间则表明水文序列存在着显着的突变,交点对应的横坐标即为突变发生的时间.另外一个很有用的指标是Kendall倾斜度,即单位时间内的变化量,以此来量化长期变化趋势,可以表示为卢=medi口f1,Vj<i,(1<<i<n),一.,口为正表示上升趋势,为负则表示下降趋势.2结果及分析2.1径流和水位变化的统计特征对湘江流域所有站点的8个数据集均进行了Mann—Kendall趋势分析,选择其中变化比较显着的结果进行论述.统计表1总结了湘江流域各水文站月径流量,月最大径流量,季径流量,年径流量,年最大径流量,月平均水位,月最高水位和年最高水位在各显着性水平下的Mann—Kendall趋势分析结果.表1近30年流量,水位趋势检验统计结果Table1Trendtestresultsofrunoffandwaterlevelforrecent30years水文变量各显着性水平下站数水文变量各显着性水平下站数0.Ol0.050.10.010.050.11月平均水位l3182O(12+,8一)7月平均水位81720(16+,4一)1月径流量51222(22+)7月径流量1911(11+)1月最高水位71219(15+,4一)7月最高水位024(4+)372应用基础与工程科学V01.18续表1水文变量各显着性水平下站数水文变量各显着性水平下站数1月最大流量31522(20+,2～)7月最大流量014(4+)2月平均水位71317(8+,9一)8月平均水位91416(10+,6一)2月径流量122(2+)8月径流量1612(12+)2月最高水位7812(2+,10～)8月最高水位134(3+,1一)2月最大流量012(1+,1一)8月最大流量011(1+)3月平均水位71214(5+,9一)9月平均水位91315(8+,7一)3月径流量023(3+)9月径流量3813(13+)3月最高水位059(4+,5一)9月最高水位036(2+,4一)3月最大流量0009月最大流量023(3+)4月平均水位121620(9+,11～)10月平均水位91721(12+,9一)4月径流量0912(2+,10～)l0月径流量123(3+)4月最高水位41O15(6+,9一)1O月最高水位2512(7+,5一)4月最大流量005(2+,3一)1O月最大流量11l(1+)5月平均水位71315(5+,1O～)I1月平均水位101717(8+,9一)5月径流量3132l(4+,17～)11月径流量146(6+)5月最高水位235(5+)l1月最高水位4710(5+,5一)5月最大流量046(3+,3一)11月最大流量012(2+)6月平均水位71215(10+,5一)12月平均水位111921(13+,8一)6月径流量136(5+,1一)12月径流量3617(17+)6月最高水位357(7+)I2月最高水位7l3l6(1O+,6一)6月最大流量102(2+)12月最大流量249(7+,2一)春季径流量1610(14-,9一)夏季径流量61318(18+)秋季径流量3611(11+)冬季径流量257(7+)年径流量71O17(17+)年最大径流量27l0(1O+)年平均水位l2l52l(17+,4一)年最高水位68t2(12+)注:湘江流域共35个流量观测站,39个水位观测站;”+”表示上升趋势,”一”表示下降趋势2.2径流和水位变化的时间特征近3O年来,湘江流域的月径流量及月最大径流量总体上呈现明显的变化趋势.在=0.1的显着性水平下,1月份,7月份,8月份,9月份及12月份径流量呈现上升趋势的站点数分别达22,11,12,13和17站,依次占总站数的63%,31%,34%,37%和49%,5月份有近50%站点的月径流量呈显着下降趋势.1月份和12月份最大月径流量呈上升趋势的站点分别达总站数的57%和20%.在有长期趋势的站点中,多数发生了突变,1,5月份径流量突变时间分别在1988年,1985年附近,7月份径流量突变时间部分集中在1990年附近,部分在86年附近(图2).为了全面反映流域径流量在时间上的变化特征,进一步将径流量划分为春季径流量(3_-5月),夏季径流量(6—8月),秋季径流量(9—11月)和冬季径流量(12月),进而分析各测站径流量的季节演变规律.对季径流的长期趋势而言,春季径流量多数站没有趋势,极少数有增长的趋势;夏季和秋季径流量却明显上升,分别有51%与31%的站点通过了90%的显着性检验,冬季径流量也有部分站点表现出上升趋势,但对整个流域而言,并非特别明显.从趋势突变来看,春季径流量没有发生突变,但夏,秋和冬季径流量呈上升趋势的站点中多数发生了突变,夏,秋季径流量突变的时间均在1992年附近,冬季径流量No.3杜鹃等:湘江流域近30年径流量与水位的长期变化规律研究373突变的时间在1985年附近时间/年(a)衡阳站1月份径流量突变检测时间/年(c)道县7月份径流量突变检测时间/年(b)江华站5月份径流量突变检测时间/年(d)老埠头夏季径流量突变检测时间/年时间/年(e)耒阳秋季径流量突变检测(D湘潭站冬季径流量突变检测图2湘江流域典型站点的径流量M.K法突变检测Fig.2ChangepointanalysisforrunoffatrepresentativestationsinXiangRive rbasinbasedonM—Ktest湘江流域多数站点的月平均水位和月最高水位也表现出明显的上升或者下降趋势.在有变化趋势的站点中,1月份,6月份,7月份,8月份,12月份月平均水位呈现上升趋势的站点居多,和月径流量的变化趋势基本一致.374应用基础与工程科学V01.182.3径流和水位变化的空间特征图3描述了湘江流域各水文站的径流量及水位趋势变化和突变特征的空间分布显明显.无突变且无变化趋势(a)计目江流域各水文站近3O年年径流量趋势及突变@突变且下降趋势明显(b)湘江流域各水文站近3O年甲均水位趋势及突变(c)湘江流域各水文站近3O年年最大径流薰趋势及突变(d)湘江流域各水文站近3O年年最高水位趋势及突变图3湘江流域各水文站径流量和水位变化的空间分布(突变与变化趋势均采用Mann—Kendall计算,突变与否是在95%的信度水平下进行的)Fig.3Spatialdistributionoftrendandchange—pointanalysisforrunoffandw aterlevelathydrologicalstationsinXiangRiverbasin(resultsarebasedonMann—Kendalltest,andch angepointsaresignificantat0.05confidenceleve1)结合表l和图3可以看出,湘江流域共有17站(约占总站数的50%)年径流量呈现显着上升趋势并发生了突变,突变时间在1990年附近,其中有10站的上升趋势通过了No.3杜鹃等:湘江流域近30年径流量与水位的长期变化规律研究37595%的显着性水平检验,这些站点主要分布在湘江的沩水,涟水,蒸水,捞刀河,浏阳河,渌水和涞水这些支流上,并集中在湘江流域中下游.这与中下游城市化水平增大,改变了下垫面的状况,从而导致径流增加有关.湘江流域共有10站(占总站数的29%)年最大径流量有显着上升趋势且发生了突变,其中有7站的上升趋势通过了95%的显着性水平检验,这些站点主要分布在湘江流域的中下游.据湘江流域各水位观测站日资料,计算各站的年平均水位,并用Mann-Kendall非参数方法分析其变化特征,结果表明共有21站(占总站数的54%)年平均水位有明显上升趋势并发生了突变,其中有15站的上升趋势通过了95%的显着性水平检验,这些站点基本遍布湘江全部的干,支流.另外石坝子,湘乡,神山头和祁阳4站年平均水位呈下降趋势并发生了突变,可能与观测站所在河道的挖沙,清淤相关,具体原因有待考证.湘江流域共有22站(占总站数的56%)年最高水位呈上升趋势并发生了突变,其中8站的上升趋势通过了95%的显着性水平检验,这些站点遍布了湘江的全部支流.2.4湘江流域洪水危险性增大的原因分析从水文水资源科学的角度来看,水资源的形成遵循自然的水循环规律,同时由于人类活动的影响也会导致自然水循环发生显着变化L1引.河川径流和水位,一般来说,不完全是气候变量,除了气候因素外,它同时受人类活动引起的流域下垫面变化的影响.对湘江流域近30年径流量与水位的长期变化规律的分析可以看出,湘江流域的年径流量和年平均水位都有增大的趋势,尤其是年平均水位呈全流域型的显着增大趋势,从而导致洪水灾害危险性增大,因此本文从气候和人为因素两方面给予解释.2.4.1降水分配不均,夏季降水量增大通过对湘江流域1976--2005年的降水数据进行Mann—Kendal1分析得到,湘江流域的夏季降水量呈现显着的上升趋势(P<0.05),图4给出了位于湘江下游的长沙站夏季降水量的突变检测结果,夏季降水量在1986年附近发生了突变,这一时间和7,8月份径流量突变时间基本吻合.若将此突变点前的1976--1986年这一时段作为整个研究时段的基准期,根据回归分析,建立基准期年径流与年降水量的关系为:Y=0.5692X一116.2482(R=0.7325;时间/年P<0-05)?根据这一降水一径流关系推求图4长沙站夏季降水量M-K法突变检测I995--2005年平均每年的天然径流量为Fi4Changepoitanalysisofsummer983.6133×10Ill.,较1976--1986年时段增加DrecipitationatChangshaStation了352.9×10.m,由降水变化导致径流增加的贡献率达57%以上.2.4.2城市建设用地增大,植被覆盖率降低近30年来,湖南省社会经济快速发展,城市建设不断加快,城市日益向郊区扩展,占用了大量的农田和林地,城市建筑用地大量增加.由中科院地理所完成的1:10×10土地利用/覆盖数据可以看出,从1986年到2005376应用基础与工程科学V o1.18年,湘江流域的平原旱地减少了271.4km,城镇用地面积增加了661.7km,增加量占1986年此类土地利用类型的35%左右.据2008年湖南土地市场简报_l,湘江下游所在的长沙,湘潭,株洲的建设用地总量逼近全省半数,其中长沙市建设用地供应量最大,占全省供应总量的29.79%,其次是湘潭市,比例为10.45%,再次是株洲市,比例为6.71%.在城市建设用地增大的同时,植被覆盖率降低,与50年代比,全省森林面积减少18.4%,森林面积的减少以及不透水层面积的增加必然导致地表径流增加,这可能是引起洪水危险增大的人为原因.2.4.3水土流失,河湖淤积由于人们对自然资源不适当的开发利用造成严重水土流失,根据湖南省水土保持规划报告显示:1997年全省水土流失面积为46739.59km,占全省土地总面积的22.06%,其中轻度为21897.1km,占流失总面积的46.85%;中度为15043.16km,占32.19%;强度为7795.1km,占16.68%;极强度为1565.12km,占3.35%;剧烈为439.11km,占0.93%,各流域的水土流失面积如表2.表2湖南省湘,资,沅,澧4水流域水土流失情况Table2SoillossesofXiang,Zi,Yuan,LiRiverbasinsinHunanProvince湘江流域的土壤侵蚀以面状侵蚀为主,中上游山地滑坡发育导致水土流失严重,研究表明,水土流失能放大洪水的致灾能力,但在一般情况下不会直接放大,而是通过多年水土流失导致森林土壤破坏,调蓄能力减弱,以及泥沙淤积江河等途径来放大水灾的风险[1.随着大量的泥沙不断地向中下游搬运,堆积,致使干流下游河床平均淤高0.06m,笔者在野外观测得到,在湘江流域下游,河道在低洼处淤高达到1.5—2.0m.泥沙淤积在河流,水库和湖泊,消弱了各种水体对洪水的调蓄能力,从而增大了洪水风险.3结论与讨论通过对湘江流域径流量和水位过去30年的长期变化趋势分析,本文初步得到如下结论:(1)近3O年来,湘江流域中下游的年径流量和年最大径流量呈现明显的增大趋势,而湘江上游多数站点的年最大径流量变化不大;(2)湘江流域径流的季节变化明显,虽然春季径流量没有明显变化趋势,但夏季和秋季径流量呈显着上升趋势,冬季径流量也有部分站点表现出上升趋势,但对整个流域而言并非特别明显;径流的季节变化是对气候变化的响应,湘江流域夏秋季节降水丰沛,导致径流量的增加,加大了防洪的压力;(3)对于月径流,湘江流域多数站点1月,7月和8月径流量呈增大趋势;7月和8月径流的突变点和夏季降水量突变时间基本吻合,由降水变化导致径流增加的贡献率达57%以上;(4)湘江流域多数站点年平均水位和年最高水位均呈现明显的上升趋势.由此可见,No.3杜鹃等:湘江流域近3O年径流量与水位的长期变化规律研究377用年最高水位代替年最大洪峰流量来描述湘江流域的洪水危险性是更为合理的.另一方面,湘江流域年最大流量呈上升趋势的站点较少,说明流域内年最大洪峰流量近3O年来变化不大.相反,流域年最高水位呈明显上升趋势的站点却较多,说明湘江流域内同样的流量更高的水位或小流量高水位现象比较普遍,这可能是由于植被破坏,水土流失严重造成的淤积所致.建议湘江中下游采取适当措施及时排沙,减轻淤积,疏通河道,以便洪水及时排泄,避免造成严重的洪水灾害损失;(5)径流和水位的增大趋势导致湘江流域洪水灾害危险性增大,这一变化趋势反映了自然和人类活动的综合效应.前者主要是大雨强度以上降雨在时间上有向6,7月份集中的趋势,从而导致夏季径流量的增长;后者主要为土地利用/覆盖的变化引起下垫面条件变化,产生不同的水文效应,增加了地表的径流量,以及植被的破坏导致水土流失加剧,淤塞了河床,抬高了洪水水位.参考文献[1]DonaldHBum,MohamedAHagElnur.Detectionofhydrologictrendsand 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JournalofAppliedMeteorologicalScience,2004,15(4):385-393[12]湖南省国土资源厅土地市场动态监测课题组.2008年湖南土地市场简报[J].国土资源导刊,2009,(2):36-38378应用基础与工程科学V01.18 TheResearchGroupatLandResourcesDepartmentofHunanProvinceforLa ndMarketDynamicMonitoring.2008 Hunanlandmarketnewsletter[J].Land&ResourcesHerald,2009,(2):3 6-38雷云.湖南省水土流失对水旱灾害的叠加效应[J].国土资源导刊,2006,(4):43-46LeiY un.Superimposedeffectofsoilerosiontofloodanddrou~tinHunanProv ince[J].Land&Re~uroesHerald,2006,(4):43_46李景保,谢炳庚.论湖南水土流失对水旱致灾能力的放大效应[J].水利,2000,(8):46-50LiJingbao,XieBinggeng.Onamplificationeffectofsoilerosionondisaster —causingcapacityinHunanProvince[J]. JournalofHydraulicEngineering,2000,(8):46-50 TrendsofRunofjfandWaterLeveloverthePastThirtyY earsinXiangRiverBasinDUJuan一,XUWei,一,ZHAOZhiguo.-,CHENBotHEFei.SHIPeijunl1(1.StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourcesEcology,B eijingNormalUniversity,Beijing100875,China;2.KeyLaboratoryofEnvironmentalChangeandNaturaldisaster,Min istryofEducationofChina,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China;3.AcademyofDisasterReductionandE mergencyManagement,MinistryofCivilAffairs&MinistryofEducation,thePeople’sRepublicofChina,Beijing 100875,China)Abstract Trendsofrunoffandwaterlevelaresignificantindicatorsreflectingclimatech angeandhumanactivities.Thereforestudyontrendsofthesehydrologicvariablescanp rovidereferences forwaterresourcemanagementandfloodriskanalysis.Basedonthesitedataofdailyrunoffandwaterlevelaswellasthederivedannual,seasonalandmonthlytimeseriesd ataoverthepastthirtyyears,anon-parametricstatisticalmethod(Mann—Kendalltrendt est)isemployedto detecttrendsandchange—pointofrunoffandwaterlevelintheXiangRiverba sinwherethethreatoffloodhazardisoftenhigh.Theresultsshowsthat:(1)Annualrunoffint hemiddle—lowerteachesofXiangRiverdemonstratedanincreasingtrend,whileagenera labsenceofclear trendisnotedforannualmaximumrunoffatmoststations;(2)Seasonalrunoffi nXiangRiverbasinischanging.Althoughthereisnocleartrendforrunoffinspringandwinte ratmoststations,runoffinsummerandautumnexhibitsstrongincreasingbends,whic hiscausedbytheincreasingprecipitationinsummer;(3)Formonthlyflows,runoffinJulyand Augustexhibitsincreasingtrends,whileinMayexhibitsdecreasingtrends.Thechangepointo frunoffinJuly andAugustalmostcoincidewiththesuddenchangeinsummerprecipitation,andprecipitationhascontributedabout57%ofincreaseinrunoff;(4)BothAnnualwaterlevelan dannum maximumwaterlevelatmostgaugingstationsintheXiangRiverbasindemon stratestrongparingtoannualrunoff,thetrendofannualmeanwater levelismorepronounced,whichmayhaveresultedfromthedestructionofvegetationcove r,andthedepositionofmudandsandinriverchannels.Keywords:XiangRiverbasin;Mann—Kendalltest;runoff;waterlevel;trend analysis。
1971-2018年汉江流域陕西段降水时空特征分析
第31卷第6期2020$1月水资源与水工程学报Journal of Water Resources &Water EngineeringVol.31 No.6Dec.，2020D01:10.11705/j.i n.1672 -643X.2020.06.131971 -2018年汉江流域陕西段降水时空特征分析赵爱莉1张晓斌2，郝改瑞34，李抗彬4(1.山西汾河流域管理有限公司，山西太原030002;2.运城学院，山西运城044000;3.西安理工大学，陕西西安710048;4.西安兰特水电测控技术有限责任公司，陕西西安710043)摘要：基于1971 -2018年汉江流域陕西段27个气象站点的逐日降水数据，选择了年降水量、降水强度、最大日降水量、年降水日数、中雨日数和大雨日数6个降水指数分析其降水时空特征，分析方法包括线性估计法、小波分析法、滑动均值法、IDW空间插值法及Man-Kendall检验法。
结果表明:在研究时段内，汉江流域陕西段降水强度有缓慢增加趋势，其余/个降水指数均呈缓慢减小趋势，且6个降水指数的变化趋势均不显著;研究区域仅年降水日数无突变点，且在199/年后呈现显著减小趋势,其余降水指数均有突变点;年降水量有7 a的副周期和27 a左右的主周期，主周期有3个循环交替，且丰、枯交替突变点在1983和2000年。
汛期降水量与年降水量周期基本一致，而非汛期有4和16 a两个副周期和1个28 a的主周期;年降水量空间分布呈现由北到南逐渐增大的趋势，除了年降水日数的高值中心在宁强县外，其余/个降水指数的高值中心均在镇巴县，而低值中心除了降水强度在太白县外其余的均在商县。
在研究时段内各年代际降水指数的比较中,1971 -2018年的年降水量、降水强度和年降水日数均仅次于最大值，预计未来极端降水事件可能更加频繁，严重的情况下会影响水生态、水环境、水安全等的健康发展。
关键词：降水指数；时空特征；小波分析；M a n-Kendall检验；汉江流域陕西段中图分类号：TV12/;P426.61 +3 文献标识码：A文章编号：1672-643X(2020)06-0080-08Spatial and temporal characteristics of precipitation in Shaanxi section ofHanjiang River Basin during 1971 -2018ZHAO Aili1,ZHANG Xiaobin2,HAO Gairui34,LI Kangbin4(1. Limited Com pany of Shanxi Fenhe River Basin Administration，aiyuan03Q002,China； 2.Yuncheng University，Yuncheng044Q Q0，China；.XV an U niversity of Technology y X i'n110044，China；.XV an LandW ater and Electricity M easurem ent ann Control Co. ，L t.，X i an710043, China )Abstract：Based on the daily precipitation data of27 meteorological stations in Shaanxi section of Hanjiang River Basin from 1971 to2018 ,six precipitation indexes including annual precipitation,precipitation intensity，maximum daily precipitation，annual precipitation days，moderate rainfall days and heavyrainfall days were s e lected to analyze the spatial and temporal characteristics of precipitation in this areausing linear trend，wavelet analysis，moving average，IDW spatial interpolation and Mann- Ken rupt test methods.The results showed that the precipitation intensity in Shaanxi section of Hanjiang Basin presented a slow increasing trend,whereas the other five precipitation indexes presented a slow decreasing trend，but all the changes were insignificant.There were abrupt points in all the indexes exceptannual precipitation days，showing a remarkable decreasing trend after199/. Annual precipitation secondary cycle of7 a and a main cycle of about27 a consisted of three alternative dry- w the occurrence of abrupt points in 1983 and2000. The precipitation cycle in the flood season was ent with that in non-flood season，but the non-flood period had two secondary cycles of4 a，16 a and amain cycle of28 a.The spatial distribution of precipitation showed a progressive increasing trend fromnorth to south.Except for the high value center of annual precipitation days in Ningqiang County,that of收稿日期：2020- 03- 17;修回日期：2020- 07- 01基金项目：山西省水利厅科技项目（TZ2019026);运城学院博士科研项目（YQ - 2020003);国家自然科学基金项目(187921/)作者简介:赵爱莉（1977-)，女，山西万荣人，本科，工程师，主要从事流域治理及水文水资源方面研究。
1966—2015_年长江流域水文干旱时空演变归因
第34卷第3期2023年5月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCE Vol.34,No.3May 2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.03.0031966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因杨肖丽1,2,崔周宇1,2,任立良1,2,吴㊀凡1,2,袁山水1,3,江善虎1,2,刘㊀懿1,2(1.河海大学水灾害防御全国重点实验室,江苏南京㊀210098;2.河海大学水文水资源学院,江苏南京㊀210098;3.长江保护与绿色发展研究院,江苏南京㊀210098)摘要:气候变化和人类活动叠加影响下长江流域干旱情势日益严重且复杂多变,严重威胁着流域经济社会可持续发展,亟需探究自然变率和人类活动对长江流域水文干旱时空演变的作用机制,量化人类活动对水文干旱事件发生频次㊁破坏深度以及恢复速度的影响㊂本研究运用可细化人类活动影响的PCR-GLOBWB 2.0模型,耦合标准化径流指数(I SR )和可靠性-回弹性-脆弱性(RRV)框架,构建长江流域水文干旱状态的时空演变特征评估指标(I SRI-RRV ),揭示长江流域1966 2015年水文干旱状态的时空变化规律,定量评估水库调度和人类取用水等人类活动对长江流域极端水文干旱事件发生频率㊁持续时间和破坏深度的影响程度㊂结果表明:PCR-GLOBWB 2.0模型和I SRI-RRV 可准确表征长江流域水文干旱情势,量化人类活动对长江流域水文干旱状态时空演变特征的影响;19662015年长江流域水文干旱状态整体呈现恶化的趋势,但人类活动减少了1992年以来长江流域水文干旱面积占比;2006 2015年人类活动情景下长江流域的I SRI-RRV 明显高于自然情景,以水库调节为主的人类活动对长江流域整体I SRI-RRV 的提高贡献率较大㊂关键词:水文干旱;可靠性-回弹性-脆弱性框架;PCR-GLOBWB 2.0模型;人类活动;长江流域中图分类号:P339㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)03-0349-11收稿日期:2022-11-28;网络出版日期:2023-05-23网络出版地址:https :ʊ /kcms2/detail /32.1309.P.20230523.0848.002.html基金项目:国家自然科学基金资助项目(U2243203;52079036)作者简介:杨肖丽(1976 ),女,河北邯郸人,教授,博士,主要从事水文水资源研究㊂E-mail:yangxl@ 通信作者:任立良,RLL@ 干旱作为最复杂和频繁发生的自然灾害之一,对人类的生存环境造成了严重的影响,据统计全球不同地区每年因干旱造成的经济损失高达60亿~80亿美元[1]㊂长江流域作为中国最大的流域,受气候变化和人类活动干扰,径流量呈现出显著的下降趋势,发生干旱的频率㊁范围和强度均呈增加的趋势,造成了巨大的社会和经济损失,对流域水资源㊁粮食和生态安全带来了极大风险[2-3]㊂如2022年长江流域遭遇1961年有完整记录以来最严重的干旱,耕地受旱面积达4.42万km 2,约500万人用水困难[4]㊂随着城镇化㊁工业化的发展,流域取用水量的增加,水文干旱过程受人类活动的影响逐渐加大[2-3,5-9]㊂因此,厘清气候变化和人类活动影响下长江流域水文干旱的时空演变特征,定量评估人类活动对长江流域水文干旱时空演变状态的影响,对于制定缓解极端干旱的措施及管理计划,实现长江大保护战略具有重要的科学意义㊂表征干旱事件特征常用的干旱事件发生频次㊁历时和强度,无法反映干旱事件从发生到结束期间流域健康状态的变化,因此,无法确定干旱事件对流域的持续影响和干旱应对能力㊂Hashimoto 等[10]开发的可靠性-回弹性-脆弱性(Reliability-Resilience-Vulnerability,RRV)框架可以表征系统发生故障的频率(可靠性,Rel)㊁系统发生故障后恢复到令人满意状态的速度(回弹性,Res)和 不满意状态 对系统造成破坏的严重程度(脆弱性,Vul)[11],对量化风险指标具有明显的优势,为干旱事件影响的流域干旱状态评估提供了工具[12]㊂近年来,Zeng 等[11]㊁Hazbavi 等[13]将RRV 框架与标准化降水指数(SPI)㊁标准化蒸散发指数(SPEI)相结合,定量评估了不同地区的流域气象干旱的状态㊂RRV 框架通过流域应对干旱的可靠性,经历干旱事件后的恢复能力以及应对干旱的脆弱性[14],定量评估流域干旱状态的时空演变特征和流域或区域对干旱的350㊀水科学进展第34卷㊀响应,弥补了传统干旱指数的不足㊂但相关研究主要针对降水短缺的气象干旱[11,13,15]或以土壤水短缺表征的农业干旱[16],对以径流短缺为表现形式的水文干旱缺乏关注㊂能充分考虑人类用水与其他水文变量之间相互作用的PCR-GLOBWB(PCRaster Global Water Balance)2.0模型,通过水库调节㊁灌溉和用水模块模拟人类活动对产汇流的影响,可以量化人类活动对流域极端水文事件的影响[17-19]㊂鉴于此,本研究耦合PCR-GLOBWB2.0模型㊁标准化径流指数和可靠性-回弹性-脆弱性框架,构建长江流域水文干旱评估指标,综合考量水文干旱的频率㊁严重性和历时,定量分析人类活动对长江流域水文干旱状态的时空特征变化及影响机制,探究长江流域水文干旱状态的时空特征及归因,以期为长江流域极端干旱事件的应对和水资源规划配置提供科学参考㊂1㊀研究区与研究方法1.1㊀研究区概况长江流域位于24ʎ30ᶄN 30ʎ45ᶄN㊁90ʎ33ᶄE 122ʎ25ᶄE,总面积约180万km2,横跨中国西部㊁中部和东部三大经济区,流经19个省㊁自治区㊁直辖市,国内生产总值超过全国的40%㊂该流域处于亚洲季风气候区,水资源量较为丰富,多年平均径流量约9900亿m3,多年平均年降水量约1100mm㊂降水量时空分布不均衡,60%集中在夏季,从西部的约500mm到东部约2500mm㊂截至2020年,流域内有大㊁中型水库1700多座,其中2003年建成的三峡水库累计拦洪总量超过1800亿m3,补水总量为2894亿m3㊂基于长江流域1ʒ25万二级子流域分级数据集(http:ʊ),本研究将长江流域细分为长江干流流域㊁金沙江流域㊁岷江流域㊁乌江流域㊁嘉陵江流域㊁洞庭湖流域㊁汉江流域和鄱阳湖流域等8个子流域(图1)㊂图1㊀长江流域气象站㊁水文站和二级子流域分布Fig.1Map of meteorologic stations,hydrologic stations and sub-basins in the Yangtze River basin1.2㊀数据与方法1.2.1㊀数据本研究所用到的数据包括1966 2015年日降水和气温数据(https:ʊ/),长江流域9个水文站2006 2015年逐日径流量数据,长江流域2006 2015年年用水量(居民生活用水㊁工业用水㊁牲畜用水和灌溉用水)和年末水库蓄水量统计数据(2006 2015年长江流域及西南诸河水资源公报)㊂PCR-GLOB-WB2.0模型的参数主要包括气象驱动参数㊁土地覆盖参数㊁土壤参数㊁每层土壤的根系分数㊁地形参数㊁Arno方案(土壤水容量分布)指数㊁物候相关的参数㊁栅格土壤最大(最小)蓄水量㊁地下水参数和人类水管理参数[20](如非灌溉用水需求,自然水体和非自然水体)㊂㊀第3期杨肖丽,等:1966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因351㊀1.2.2㊀PCR-GLOBWB 2.0模型模型的空间分辨率为10km ˑ10km,能充分考虑人类用水与其他水文变量之间的相互作用,通过水库调节㊁灌溉和用水模块模拟人类活动对产汇流过程的影响[20-21],极大地提高了季节性㊁极端性和正常状态下的流量特性的捕捉能力,且能够再现大多数河流总蓄水量的时空演变趋势和季节性特征㊂1.2.3㊀标准化径流指数采用标准化径流指数(I SR ),假设一定时间内径流量符合某一概率分布,通过对径流进行正态标准化[22],评估流域水文干旱[23]㊂基于I SR 的水文干旱[24]可以分为轻旱(-0.5~>-1)㊁中旱(-1~>-1.5)㊁重旱(-1.5~>-2)和特旱(ɤ-2)等5个级别㊂本研究主要分析研究区干旱程度达到中旱及以上(I SR ɤ-1)的水文干旱事件㊂1.2.4㊀I SRI-RRV 评估指标基于模型模拟的I SR 和能够衡量流域系统性能的可靠性(I Rel )㊁弹性(I Res )和脆弱性(I Vul )的RRV 框架,本研究构建了长江流域的水文干旱评估指标,综合评价水文干旱事件发生频次㊁破坏深度以及恢复速度,定量描述流域一定时间段内水文干旱的状态[25]㊂其中,RRV 框架的计算过程如下[26]:I Rel=1N ðN t =1Z t (1)I Res =ðN t =1W t /ðN t =1Z t (2)I Vul=1N ðT t =1L obs (t )-L std L std (t )ˑH (L obs (t )-L std )[](3)式中:N 为分析的总时段数;t 为当前时段;Z t 为当前时段的状态,若当前时段处于满意状态,则Z t =1,否则Z t =0;W t 记录总时段内处于满意状态遭到破坏的次数,若Z t =1且Z t +1=0,代表1次连续破坏的开始,则W t =0,否则W t =1;L obs (t )为第t 个时段的I SR ,L std 为相应的I SR 阈值㊂H (x )为Heaviside 函数,x <0,H (x )=0;x ȡ0,H (x )=1,确保对脆弱性的计算仅限于不满意状态㊂几何平均数对个体变量的变化更敏感,可选择其计算I SRI-RRV 值[27]:I SRI-RRV =3I Rel ˑI Res ˑI Vul (4)式中:I SRI-RRV 为水文干旱评估指数,该指数越高,表明流域水文干旱状态的健康度越好,即满意度越高[28],I SRI-RRV =1则表明某个时段该地区水文干旱状态处于 好 的状态㊂2㊀结果与讨论2.1㊀模型精度评估本研究采用百分比偏差(B P )和均方根误差(E RMS )验证PCR-GLOBWB 2.0模型对人类取用水和水库蓄水量的模拟精度,采用纳什效率系数(E NS )和皮尔逊相关系数(R )验证人类活动情景下径流过程的模拟精度[29-30]㊂长江流域2006 2015年生活用水㊁工业用水㊁灌溉用水和水库蓄水量模拟值与长江水资源公报统计值对比结果表明,B P 均小于10%,工业用水模拟的E RMS 稍差㊂生活用水和灌溉用水的模拟精度最好,B P 分别为-0.71%和-0.42%,E RMS 分别为15.97亿m 3/a 和26.98亿m 3/a;工业用水的B P 为-9.58%,E RMS 为99.34亿m 3㊂2006 2015年年末水库蓄水量模拟值与统计值的B P 为6.9%,E RMS 为264.39亿m 3/a㊂9个水文站2006 2015年的观测值与人类活动情景下模型模拟值的E NS 和R (表1)表明,PCR-GLOBWB 2.0模型模拟的人类活动情景下的月径流的结果较好,E NS 均达到0.6以上,九江站㊁螺山站和大通站E NS 均大于0.8,R 均大于0.9,其结果可用于进一步分析长江流域水文干旱过程㊂352㊀水科学进展第34卷㊀表1㊀2006—2015年PCR-GLOBWB 2.0模型径流模拟精度Table 1Validation results of the PCR-GLOBWB 2.0model simulation for month discharge from 2006to 2015站点经度纬度E NS R 寸滩106.60ʎE 29.62ʎN 0.620.93万县108.42ʎE 30.75ʎN 0.720.91朱沱105.85ʎE 29.02ʎN 0.740.90宜昌111.28ʎE 30.70ʎN 0.660.85高场104.42ʎE 28.80ʎN 0.710.95九江116.05ʎE 29.73ʎN 0.820.95汉口114.28ʎE 30.58ʎN 0.790.94螺山113.37ʎE 29.67ʎN 0.850.94大通117.62ʎE 30.77ʎN 0.830.962.2㊀长江流域水文干旱的时空特征图2㊀长江流域及各二级子流域水文干旱面积占比Fig.2Proportion of hydrological drought areas in the Yangtze River basin 1966 2015年长江及各二级子流域自然情景和人类活动情景下每年干旱程度达到中旱及以上(I SR ɤ-1)水文干旱的面积在流域总面积中的占比对比图(图2)显示,长江流域历史时期极端干旱主要发生在1972年㊁1978年㊁1986年㊁2006年和2011年,这与‘中国气象灾害大典“和长江流域及西南诸河水资源㊀第3期杨肖丽,等:1966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因353㊀公报记录的长江流域历史旱情记录较为一致(表2),表明本研究所构建的I SR能很好地识别长江流域的水文干旱㊂表2㊀长江流域历史大旱实际文字资料记录与I SR识别水文干旱对照Table2Comparison of hydrological droughts between historical records and I SR calculateddroughts in the Yangtze River basin资料记载来源资料记载干旱年份资料记载干旱本文识别干旱范围‘中国气象灾害大典“1972年全国特大旱灾汉江流域㊁嘉陵江流域㊁金沙江流域㊁岷江流域1978年全国特大旱灾及高温洞庭湖流域㊁长江干流流域㊁嘉陵江流域㊁金沙江流域㊁鄱阳湖流域1986年长江中游地区旱灾及高温㊁江南旱灾洞庭湖流域㊁嘉陵江流域㊁岷江流域㊁鄱阳湖流域㊁乌江流域长江流域及西南诸河水资源公报2006年长江流域特大旱灾长江干流流域㊁金沙江流域㊁岷江流域㊁乌江流域2011年长江中下游和西南五省严重旱灾洞庭湖流域㊁长江干流流域㊁嘉陵江流域㊁金沙江流域㊁鄱阳湖流域㊁乌江流域㊀㊀1992年前自然情景下长江流域中度以上干旱发生面积小于人类活动情景,而1992年后则高于人类活动情景(图2)㊂二级子流域都呈现类似的规律,但在突变时间上略有差异,鄱阳湖流域最早(1973年),金沙江流域最迟(2000年)㊂长江中下游地区的洞庭湖流域㊁长江干流流域和鄱阳湖流域,人类活动对流域受旱面积的影响明显高于其他二级子流域㊂这可能与各个子流域人类开发利用的开始时间和强度有关㊂长江流域年代际水文干旱事件发生的频率㊁平均历时和强度时空差异性显著(图3)㊂2种情景下整个流域的水文干旱频率较低,历时多小于6个月,且以轻中度干旱为主㊂高频率的水文干旱主要发生在2006 2015年长江干流流域的上游及乌江流域,平均历时大于2个月,且多为平均干旱强度大于1的特旱㊂2.3㊀长江流域干旱状态时空演变特征I SRI-RRV年代际变化特征的时空分布图(图4)表明,长江流域和二级子流域的干旱状态的时空差异性显著㊂2006 2015年自然情景和人类活动情景下长江流域的I SRI-RRV比1966 1975年分别提升了4.91%和6.54%,但同期自然情景下部分二级子流域的I SRI-RRV均值均呈下降趋势,如汉江流域下降了3.28%,嘉陵江流域下降了0.04%,乌江流域下降了11.98%㊂人类活动改善了长江流域的水文干旱状态,扭转了自然状态下长江流域干旱状态的恶化趋势㊂1966 1975年,长江流域人类活动情景下的I SRI-RRV均值较自然情景低0.73%,仅有洞庭湖流域和长江干流流域人类活动情景下的I SRI-RRV均值高于自然情景,但相差较小(0.33%和0.36%);2006 2015年,人类活动情景下的I SRI-RRV均值比自然情景高1.68%,8个二级子流域中,仅有嘉陵江流域的人类活动加深了水文干旱状态的恶化,但是相较于1966 1975年,I SRI-RRV均值的恶化幅度由2.11%缩小至0.05%㊂图5对比了8个子流域2种情景下I Rel㊁I Res和I Vul均值㊂人类活动和自然情景下(图5中分别用N㊁H表示)可靠性指标在1966 1975年约为0.85和0.86,至2006 2015年分别提升了3.43%和1.99%,人类活动提升了可靠性的改善趋势㊂自然情景下各子流域的可靠性㊁回弹性和脆弱性变化趋势差异显著,汉江流域可靠性和回弹性指标均值分别下降了3.01%和6.64%,乌江流域可靠性㊁回弹性和脆弱性指标的均值依次下降了7.83%㊁23.45%和1.92%,其余的子流域则普遍呈上升趋势㊂人类活动对水文干旱的回弹性影响最为显著,2006 2015年人类活动情景下的回弹性均值比1966 1975年提高了近15.86%,而自然情景仅提升了9.20%㊂2种情景下水文干旱的脆弱性指标变化最小,分别提升了0.75%和0.64%㊂354㊀水科学进展第34卷㊀图3㊀1966 2015年长江流域的8个二级子流域水文干旱历时㊁频率与烈度特征箱线图Fig.3Frequency,duration and intensity characteristics of hydrological drought in eight sub-basins of the Yangtze River basin from1966to20152.4㊀干旱状态与人类活动相关性评价人类活动主要通过水库调度和取用水等影响河道径流,进而影响水文干旱的状态㊂据长江水资源公报统计,2006 2015年期间,长江流域年均水资源总量为9425.3亿m3,总耗水量由820.2亿m3增长至848.5亿m3,水库蓄水量由923.8亿m3增至1988.7亿m3㊂因此,本研究采用2种情景下I SRI-RRV的差值及其与水库蓄水量的相关分析,来计算人类活动(水库调节和人类取用水)对长江流域I SRI-RRV即水文干旱状态的影响程度(图6)㊂㊀第3期杨肖丽,等:1966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因355㊀图4㊀自然情景与人类活动情景下I SRI-RRV年代对比Fig.4Chronological comparison of I SRI-RRV under the natural and human scenarios㊀㊀2006 2015年长江流域整体的I SRI-RRV均值呈现波动上升的趋势,自然和人类活动情景下年尺度I SRI-RRV均值分别提升了27.15%和18.09%㊂流域年末水库蓄水量与2种情景I SRI-RRV均值差的相关系数R=-0.90,蓄水量与干旱状态呈显著的负相关㊂2种情景下I SRI-RRV均值差较大的年份的年末水库蓄水量也偏少,水文干旱也较为严重,表明长江流域的水文干旱状态受到水库调蓄的影响㊂三峡水库2003年6月开始蓄水,2006年10月蓄水156m,将1996 2015年三峡水库下游的宜昌站的径流过程划分时段Ⅰ(1996年1月至2003年6月)和时段Ⅱ(2006年11月至2015年12月)进行对比(图7)㊂时段Ⅰ人类活动对宜昌径流的影响较小,人类活动对月径流的改变率为-0.81%~1.37%;时段Ⅱ内人类活动削减洪峰和补充枯水期径流的能力提升显著,水库调节于4 7月削减径流,使得6月削减径流幅度最大,年均约2.31%,于10 2月补充径流,12月补充径流的幅度最大,年均约4.19%㊂Chai等[31]发现在三峡水库2003年建成后出现了 旱季流量偏大,汛期流量偏小 的现象,2011年三峡水库缓解水文干旱的能力明显高于2006年㊂据统计,2006年和2011年大旱中,三峡水库分别向下游补水约35.8亿m3和215亿m3,有效缓解了长江中下游发生的旱情[32],表明人类活动(尤其是水库调度)对水文干旱状态有着显著的影响㊂356㊀水科学进展第34卷㊀图5㊀自然情景和人类活动情景下长江流域I Rel㊁I Res和I Vul均值热点图Fig.5Heat map of average I Rel,I Res and I Vul in the Yangtze River basin under natural and human scenarios图6㊀长江流域2006 2015年大型水库蓄水量与平均I SRI-RRV指数变化Fig.6Changes of water storage and I SRI-RRV of large reservoirs in the Yangtze River basin from2006to2015㊀第3期杨肖丽,等:1966 2015年长江流域水文干旱时空演变归因357㊀图7㊀1996 2015年宜昌站自然情景与人类活动情景下月平均径流对比Fig.7Comparison of monthly discharge under two scenarios at Yichang station from1996to20153㊀结㊀㊀论本研究耦合考虑人类活动对水文过程影响的PCR-GLOBWB2.0模型和水文干旱评估指数,定量评估了长江流域水文干旱状态的时空变化特征,探究了水库调节和人类取用水等活动对长江流域水文干旱事件发生频次㊁破坏深度以及恢复速度的影响,主要结论如下:(1)人类活动影响了长江流域水文干旱的时空变化特征,1966 1985年人类活动情景下水文干旱事件的面积占比高于自然情景,1985 2015年人类活动减少了长江流域水文干旱的面积占比㊂(2)长江流域的水文干旱状态在自然情景下呈现恶化的趋势,人类活动小幅改善了干旱状态,大幅提升了从不满意状态恢复的速率(回弹性)和减缓处于满意状态概率(可靠性)的下降趋势㊂(3)2006 2015年,人类活动情景下长江流域的水文干旱状态明显高于自然情景,水库调度是长江流域水文干旱状态改善的重要原因之一㊂参考文献:[1]周帅,王义民,畅建霞,等.黄河流域干旱时空演变的空间格局研究[J].水利学报,2019,50(10):1231-1241. 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近50年来长江-黄河源区气候及水文环境变化趋势分析
生态环境 2004, 13(4): 520-523 Ecology and Environment E-mail: editor@基金项目：国家自然科学基金项目（40301010，40371026）作者简介：谢昌卫（1973－），男，博士研究生，主要从事寒旱区水文与水资源研究。
E-mail: xiecw@ 收稿日期：2004-06-24近50年来长江-黄河源区气候及水文环境变化趋势分析谢昌卫，丁永建，刘时银中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，甘肃 兰州 730000摘要：对长江、黄河源区12个台站近50年来的温度、降水资料分析表明，近50年来长江源区平均升温0.61 ℃，黄河源区平均升温0.88 ℃；长江-黄河源区降水量在经过上世纪80年代高峰期后90年代呈现明显下降趋势，东部地区降水量减幅大于西部地区；在总体气候向暖干变化的同时，区域内春末夏初和冬季部分月份近50年来气候朝暖湿化方向发展。
径流量在上世纪90年代呈现出较强的枯水期，然而由于气候变暖加剧了冰雪的消融，以冰雪融水补给为主的河流在温度升高的气候背景下径流量出现了较大幅度的增长。
伴随着温度的升高和降水量的波动变化，近50年来区域内呈现出冰川、冻土加速消融，湖泊、沼泽疏干退化加剧的趋势。
关键词：气候；水文环境；长江-黄河源区中图分类号：X14；X16 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2004）04-0520-04举世闻名的长江、黄河两大流域，是中华文明的摇篮，也是中国经济和社会发展的重心与纽带。
过去几十年来，长江、黄河源区水文与生态环境已发生了显著变化，主要表现是冰川后退、冻土退化、湿地干化、湖泊萎缩，这些与水文条件密切相关的环境要素的变化，导致的直接结果就是土地沙化范围扩大，土壤严重裸土化，草地明显退化[1]。
长江、黄河源区生态环境的变化已引起人们极大关注，位于青藏高原的“江河”源区已成为人们关注的重点区域之一。
深入分析长江、黄河源区近50年来气候和水文环境的变化，是明确区域内生态环境变化趋势的关键。
长江宜昌站径流变化过程分析
第34卷第12期2012年12月2012，34（12）：2306-2315Resources ScienceVol.34，No.12Dec.，2012收稿日期：2012-04-25；修订日期：2012-08-21基金项目：国家自然科学重点基金（编号：50939003）；华东师范大学河口海岸学国家重点实验室开放基金（编号：SKLEC201205）；九江学院博士科研启动基金（编号：8869209）。
作者简介：赵军凯，男，河南新郑人，博士，主要研究方向为水文水资源。
E-mail ：junkaizhao@ 通讯作者：李九发，E-mail ：jfli@文章编号：1007-7588（2012）12-2306-10长江宜昌站径流变化过程分析赵军凯1，李九发2，戴志军2，王一斌2，张爱社1（1.九江学院生命科学学院，鄱阳湖生态经济研究中心，九江332000；2.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海200062）摘要：采用长江流域宜昌、寸滩和武隆站长系列水文资料，借助Mann-Kendall 统计分析、dbN 小波分析、径流集中度与集中期等方法对宜昌站几十年来径流量年际和年内变化，尤其是三峡工程运行对宜昌径流变化的影响进行了分析。
结果表明：近60年来宜昌站径流汛期有显著减少趋势，枯季则有不明显增加趋势，年内分配比例也发生了变化，在2000年-2010年时段表现最明显；2000年后，宜昌站2月（径流量最小月）和10月（汛期末端）径流有突变现象，径流跳跃点（2006年）恰好与三峡水库二期蓄水时间一致。
径流变化的时空分析结果证实，三峡工程运行加剧了长江上游径流汛期减少与枯季增加的趋势，使年内分配差异减小。
枯季水库增泄发电使同期坝下游径流量增加，保证了中下游枯季基流量；汛末蓄水使同期坝下游长江径流量减少，可能使枯水年中下游提前进入枯水季节；这必将对长江中下游地区的水资源利用乃至生态环境产生深远影响。
关键词：长江；宜昌水文站；三峡工程；径流量；洪枯季；统计分析方法1引言长江是我国第一大河，以径流量大而著称于世。
水利学报-基于分布式水文模拟的干旱评估预报模型研究20090620【范本模板】
基于分布式水文模拟的干旱评估预报模型研究许继军1杨大文2（1 长江委长江科学院，武汉,430010；2 清华大学水利系水沙科学国家重点实验室，北京，100084)摘要：考虑到干旱成因众多、影响广泛,且是一个复杂的气象水文过程，本论文从流域水文循环角度，以长江上游为例，利用数字高程、气象水文、土壤植被和土地利用等地理信息数据，采用机理性分布式水文模型来模拟水文过程各环节，获取各项气象水文要素。
继而依循PDSI干旱模式原理，建立相对机理性的干旱评估预报模型GBHM-PDSI。
通过对2006年重庆地区严重干旱事件的模拟应用，结果表明：该模型不仅能综合地评估旱情等级，而且可以定量地描述干旱的发生、发展直至结束过程，在表现旱情的地区差异和随时间的演变过程等方面具有优势，且能够结合气象信息对旱情发展进行推演预报。
关键词:干旱评估预报模型，分布式水文模型， PDSI，长江上游, 2006年重庆旱灾1研究背景干旱缺水已经成为制约我国经济社会可持续发展的重要因素之一。
我国历史上旱灾频繁,然而目前出现的新趋势却更加令人忧虑：以往旱灾多以华北、西北为主，而近年来江南、华南、东北等传统多雨湿润地区也频繁发生季节性的严重干旱。
全国几乎所有省份，这几年来几乎没有不发生过干旱的，且旱灾损失呈增加趋势。
即使是一些南方湿润地区，局部旱灾损失甚至大于洪灾。
这几年干旱造成的损失之所以严重，气候变化引起的局部降水偏少是起因，但也与水利基础设施配套不全,农业生产技术落后，难以抵御自然灾害的现状有关。
此外,干旱预报和预警的技术工作跟不上，也是一个重要的不利因素。
相对于洪涝灾害研究而言，我国在干旱方面的基础研究还比较薄弱，尚不能为抗旱减灾工作提供有力的科技支撑。
这其中有两点不足：一是对旱灾成因条件和灾变过程机制缺乏认识，没有制定针对性强、科技含量高的干旱防治规划和应急预案；二是在干旱评估模型和预报技术上还不成熟,只能依赖于气象预报，还没有建立专业的干旱预报和灾情预警体系。