径流过程的特征结构的变化在气候变化和人类活动的影响下和贡献的分解率的影响因素

文摘

径流结构及其影响因素的研究在Xilinhe流域不仅为经济发展提供了不可或缺的基本数据,但也有长期草原保护意义。基于Xilinhot水文站的径流数据从1960年到2010年,每天的周围三个气象站的气象数据从1960年到2010年,本文计算了潜在蒸散与笔者的公式和使用Mann-Kendall和佩蒂特是诊断的径流特征值分布的可变点。累积量斜率变化率方法用于定量分析气候变化和人类活动的贡献率不均匀分布系数和完整的径流年内调整系数。结果表明,(1)月度分布Xilinhe流域径流的显然是“双峰”,和不均匀系数,完成调整系数,和2000年代浓度明显高于60 - 90年代。(2)1998年,不均匀分布的系数Xilinhe流域的径流和完整的调整系数显示突然变化。(3)气候变化和人类活动贡献了11.48%和88.52%,9.35%和90.65%的不均匀分布系数和完整的调整系数,分别Xilinhe流域的径流。人类活动的变化的主要驱动因素是Xilinhe河流域的径流分配。

1。介绍

径流是水文学的重要组成部分,也是对地表水资源的研究至关重要。径流的变化通常可以分为数值径流的变化(1- - - - - -9和径流过程中结构变化10]。近年来,受气候变化和人类活动的影响,一系列生态问题出现在河流径流,如径流减少,河流的收缩,下游河流的干涸11- - - - - -14]。因此,研究径流变化在气候变化和人类活动的影响具有一定的现实意义。目前,大多数研究集中在数值变化的径流在气候变化和人类活动的影响。例如,你et al。1]研究了秦岭山脉Bahe流域径流的变化及其影响因素进行了分析。侯et al。2]研究了渭河径流的变化在过去50年,认为人类活动是其径流减少的主要原因。他等。3)的贡献率研究气候变化和人类活动对径流的变化在黑河上游和中游。有相对较少的研究径流变化的结构。径流结构由径流年内分配也发生了相应的变化在气候变化和人类活动的影响。径流年内分配不仅是干旱和洪水密切相关,而且用水部门,密切相关的,并提供了不可或缺的基本数据为国民经济的发展(15- - - - - -18]。目前,少数研究年度分布特征的变化的径流19,20.),很少有对河流径流的变化分布特征在气候变化和人类活动的影响下只有黄等。15)的贡献率定量研究降雨,潜在蒸散,人类活动在渭河流域径流的浓度和不均匀系数。然而,不同的盆地有不同的水文响应气候变化和人类活动。Xilinhe河流域是典型的草原分水岭,和研究这一领域的分布特征是草原保护具有重要意义。

2。数据来源和研究方法

2.1。概述研究的区域

如图1Xilinhe河来源于12个湖泊包括Aolun Kashkten赤峰市的旗帜。它流经的中央部分Xilin高尔联盟的总长度205公里,覆盖1 - 5公里的山谷和排水面积6263平方公里。河上游的Xilinhe去Cunisuman流经丘陵地区。河道异常弯曲,从东到西。一般的河谷是1公里宽,河水1/150-1/400课程。下面Cunisuman中下游。河向北,形成流域之间有沼泽。河谷是2 - 5公里宽,河的部分,它可以是一样宽8公里。河道是减少1/500-1/1000最后进入Baiyinnur湖东部Ujumqin气。

2.2。研究数据

摘要数字高程模型(DEM)是1公里分辨率SRTM DEM数据的全球土地覆盖基金(http://www.glof.gov)。气象数据取自中国气象数据共享服务网络(http://cdc.cma.gov.cn)。由于稀疏分布的气象和水文站点Xilinhe流域,本文选择了每日气象数据从1960年到2010年从3 Xilinhot站的气象监测站Xilinhe流域和周围Abaga气车站和林溪站和Xilinhot水文站(如图1),气象数据包括降雨、温度、最高温度、最低温度、相对湿度、风速、日照时数,所有数据都通过了一致性测试95%的信心。潜在蒸发书法家的计算公式。利用ArcGIS空间插值方法,平均年降水量和平均潜在蒸发盆地中,径流的月度和年度值,降水和潜在蒸发是加法每日获得的值。

2.3。研究方法

不均匀分布的计算公式系数( )和完整的调整系数( )年期间的气象和水文分布(19,20.)如下:

在哪里月径流、降雨和蒸发;是月平均径流、降雨和蒸发。从公式可以看出,越高价值、月径流之间的差异越大,降水,蒸发在这一年中,意味着更多的年径流的不均匀分布,降水和蒸发。计算公式(19,20.完整的调整系数的径流的分布,降雨,年内和蒸发如下:

径流的浓度是一个指数来反映年径流的浓度和浓度的时期是一个重要的指标来反映最大径流发生时的时间。它把每个月的径流作为一个向量,月径流的大小表示向量的长度,和月它位于代表的方向向量。的月平均径流由12个月的月平均了,月是用作计算周期。以来的总天数不同月份不同,每个月必须广义,意味着治疗一段时间,一年被认为是一个圆和0°1月径流的向量。30°等角的差异表明径流从2月至12月的位置。如果月径流中的分解为组件和方向,向量组成的和方向和总和向量(21,22的月径流可以表示如下:

在哪里和月径流的大小和方向;R_x和R_y复合向量在吗和分别为方向;复合的总向量和 。集中程度和浓度定义如下:

2.3.1。变异测试

变异测试分析采用Mann-Kendall和佩蒂特,非参数检验推荐由世界气象组织(WMO)。有时使用Mann-Kendall等级测试方法检测大量的突变点,可能有错误的点,所以本文采用m k和佩蒂特突变研究径流年内分配序列的识别真正的序列的突变点位置。

2.3.2。比较法的累积量斜率变化率

假设之前和之后发生了突变,累积径流之间的线性关系的斜率coefficient-year线性关系和(单位:108³/);的斜率累积降水分布coefficient-year线性关系和(单位:毫米/ a)和贡献率降水因子径流变化(单位%)可以表示为23,24]

同样,累积潜在蒸散之间的线性关系的斜率突变年前后分布coefficient-year线性关系和(单位:毫米/ a)。潜在蒸散径流变化的贡献率(单位:%)可以表示如下:

的贡献率高于气候因素,根据水量平衡原理,减少人类活动对径流的贡献(单位%)可以表示为

气候变化和人类活动的贡献率充分调整年度径流系数分布可以以同样的方式计算。

3所示。结果与讨论

3.1。月径流年内分配的变化

如图2的分布特征Xilinhe河流域年径流从1960年到2010年呈现明显的“双峰。“从12月到明年2月的第二年,由于冰冻径流基本降至零。从春天开始,随温度上升,径流逐渐增加,4月份达到最大,约占年径流量的33%。之后,径流逐渐减少和增加从夏天开始8月第二高峰,约占年径流量的13%。这主要是因为Xilinhe河地区,冬天,寒冷而snow-rich只有4月后开始热身,当大量的表面冰雪开始融化在阳光下。因为土壤中的温度仍比表面温度低,土层仍冻结,这使得它很容易融化的水渗透到土壤层,导致大量融雪水流入河流,形成春汛[25]。随着土壤温度上升可能,融雪水开始渗透,径流减少。6月到8月通常见证最丰富Xilinhe流域降雨,达到61%的年降雨量;因此,第二个峰值。在10月中旬之后,Xilinhe流域进入冰冻期。

3.2。年径流分布的统计特征

为了进一步研究的特点在Xilinhe河流域径流分布,统计分析了不均匀系数,完成调整系数、浓度,浓度,径流和相对变化范围,结果如表所示1。流域径流的不均匀系数和完全调整系数在2000年代是最大的,其次是在80年代。径流不均匀系数和完全调整系数在60年代- 70年代和90年代是较小的。径流集中的最高浓度发生在2000年代,随后在80年代,60年代是最小的一个。原因是2000年左右,Xilinhot城市(占流域面积的63.9%)发展迅速。越来越多的人来到这座城市随着经济的咆哮,更开发地下水来满足需求增加表面水喝,改变长期径流分布格局为主要控制因素与自然因素。从变化的角度集中期,最大径流从60年代到80年代发生在4月,和最大径流在90年代的注意力时间现在是7月。的主要来源在Xilinhe流域径流补给冰雪融化和大气降水。冰雪的融化主要从4月开始,往往会形成大量的地表径流。7月是一年中最多雨的季节,往往会形成大量的地表径流。 However, the maximum runoff occurred in May during the 2000s’ concentration period. The above situation also shows that especially after the 2000s, the increasing human activities seriously affected the runoff distribution.

3.3。诊断的变异点的不均匀分布系数和完全调整年径流系数分布

如图3,m k测试用于检查的不均匀系数分布Xilinhe流域径流的突然变化。结果表明,有三个十字路口在佛罗里达大学和乌兰巴托径流系数不均匀分布的1963年,1966年和1998年。为了验证突变,本文应用佩蒂特方法进行进一步的测试。佩蒂特法试验结果表明,突变只发生在1998年,和是 ,和试验结果是显著的。的m k测试结果年内全面调整系数的分布表明,超滤和乌兰巴托只有一个交点,并进一步测试,佩蒂特显示方法是 ,和试验结果是很有意义的。如图4,这表明1998年的突变点分布不均径流系数和完整的调整系数。从表2,我们可以看到,不均匀系数和完整的调整系数的年径流分布突变。前的平均值和变异系数小于突变,突变。可以看出,在这个盆地径流的年际变化大幅增加,干旱和洪水的风险增加;这是不利于水资源的使用。

3.4。定量分解的贡献率,气候变化和人类活动的变化分布特征的径流

以1998年为转折点,Xilinhe流域的intra-annual径流分布特征值分为两个时期,1960 - 1998和1998 - 2010和线性回归分析进行累积径流之间的不均匀系数和完全调整系数(请参见图5和6详情)。可以肯定地说,年度分布流域径流的变化从1960年到1998年基本上是受气候变化的影响人类活动的轻微影响。之后,变化受气候变化和人类活动的影响。自1998年以来,人类活动大大扩大的盆地。从数据5- - - - - -10和表3,我们可以看到的斜率突变径流分布系数和完整的调整系数年内大于之前的变化,而降水和潜在蒸散的斜率变化后的全面调整系数小于之前的突变。此外,不均匀分布的变异系数和完整的斜率调整在年径流系数远高于降水和潜在蒸散。根据公式(9)- (11),气候变化和人类活动的贡献率的变化分布特征Xilinhe河流域径流的可能,结果如表所示4。从表可以看出4人类活动的相对贡献率的不均匀分布系数和径流年内的全部调整系数远远大于气候变化。潜在蒸散抑制的不均匀分布系数和完全调整系数径流年内,和降雨量加剧。的主要原因是人类活动的径流年内分配的变化通过改变水循环的一部分。

4所示。结论

(1)Xilinhe流域的月径流分布极其不均匀时,不均匀分布系数最高的2.21(2005),和径流主要集中在4月到9月。从季节性变化的角度,径流主要集中在夏季,而零径流在冬天。的分布特征,径流年内显然是“双峰”,这是不同的单峰特征年径流分布Yingluoxia [19和Kaidu流域20.]。这主要是由于热敏感表面的融化造成太阳辐射产生的潜热和蒸发和温度差异在四月雪和大气。但由于土壤的渗透性冷冻后还没有完全恢复很长一段时间,底层表面的渗透性弱于融雪径流,造成的“第一高峰”(2)从分析结果可以看出统计特征的径流年内分配不均匀系数,完成调整系数、集中程度,和浓度从60年代到90年代与微小的变化相对稳定。最大径流发生在4月或7月,恰逢月径流年内分配。不均匀系数,完成调整系数,和2000年代的浓度明显高于那些在1960年代- 1990年代异常浓度。径流过程的综合作用的结果,气候变化和流域的下垫面。径流水文观测站的观测显示结果受到气候变化的影响,土地利用变化、水量调节,和水水利工程。大约在2000年,Xilinhot城(约占流域面积的63.9%)蓬勃发展有明显扩张,改变土地利用模式和加强地表水饮用和地下水开采。这改变了长期径流分布格局为主要控制因素与自然因素。广泛的人类活动影响径流年内分配,使人类控制更难(3)不均匀分布系数和完整的调整在年径流系数,结合Mann-Kendall和佩蒂特后,显示一个时间序列变化的序列,都发生在1998年。气候变化和人类活动贡献了11.48%和88.52%,9.35%和90.65%的不均匀分布系数和完全调整Xilinhe流域的径流系数,分别。人类活动变化的主要驱动因素是Xilinhe流域径流的分布。人类活动的贡献率的年度分布径流分析包括存储管理水利工程,工业用水量和土地利用类型的变化。由于缺少相关的详细信息和因素之间的复杂的相互作用,如何进一步定量分解的影响这些因素的分布特征,径流年内仍然具有挑战性的研究,呼吁在未来进一步讨论

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. x p, h . y .呗,问:l .侯”在秦岭山脉Bahe流域径流变化及其影响因素,”资源科学,34卷,不。7,1298 - 1305年,2012页。视图:谷歌学术搜索
2. 问:l .侯h . y .呗,y y任,“径流变化分析渭河干流的和相关的驱动力在过去的50年里,“资源科学,33卷,不。8,1505 - 1512年,2011页。视图:谷歌学术搜索
3. x问:他,张b和l . w .太阳,“贡献率的气候变化和人类活动对径流在黑河流域上游和中游,”中国《生态学杂志》没有,卷。31日。11日,第2890 - 2884页,2012年。视图:谷歌学术搜索
4. z s·陈,陈y . n和c . c .徐”变化趋势和预测的年径流塔里木河干流区域的近50年,”干旱的土地地理位置,卷1,43-51,2011页。视图:谷歌学术搜索
5. j .问:李、陈y . n和w·h·李,“降水和径流的变化特征的中小型河流北天山山前:径河,”干旱的土地地理位置,33卷,不。4、615 - 622年,2010页。视图:谷歌学术搜索
6. j.y.张、g .问:小王和j·l·金”的进化和变异特征记录了中国的主要河流径流在1956 - 2018年期间,“水科学进展没有,卷。31日。2、153 - 161年,2020页。视图:谷歌学术搜索
7. j.y.张保z . x, x l .严et al .,“定量评估引起的径流变化的归因在海河流域的四个因素,”水科学进展第41卷。。11日,16-23,2020页。视图:谷歌学术搜索
8. 高x h . x和y高”,研究沉积物和无定河流域径流变化,“接地水,42卷,不。6,167 - 169年,2020页。视图:谷歌学术搜索
9. l . i苗族y . a . n . Si-rui l . i羌族,z h·a·n·g . Jun-long和y . a . n . Xiao-min”分析水流过程应对极端气象白洋淀流域的干旱,中国“环境工程,38卷,不。10,14到20,2020页。视图:谷歌学术搜索
10. x j .你x h·陈,l·h·张“年度流速及流水量分配不同的时间间隔识别,”生态与环境科学,20卷,不。1,第123 - 119页,2011。视图:谷歌学术搜索
11. m·帕尔默和a . Ruhi”流态之间的联系、生物和生态系统过程:对河流恢复,”科学的信,卷365,不。6459年,第9111 - 1538页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 问:刘、马x燕,l .梁j .锅和j .张“水文极端气象干旱事件:复苏滞后影响生态需水量,”水,12卷,不。3,p。837年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. m . Saft m . c .皮a . w .西方人类。Perraud, l .张“偏见的流速及流水量预测由于流域的气候导致的变化反应,”《地球物理研究快报,43卷,不。4、1574 - 1581年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. t . Apurv m . Sivapalan x Cai,“理解干旱气候特点传播的角色,”水资源研究,53卷,不。11日,第9329 - 9304页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. s . z挂黄,和y . m . Wang“径流季节分布和变化贡献率的分解影响因素在渭河,”地理的进展,33卷,不。8,1101 - 1108年,2014页。视图:谷歌学术搜索
16. g . e . Petts m·a . Bickerton和c·克劳福德,“流程管理来维持groundwater-dominated流生态系统,”水文过程13卷,第513 - 497页,1999年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. d·m·汉娜b·p·g·史密斯和a . m .格内尔,“自记水位计分类方法,”水文过程,14卷,第338 - 317页,2000年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. a·c·Disalvo s c·哈特,“气候和流量控制在西部山区河岸森林树木生长,”环境管理,30卷,不。5,678 - 691年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. 问:l .郭、杨y s和x y . Chang“黑河径流的年变化在1957 - 2008年期间,“地理的进展,30卷,不。5,550 - 556年,2011页。视图:谷歌学术搜索
20. 和x m . j .雪l . h . Li Li”年度降水和径流的分布和变化的同步性Kaidu流域,”干旱的土地资源和环境杂志》上,28卷,不。12日,第104 - 99页,2014年。视图:谷歌学术搜索
21. 张l . j . y . f .钱,“年度中国降水的分布特征及其年际变化,“Meteorologica学报,17卷,不。2、146 - 163年,2003页。视图:谷歌学术搜索
22. 李x m . f .问:江,l·h·李”时空变异性的降水在新疆市场集中度和集中期,中国,“国际气候学杂志31卷,第1693 - 1679页,2011年。视图:谷歌学术搜索
23. y . c . s . j . Wang Yan, m .严”贡献的降水和人类活动对径流变化的Huangfuchuan流域:应用比较方法的斜率变化的比例,”Geographica学报,卷67,不。3、388 - 397年,2012页。视图:谷歌学术搜索
24. 和m . l . s . j . Wang Li Yan,“气候变化的贡献和人类活动对径流变化在黄河流域,”Geoeraphical研究,32卷,不。3、395 - 402年,2013页。视图:谷歌学术搜索
25. c . y .段、张s和j·r·李”分析和模拟降雨径流特征不同水文年径流的Xilinhe河在内蒙古SWAT模型的基础上,“水土保持的研究,21卷,不。5,292 - 297年,2014页。视图:谷歌学术搜索

版权

版权©2021小袁歌曲等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。