石羊河流域径流变化及归因分析

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在全球变暖和人类活动加剧的背景下,近年来河川径流在时空特征上均发生了显著变化,这种变化直接影响流域水资源的开发、配置、管理与利用。定量评估气候变化和人类活动对径流的影响有助于更好地理解水文过程变化机制,对区域水资源的科学合理利用及可持续发展具有重要意义。因此,本文基于1961-2018年石羊河流域径流观测数据对上游、各支流及中下游径流变化特征进行分析,并基于改进后双累积曲线法对气候变化和人类活动对径流的影响进行量化分析,以期为流域未来水资源科学管理和综合治理政策制定提供理论支撑。结果表明:(1)不同时间尺度径流变化特征:年代际尺度上,上游出山径流呈微弱增加趋势,各支流中,流域最西部的西大河与东大河为显著增加趋势,最东部的古浪河与大靖河为显著减少趋势,其余河流变化趋势不显著。中下游径流呈减少趋势。季节尺度上,上游出山径流春夏季呈减少趋势,秋冬季为增加趋势,且冬季增加趋势显著。各支流,除冬季均为增加趋势外,其余季节变化趋势不完全一致。中下游径流在春夏秋季均表现出整体减少,局部先减后增的趋势,冬季呈显著减少趋势。年内分配不均匀程度上,上游大于中下游,上游呈不显著下降趋势,中下游呈显著上升趋势。(2)气候和人类活动变化特征:气候变化方面,石羊河上游、各子流域及中下游年降水量均为增加趋势。上游整体及中下游增加趋势不显著,各子流域中,除古浪河流域和大靖河流域外,其余增加趋势也不显著,增加速率呈现出西部五个子流域低于东部三个子流域。上游、各子流域及中下游气温和潜在蒸散发量均呈显著升高趋势。人类活动方面,上游和中下游人口在20世纪初期之前均呈快速增加趋势,此后趋于稳定;GDP在20世纪初期后呈爆发式增长;上游有效灌溉面积在1990s-2000s呈快速增加趋势,此后有所降低且趋于平稳;中下游有效灌溉面积在20世纪90年代后呈快速波动增加趋势。(3)基于改进后双累积曲线法(IDMC)定量评估结果显示,气候变化和人类活动对上游径流变化贡献率分别为181.45%和-81.45%,中下游分别为-28.45%和128.45%。各支流中,流域西部的西大河、东大河、西营河、杂木河受人类活动影响较小,而流域东部的金塔河、黄羊河、古浪河及大靖河受人类活动影响较大。对比改进前后双累积曲线法计算结果,发现金塔河流域改进前计算结果与实际情况不相符,其余支流的值也有一定差异,这与未改进方法只考虑降水有关。相比之下,改进后的双累积曲线法综合考虑气候因子中降水与蒸发对径流的共同影响,更完善、更合理、更精确。通过对有效降水量、土地利用变化、人口、GDP、有效灌溉面积和库容系数等指标的进一步分析,发现上游产流区径流变化主要受气候变化影响,东西支流差异较大,中下游径流变化主要受人类活动影响。(4)石羊河上游产流区各支流人类活动对径流影响差异较大,在未来治理过程中,应充分考虑各支流具体情况,合理优化配置土地资源,进一步提升生态系统水源涵养能力;中下游径流的变化主要受人类活动的影响,在未来社会经济发展过程中,应进一步加强人们的节水意识,提高水资源利用率,不断推进节水型社会的建设,保障整个流域社会经济和生态环境的协调可持续发展。
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