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变化环境下洞庭湖水沙演变特征检测与归因分析

谭芬芳  
【摘要】:湖泊是内陆的大型水体,对湖泊所在区域乃至全球的自然生态环境具有调节作用,对维系该区域的生物多样性具有重要意义,因为它为各种生物提供了赖以生存的场所和必须的水资源,同时对人类社会具有重要的社会经济效益。受到全球气候变化和人类活动的影响,大部分湖泊面临着萎缩的困境,也正是由于湖泊的重要性和目前面临的严峻处境,湖泊水文变化的研究一直是国内外学者的研究热点之一。洞庭湖作为我国的第二大淡水湖,是长江中下游流域重要的调蓄性湖泊,同时对湖南省及其周边省份具有重要的社会经济意义。过去几十年由于人类活动和气候变化,湖泊的特征(如水沙关系等)发生了较大的变化,湖泊原有水文规律被打破。因此,以长时间序列的水沙数据为基础,对洞庭湖的水沙演变特征及水沙变化的归因进行贡献率分离,对制定新形势下的洞庭湖水资源的合理开发利用、保护资源环境措施,以及优化水利工程调度方案具有十分重要的意义。本研究以1951-2014年的洞庭湖10个重要水文站的逐月平均径流量和逐月平均输沙量以及区域内和周边地区19个重要气象站50多年的逐年降雨数据为基础,采用变差系数比对、Mann-Kendall趋势及突变检验法、滑动T检验法、morlet小波以及累计量斜率变化率比较法等方法,从多时间尺度及空间上分析了洞庭湖水沙演变特征,在此基础上,定量分离出以降水和水利工程为标志的气候波动与人类活动对洞庭湖水沙演变过程的各自贡献率。主要研究结果如下:(1)在全球气候波动剧烈和人类活动加剧的背景下,洞庭湖区以湖泊面积缩小、荆南三口断流时间长,且入湖分流分沙量逐期减少;长江中上游水利工程相继活动、湖南四水流域大型水库群运行为标志的环境变化,改变了洞庭湖的水沙量及水沙输送过程。(2)洞庭湖水沙时空分布不均,4-9月份是产流、产沙高峰期,汛期多年入湖平均径流量占多年入湖年均径流量的79.96%,多年入湖平均输沙量占总量的92.02%;荆南三口、湖南四水和城陵矶径流量的年际变化的绝对比率达到了11.87、2.58、3.53,而输沙量的年际变化绝对比率达到了184.7、24.58和7.57;三口占洞庭湖入湖径流量的31.78%,四水占68.22%,而输沙量三口占了入湖总量的81%,四水仅占19%。(3)洞庭湖的入出湖径流量与输沙量都呈现明显下降的趋势,入湖与出湖径流量的突变年份分别为1977年和1975年,入出湖的输沙量的突变年份为1980年和1970年;入湖径流量与出湖径流量周期保持一致,都存在4年、9年、25年和32年的周期,而入湖输沙量的周期有4年、10年和24年,出湖输沙量的周期分别有6年、12年和26年的周期尺度。(4)与基准期1960-1966年相比,1967-1973年1974-1980年、1981-2014年降雨量对洞庭湖径流量变化的贡献率分别为11.28%、6.83%、0.84%,人类活动对径流量变化的贡献率分别为88.72%,93.17%,99.16%,表明以水利工程为标志的人类活动对入湖径流量减小的影响程度最大。


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