基于相似气候特征分析的人类活动对延河流域水沙变化的影响

【摘要】： 人类活动对河流水沙变化影响的定量评价是目前地学热点问题。河流径流和泥沙变化受气候因素和地表活动综合影响,由于短期内地貌、土壤特征和天然植被变化很小,根据水平衡原理和黄土区以超渗产流为主的水文特性,在相同气候(降水量与潜在蒸发量)条件下,河流水沙变化是人类活动作用的结果。 本研究以位于黄土高原丘陵沟壑区,水土保持等人类活动频繁的延河流域为研究区,以1952年到2001年延河甘谷驿水文站逐月实测径流量、输沙量和降水量以及流域及其周边15个气象观测站点的逐月实测气候资料为基础,采用Penman - Monteith方程计算了延河流域逐月潜在蒸散量。选择降水量相似(降水量差异3%),降水过程相似(逐月降水量序列相关显著性水平0. 05)和潜在蒸散量相似的气候条件相似时段,并计算了相似气候条件下不同时间的径流量和输沙量差异,定量评价人类活动对延河水沙变化的影响。主要研究结果如下: 1延河径流与泥沙特征。延河年径流量在1. 1×108~5. 0×108m3之间波动,多年平均值2. 1×108m3,年际变化较大(变异系数0. 339)。年输沙量在0. 079×108~1. 8×108t之间波动,多年平均值0. 46×108t,年际变化大于径流量(变异系数0. 756)。径流量和输沙量的年内分配很不均匀。输沙量的年内分配更为集中,汛期(5~9月)输沙量占全年的99. 6%。汛期径流量占全年的66. 7%,但在3月的径流量径流量出现小峰。 2降水与蒸发特征;延河流域年降水量在259. 9~853. 7mm之间波动,多年平均值504. 8 mm,年际变化较大(变异系数0. 253),年潜在蒸散量在1729. 5~1964. 1mm之间波动,多年平均值1825. 0 mm,年际变化很小(变异系数0. 032)。降水量和潜在蒸散量的年内分配都不均匀,两者分配特征相似:汛期(5~9月)多年平均值分别占全年的79. 3%和68. 7%。潜在蒸散量空间分异特征明显,以流域西南部西川上游地区为低值中心向东向北呈带状逐渐增加,高值区位于延河下游延长县境内。 3相似时段的气候条件相似程度高、涉及年份多,可以作为分析人类活动对延河水沙变化影响的前提。延河流域1952~2001年存在气候条件相似时段的年份占年份总数的90%。进行比较的相似时段年均降水量的平均差异为0. 88%(约4. 4mm),降水过程的平均相关系数0. 7504(显著性水平0. 05),潜在蒸散量差异很小,可以认为气候特征相似时段产流和产沙的前提条件基本一致。 4人类活动对延河水沙变化的影响具有明显的阶段性:时段Ⅰ1952~1970年;时段Ⅱ1971~1982年;时段Ⅲ1983~1992年;时段Ⅳ1993~2001年。与时段Ⅰ相比,时段Ⅱ延河流域年均降水量减少4. 5%,而年均径流量和年均输沙量分别减少22. 3%和52. 4%,人类活动对延河水沙变化的影响占主导地位。 时段Ⅲ延河流域年均降水量减少2. 9%,年均径流量减少3. 0%,其中人类活动造成径流量增加了1. 1%;年均输沙量减少29. 6%,其中人类活动造成的输沙量减少22. 4%。 时段Ⅳ延河流域年均降水量减少14. 4%,年均径流量和年均输沙量分别减少19. 7%和41. 8%,但其中人类活动造成年均径流量和输沙量分别增加了10. 7%和13. 0%。降水量的减少是延河径流量和输沙量减少的主要原因。 本研究通过选择严格的相似性气候时段为前提比较和分析径流与泥沙变化特征,能够提高评价过程和结果的客观性和精度,从而丰富气候变化和人类活动环境效应等领域的研究理论与方法。