基于相似气候前提的人类活动对黄河流域水沙变化影响评价 英文标题:Assessment of Impact of Human Activities on Runoff and Sediment Load within Paired Years with Similar Weather Condition in the Yellow River

气候变化和人类活动的环境效应是目前地学、生态学和流域管理学研究的热点问题。河流水沙变化同时受到气候变化和人类活动影响，在相同的气候条件下，河流水沙变化可以归因于人类活动对地表物质、形态和过程的影响。本文选择近年来水沙变化剧烈的黄河流域作为研究区，选取流域内和周边区域1961年至2010年共50年时间序列94个气象站逐月气候数据，利用联合国粮食及农业组织（FAO）推荐的Penman-Monteith公式计算潜在蒸散量，采用IDW反距离加权平均插值法对潜在蒸发量（ET0）和降雨量进行空间插值，利用ArcGIS水文分析模块对黄河流域根据唐乃亥、兰州、头道拐、龙门和潼关5个水文站集水区进行区域划分，根据降雨和潜在蒸发的数量和过程相似性设定，选择了不同的相似年组，并比较了各个区域相似年组中对应年份的年径流量和输沙量变化情况，计算了河流水沙变化量和变化幅度，进而结合1:10万土地利用现状图和NDVI两种数据资料，对变化的原因进行了分析，取得如下主要研究结果：1.以降雨量P和潜在蒸发量ET0之差小于2%且相似年组的年份差大于等于5年为原则选择数量相似年组，以数量相似年组内对应月降雨量和潜在蒸发量线性相关达到或者超过0.01水平为依据判断过程相似性，分析表明，唐乃亥以上河源区、唐乃亥至兰州区间、兰州至头道拐、头道拐至龙门和龙门至潼关分别有12、13、12、4和4个降雨量和潜在蒸发量相似的年组。相似年组在时间上涉及到研究时段的多个年代，且相似年组内年差变化跨度较大，能够反应较长时段的河流水沙变化特征。同时，各相似年组的降雨量也涉及到各区域的多个降雨量特征值。例如唐乃亥以上河源区和兰州至头道拐区域，这两个区域的相似年组涉及到60年代至21世纪10年代，涵盖了本文研究时段1961年至2010年的所有年代，同时，唐乃亥以上河源区相似年组的年差从5-30年，兰州至头道拐区域相似年组的年差从7-40年，年差跨度都很大，可以反映该流域长期的水沙变化特征。2.黄河水沙变化具有明显的趋势性，黄河流域各区间的相似年组内，年径流量和输沙量减少的相似年组数均大于增加的年组数，例如唐乃亥以上河源区的12个相似年组中，分别有11组和9组的年径流量和年输沙量减小;唐乃亥至兰州区域的13个相似年组内，均有7组年径流量和输沙量减少;其余三个区域也是类似的情况。这些相似年组的年径流量和输沙量的变化情况，与各个区域1961年至2010年的水沙变化趋势一致。3.根据土地利用和NDVI数据的分析，黄河流域各区域影响河流水沙变化的人类活动各有不同。在黄河上游地区，自然因素和流域植被的蓄水产流功能减弱加剧地表径流的减少，是年径流量减少的主要原因，而输沙量的减少主要与林、草地植被涵养水源和水土保持功能增强相关。而在黄河中下游地区，由于上引水量的增加，以及水土保持措施等人类活动改变了流域下垫面的状况，导致流域的产流、汇流及产沙过程发生改变，引起河流径流和输沙量减少，另外水利枢纽工程和水库的运行，改变了径流量在时间上的分配，使洪峰流量大为降低，导致汛期河道输沙能力的减弱。