气候变化和人类活动对五华河流域径流和输沙的影响研究

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流域尺度上的气候变化和人类活动对径流泥沙的影响是水文学流域研究的重点。五华河流域地处广东省东北部,属韩江水系,是华南湿热地区典型的小尺度流域。在气候变化及人类活动的双重作用下,五华河流域出现水沙减少、年内分配不均和年际变化大的复杂现象。本文以五华河为研究对象,分析研究了五华河流域气候变化和人类活动下的水沙特征、认识了其演化规律及影响因素,有助于了解该流域的结构和功能,旨在为该地区流域水资源的开发利用与合理配置及有效防治水土流失提供理论依据。  利用五华河流域内的河子口水文站1981~2013年的径流和泥沙实测数据、五华和龙川气象站1961~2013年的气温、降水和蒸发量等数据、1990年和2013年两期的遥感影像解译得到的土地覆被图,分析了气候水文要素的变化特征,定量评价了降水和人类活动对水沙变化的影响,本文取得的研究结果如下:  (1)五华河流域气候要素的变化特征  从年内变化来看,五华河流域各月平均气温为典型的单峰型曲线,气温年内差异较大,峰值集中在6~8月,1961~2013年53a间年内平均最大温差为16.6℃;降水量具有典型的汛期与枯水期,季节变化明显,降水主要集中在4~9月份;蒸发量在各月的分配相比于干旱半干旱地区变化较小,最大月蒸发量与最小月蒸发量相差99.1mm。  运用多年平均、线性回归和5年滑动平均法分析了五华河在研究时段内年平均气温、年均降水量、蒸发量和湿润指数的年际变化过程;利用M-K法对气候要素进行了趋势检验和突变检验;采用R/S法和小波分析法对流域年气候要素时间序列进行未来变化趋势分析和周期分析。结果表明:53年来流域气温呈显著上升趋势,年均降水量和蒸发量变化趋势不明显;年平均气温变化速率达0.166℃/10a,降水量波动幅度较大,极值比为2.59,蒸发量基本上在均值附近波动,变化不显著,流域湿润指数序列年际变化较大,极值比为2.84。  (2)五华河流域径流和输沙的时间变化特征  探究了五华河流域径流泥沙的变化过程,水沙年际间的变化表现出相似趋势,结果表明:1981~2013年,水沙量均呈波动下降趋势,且输沙量较径流量下降趋势更明显;水沙的时间序列特征与降雨的时序特征基本一致。水沙存在明显的周期性变化规律,且两者周期大小非常接近,年径流量存在7a、11a和19a周期,第一主周期为11a:年输沙量存在7a、11a和20a周期,第一主周期也为11a;输沙量与径流量呈较明显的乘幂正相关,两者的回归系数为0.7。  (3)土地利用变化及水土保持措施对径流泥沙的影响  基于1990年、2013年两期土地利用数据,从时空变化、土地利用类型转移、土地利用动态度变化等方面,对流域的土地利用演变进行了分析。林地和耕地是流域内面积最大的地类;从流域土地利用转移矩阵来看,不同土地利用类型转移较频繁,土地利用主要的转移趋势为林地与耕地之间互相转移,耕地和林地转化为草地和建设用地。1990~2013年,耕地是转移最活跃的地类,建设用地是最稳定的地类。水土流失综合治理是使径流输沙减少的主要原因之一,水土保持林草措施与减水减沙效益相关程度较高。  (4)五华河流域径流泥沙演变及其对变化环境的响应  对流域气温、降水与水沙的相关性进行分析,结果显示流域降水和水沙相关性明显大于气温,年降水量与径流输沙的相关系数分别为0.886和0.559。水沙对气候要素变化的响应,主要表现为降水对水沙的影响。  采用线性回归和双累积曲线法,评估了气候变化和人类活动对流域水沙的影响,结果表明:人类活动是五华河流域水沙量减少的决定性因素,其对径流量和输沙量的影响分别为85.8%和94.93%。人类活动对流域径流和输沙减少的影响程度分别于20世纪80年代和90年代达到最大,之后影响程度都有一定程度的下降;随着时间的推移,人类活动对五华河流域径流和输沙的影响程度减轻,气候变化的影响程度却逐渐加强。
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