氣候變化和人類活動對河川徑流變化定量分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣候變化和人類活動對河川徑流變化定量分析方法，收集流域內(nèi)的水文氣象資料、水資源評價數(shù)據(jù)以及人類活動資料，判斷年徑流過程的突變點，突變點之前為流域的天然期，突變點之后為流域的影響期，利用天然期的水文氣象資料，采用水文模型率定模型參數(shù)，再利用全時段的氣象資料重構(gòu)整個天然徑流序列，利用重構(gòu)的天然徑流與實測徑流的差異，分析氣候變化和人類活動對河川徑流變化的貢獻(xiàn)；本發(fā)明結(jié)合流域內(nèi)的水文氣象要素變化、土地利用變化和取用水等情況，將氣候變化和人類活動對河川徑流變化的二元歸因分析，推廣到了降水變化、氣溫變化、土地利用變化和取用水對河川徑流變化的四元歸因分析。
【專利說明】氣候變化和人類活動對河川徑流變化定量分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水文水資源應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種河川徑流變化定量分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 河川徑流是水文循環(huán)的核心環(huán)節(jié)，是地表水資源最重要的賦存形式，直接影響人 類的生存條件。然而，近幾十年來受氣候變化和人類活動等因素的影響，中國乃至全球很多 流域的河川徑流都發(fā)生了顯著的變化。最為明顯的是，中國北方的海河、黃河和遼河等河流 的徑流量呈現(xiàn)出了顯著的下降趨勢。以海河流域為例，1980-2008年的多年平均徑流量比 1961-1980年的下降了四至七成。河川徑流的銳減不僅對人類的生存條件提出了嚴(yán)峻的挑 戰(zhàn)，成為制約經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸；同時也改變了流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，成為擾亂生態(tài) 系統(tǒng)平衡的關(guān)鍵因子。因此，科學(xué)準(zhǔn)確地判斷環(huán)境變化對河川徑流的影響，定量評估河川徑 流變化的原因，對于保障人類的可持續(xù)發(fā)展和推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有十分重要的科學(xué)意義 和實用價值。
[0003] 長期以來，氣候變化和人類活動對河川徑流的影響一直是水文學(xué)家和流域管理者 關(guān)注的熱點話題。最初主要利用趨勢分析和相關(guān)分析等方法來定性的評估河川徑流變化的 原因。隨著流域水文模擬技術(shù)的發(fā)展，水文學(xué)家提出利用水文模型重構(gòu)天然徑流的方法來 區(qū)分氣候變化和人類活動對河川徑流變化的貢獻(xiàn)。然而，各種氣候因子，例如降水和氣溫的 變化對河川徑流變化的貢獻(xiàn)分別是多少？此外，土地利用變化與流域內(nèi)取用水對河川徑流 的影響又是多少？對于這些問題都沒有明確的答案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氣候變化和人類活 動對河川徑流變化定量分析方法，可準(zhǔn)確定量地評估氣候變化與人類活動對變化環(huán)境下的 流域水資源影響。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種氣候變化和人類活動對河川徑流變化定量分析方 法，包括以下步驟：
[0006] (1)收集流域內(nèi)的水文氣象資料（徑流量、降水量和氣溫）、水資源評價數(shù)據(jù)（地 表水資源量、地下水資源量和水資源總量）以及人類活動資料（土地利用數(shù)據(jù)、取水量和用 水量）；
[0007] (2)分析流域內(nèi)徑流、降水、氣溫和取用水的歷史演變規(guī)律和土地利用變化狀況， 判斷年徑流過程的突變點，突變點之前為流域的天然期，突變點之后為流域的影響期；
[0008] (3)利用天然期的水文氣象資料，采用水文模型率定模型參數(shù)，再利用全時段的氣 象資料重構(gòu)整個天然徑流序列；
[0009] (4)利用重構(gòu)的天然徑流與實測徑流的差異，分析氣候變化和人類活動對河川徑 流變化的貢獻(xiàn)；
[0010] (5)利用徑流對降水和氣溫的響應(yīng)，分析氣候變化中的降水變化和氣溫變化對河 川徑流變化的貢獻(xiàn)；
[0011] (6)利用水資源評價數(shù)據(jù)和實測徑流的差異，分析人類活動中土地利用變化和流 域內(nèi)取用水對河川徑流變化的貢獻(xiàn)。
[0012]優(yōu)選的，步驟（2)運用Mann-Kendall方法來分析流域內(nèi)徑流量的歷史演變趨勢， 并得出年徑流過程的突變點。
[0013] 進(jìn)一步，步驟（5)根據(jù)降水的變化和天然期的降水序列，假定降水量情景，再利用 水文模型來模擬徑流序列，將水文模型模擬的徑流序列與天然期的徑流序列之差作為降水 變化引起的徑流量變化；然后，根據(jù)氣溫的變化和天然期的氣溫序列，假定氣溫情景，再利 用水文模型來模擬徑流序列，將其與天然期的徑流序列之差作為氣溫變化引起的徑流量變 化。
[0014] 進(jìn)一步，步驟（6)根據(jù)年徑流的突變點，天然期和影響期水資源評價數(shù)據(jù)中年徑 流之差表示氣候變化與土地利用變化引起的徑流量變化，扣除步驟（5)計算得到的氣候變 化的貢獻(xiàn)部分，剩余的則是土地利用變化引起的徑流量變化；再根據(jù)人類活動引起的徑流 變化量與土地利用變化引起的徑流變化量之差，得到取用水引起的徑流變化量。
[0015] 有益效果：本發(fā)明結(jié)合流域內(nèi)的水文氣象要素變化、土地利用變化和取用水等情 況，將氣候變化和人類活動對河川徑流變化的二元歸因分析，推廣到了降水變化、氣溫變 化、土地利用變化和取用水對河川徑流變化的四元歸因分析。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為氣候變化和人類活動對河川徑流變化的貢獻(xiàn)分析示意圖。

【具體實施方式】
[0017] 下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施 例。
[0018] 實施例：一種氣候變化和人類活動對河川徑流變化定量分析方法，包括以下步 驟：
[0019] (1)基礎(chǔ)資料收集：收集流域內(nèi)的水文氣象資料：徑流量、降水量、氣溫；水資源評 價數(shù)據(jù)：地表水資源量、地下水資源量和水資源總量；以及人類活動資料：土地利用數(shù)據(jù)、 取水量和用水量。
[0020] (2)水文氣象要素趨勢分析：利用Mann-Kendall方法來檢測流域內(nèi)徑流的歷史演 變趨勢，并分析年徑流過程的突變點，具體的計算步驟為：
[0021] ①給定原假設(shè)Htl，表示徑流過程沒有顯著增加或者減少趨勢；
[0022] ②構(gòu)造Mann-Kendall統(tǒng)計量UFi,來檢驗原假設(shè)是否成立，其計算公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種氣候變化和人類活動對河川徑流變化定量分析方法，其特征在于：包括以下步 驟： (1) 收集流域內(nèi)的水文氣象資料(徑流量、降水量和氣溫)、水資源評價數(shù)據(jù)(地表水資 源量、地下水資源量和水資源總量）以及人類活動資料(土地利用數(shù)據(jù)、取水量和用水量）； (2) 分析流域內(nèi)徑流、降水、氣溫和取用水的歷史演變規(guī)律和土地利用變化狀況，判斷 年徑流過程的突變點，突變點之前為流域的天然期，突變點之后為流域的影響期； (3) 利用天然期的水文氣象資料，采用水文模型率定模型參數(shù)，再利用全時段的氣象資 料重構(gòu)整個天然徑流序列； (4) 利用重構(gòu)的天然徑流與實測徑流的差異，分析氣候變化和人類活動對河川徑流變 化的貢獻(xiàn)； (5) 利用徑流對降水和氣溫的響應(yīng)，分析氣候變化中的降水變化和氣溫變化對河川徑 流變化的貢獻(xiàn)； (6) 利用水資源評價數(shù)據(jù)和實測徑流的差異，分析人類活動中土地利用變化和流域內(nèi) 取用水對河川徑流變化的貢獻(xiàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣候變化和人類活動對河川徑流變化定量分析方法，其特征 在于：步驟（2)運用Mann-Kendall方法來分析流域內(nèi)徑流量的歷史演變趨勢，并得出年徑 流過程的突變點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣候變化和人類活動對河川徑流變化定量分析方法，其特征 在于：步驟（5)根據(jù)降水的變化和天然期的降水序列，假定降水量情景，再利用水文模型來 模擬徑流序列，將水文模型模擬的徑流序列與天然期的徑流序列之差作為降水變化引起的 徑流量變化；然后，根據(jù)氣溫的變化和天然期的氣溫序列，假定氣溫情景，再利用水文模型 來模擬徑流序列，將其與天然期的徑流序列之差作為氣溫變化引起的徑流量變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣候變化和人類活動對河川徑流變化定量分析方法，其特征 在于：步驟（6)根據(jù)年徑流的突變點，天然期和影響期水資源評價數(shù)據(jù)中年徑流之差表示 氣候變化與土地利用變化引起的徑流量變化，扣除步驟（5)計算得到的氣候變化的貢獻(xiàn)部 分，剩余的則是土地利用變化引起的徑流量變化；再根據(jù)人類活動引起的徑流變化量與土 地利用變化引起的徑流變化量之差，得到取用水引起的徑流變化量。
【文檔編號】G06F19/00GK104318077SQ201410528842
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】王國慶, 鮑振鑫, 張建云, 金君良, 劉翠善, 劉艷麗, 賀瑞敏, 王小軍, 萬思成 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院