关键词： 降雨变化   景观格局演变   年径流   洪水径流   枯水径流  

摘要： 降雨和景观格局是影响流域径流过程的两大主要因素,开展二者的径流效应研究对流域水资源管理、生态建设等具有重要意义。本研究以赣南红壤丘陵区的濂水流域为对象,基于1958—2020年的降雨、径流和土地利用数据,分析降雨、景观格局和径流的变化特征,以及降雨、景观格局与年径流、洪枯径流的关系。结果表明:研究期间,流域年降雨量、年径流量、年最大1 d径流量均呈非显著下降趋势,年最小1 d径流量呈非显著上升趋势且年际变化幅度最大;有林地为流域内占比最高的景观类型,其他林地的变化最剧烈;景观水平上,流域的Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数、斑块密度、景观形状指数分别由1980年的1.125、0.541、0.667、16.925上升至2020年的1.348、0.614、0.731、18.172,景观蔓延度指数由1980年的68.237下降至2020年的64.293,流域整体景观多样性、破碎化程度、形状复杂程度提高,空间分布趋于均匀,连通性降低。降雨量与年径流、洪水径流、枯水径流的相关系数分别为0.907、0.594、0.558;类型水平上,耕地减少对年径流、洪枯径流的影响均较大,而景观水平上的整体变化促进了年径流和洪水径流减少、枯水径流增加。降雨变化和景观格局演变对年径流、洪水径流和枯水径流变化的贡献率分别为17.8%、82.2%,1.5%、98.5%和-8.8%、108.8%。研究成果可为流域景观格局配置、水土流失综合治理等提供理论参考。

关键词： 清水河流域   白河流域   径流量   变化特征  

摘要： 永定河流域的清水河和潮白河流域的白河,是张家口建成首都地区水源涵养功能区的关键流域。利用清水河流域(1951-2020年)和白河流域(1970-2020年)的多年水文资料,运用有序聚类分析、小波分析等数理统计方法分别对清水河流域和白河流域的径流量、气候要素(降水和气温)进行趋势分析和突变分析,并基于Pearson相关分析和贡献率分析的方法讨论了降水量、气温和蒸散量对径流量变化的影响。结果表明:①清水河流域和白河流域的降水量呈现不显著上升趋势,1960-2020年间平均上升速率分别为0.964 mm/10a和3.316 mm/10a,分别在1965年和2016年发生突变;②清水河流域和白河流域的气温均呈现显著上升的趋势,清水河流域平均气温上升速率是0.246℃/10a,白河流域平均气温上升速率为0.207℃/10a,气温都在1988年发生突变;③近70年清水河流域和白河流域的径流量呈显著减少趋势,都达到了99%的显著性检验水平,并在1979年和1974年发生突变;④径流量的主导因素是降水量,降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对充沛的5-8月份。

关键词： 罗江流域   径流趋势   变化环境   SWAT模型  

摘要： 水资源已经成为众多国家的战略性资源,其含量的丰枯在极大程度上能展现出一个国家综合国力的强弱。我国自古水资源分布就不均衡,水环境问题复杂多变,再加之上世纪全球各国发展观念意识的狭隘,粗犷式的发展导致了全球气温持续变暖的现状,这在根本上影响了水资源的循环过程。再者,人类活动的涉猎范围愈加深广,对水资源乃至整个生态环境都产生了一定的影响。2012年我国实施最严格水资源管理制度,以应对当今严峻的水资源难题,在发展经济的同时建设节水型社会。由此可见,揭示不同流域气候变化及人类活动对径流的影响有助于对当地的水资源管理、土地利用与规划、友好型生态环境建设起到一定的科学理论指导作用,为各地发展数字化水利模型、智慧水利等提供建设性基础。尽管当前针对各地区流域变化环境下水文响应过程的研究已较多,但地区性的根本差异、采取的研究方法、选用的参数均能导致研究过程及结果的不同。鉴于此,本文选罗江流域为研究区,首先分析流域各水文气象要素近50年的变化特征,在此基础上构建SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文模型;然后利用气象情景设置法、多期土地利用变化对比法,结合SWAT模型探究变化环境对径流的时空影响关系。最后,采用CA-Markov(Cellular Automata-Markov)模型预测流域未来的土地利用情景,结合气候预测结果,共同模拟了2025年罗江流域的天然径流过程,探究了其演变趋势;根据预测结果提出针对性防范预案。主要研究成果如下:(1)采用非线性回归检验法、Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法、Morlet小波分析法,分析了罗江流域1970～2019年降水、气温序列,1975～2019年径流序列的趋势性、突变性及周期性特征规律。(2)构建了罗江流域SWAT水文模型,结果显示相关系数(R)、纳什系数(NSE)、偏差百分比(PBIAS)均能较好的满足评判标准,所建模型能够较好地用于罗江流域合江水文站的月径流过程模拟,可用于后续变化环境对径流影响的关系探究。(3)固定气温下,罗江流域径流与降水变化呈正相关,径流对降水下降变化的响应更为敏感;径流变化率的空间差异性也主要由对应地区降水特性所致,但土地利用也是重要的影响因素:园地转换为林地会导致流域下垫面变得更复杂多样,对降水的截留率提高,径流产汇流时间拉长,形成速率减缓,从而导致径流系数减小,径流量减少;而耕地和商业用地面积的增加会导致水源涵养能力下降,径流系数增大,径流量也随之增大。耕地面积的增加使得下垫面对径流的滞留效果降低、保水性下降,从而促进产汇流;商业用地面积的增加,使得区域硬化面积大幅上升,改变流域下垫面透水特性,降低地表粗糙度,径流产汇流容易在短时间内形成,从而导致地表径流增加。(4)罗江流域2025年的土地利用仍以园地为主,占流域总面积的75%以上,且园地及耕地面积将大幅转换为商业用地;此变化会导致未来罗江流域整体径流系数有所增大,径流演变亦呈增加趋势。据此提出罗江流域在加快城镇化建设速率的同时,需注意流域中、西部降水特性所引起的径流变化敏感性问题;同时要注意流域中北部的耕地、园、林地保障红线,加大建设水源涵养能力强的土地利用类型,提高植被覆盖度,促使流域水资源的科学管理、积极发展。

关键词： 气候变化   人类活动   径流演变   SWAT模型   渭河流域甘肃段  

摘要： 近年来,气候变化与人类活动对水文循环的影响日趋明显,这一影响在旱区及半干旱区表现尤为显著,因此积极开展变化环境下径流演变与响应对于地区水资源高效配置与利用十分重要。为响应“黄河流域生态保护与高质量发展”重大发展战略,本研究以黄河流域第一大支流的渭河流域甘肃段为研究对象,分析了研究区内水文气象要素演变与土地利用变化特征,在此基础上基于SWAT模型模拟了渭河北道水文站的径流,并通过设定不同的情景,进一步分析了径流对于气候变化与土地利用变化的响应,利用CA-Markov模型预测未来土地利用情况并基于此进行了径流预测,主要研究内容与成果如下:(1)分析了渭河流域甘肃段水文气象要素演变特征。渭河甘肃段主要水文站径流序列整体上呈现下降趋势,其下降趋势显著,且集中于八十年代中后期发生了突变。降水整体上呈现下降趋势,年平均气温整体上呈现显著增加趋势,潜在蒸散发在近40年呈上升趋势,平均气温与潜在蒸散发的突变均出现在1994年。径流周期与降水周期存在同步性,平均气温与潜在蒸散发之间具有关联性,水文气象要素之间存在着诸多联系。(2)阐明了渭河流域甘肃段土地利用变化特征。渭河流域甘肃段过去40年耕地面积呈现减少趋势,林草面积呈现增加趋势,林草质量明显提高,建设用地在2010年后增幅明显,其他土地利用类型面积变化相对不大。土地利用变化主要集中在耕地林地及草地之间的相互转换,尤其集中于耕地与草地之间,人类活动因素极大的影响到渭河流域甘肃段土地利用变化,造成这种情况主要原因在于水土保持措施的推进及城市化进程的加快。贡献率分析表明径流变化主要受人类活动的影响。(3)探究了渭河流域甘肃段SWAT模型的适用性。渭河流域甘肃段的SWAT模型构建以80000ha为最小汇水面积,共生成25个子流域,293水文响应单元,参数敏感性分析结果表明SCS径流曲线是流域径流过程最为敏感的参数;以2008-2013年为率定期,2014-2017年为验证期,对月径流SWAT参数进行了率定和验证,整体上看径流模拟满足模型适用性评价指标的要求,表明SWAT模型在渭河流域甘肃段径流模拟中的结果可以用于下一步研究。(4)揭示了变化环境下渭河甘肃段径流演变特征,预测了未来土地利用情景下径流变化。相较于温度变化,径流变化相对于降水变化更加敏感。气温与径流呈负相关关系,降水与径流呈明显的正相关关系;降水变动10%引起的径流变动在16%～18%之间,而气温变化0.5℃引起的径流变化率均在1%以内;林草面积的增加会减少地表径流,林地增加对径流减少的作用要更为突出。在保证水域与建设用地不变的情况下,向耕地转化、向林地转化、向草地转化引起的径流变化比例分别是1.65%、-2.18%、-1.51%;CA-Markov模型在渭河流域甘肃段的土地利用情景的模拟中适用性良好,在预测的2050年土地利用数据中,建设用地变化明显增加了近80%,基于此土地利用数据预测未来径流会增加2.50%,主要原因在于建设用地增加。

关键词： 花岗岩残积土   崩岗   细沟侵蚀   水力学参数   径流含沙量  

摘要： 细沟侵蚀是花岗岩残积土区域常见的土壤侵蚀现象,相关研究已经指出,细沟侵蚀能够导致崩岗等一系列严重的水土流失现象。本文以湖北省通城县五里镇花岗岩残积土为研究对象,选取表土层(B)以及红土层(H)土壤配制重塑土,进行室内冲刷模拟试验。根据项目区气候条件及前人研究成果,设置25°、45°坡度,4.5 L/min、7.5 L/min冲刷流量,通过接样法测定径流含沙量变化,使用土压力及含水率传感器测定沟道内部土壤应力及含水率变化,同时测定沟道内部沟宽沟深,径流流速等指标,分别研究单一表土层(B)、单一红土层(H)、上表下红土层(BH)条件下的细沟侵蚀形态及水动力学参数演变过程,主要研究结论如下:(1)在细沟形态变化方面,细沟侵蚀整体分为均匀下切阶段、溯源侵蚀阶段、浅沟过渡阶段三个阶段。初期整条沟道侵蚀深度相差不大,随细沟发育沟内各处深度产生明显差异,中央部分侵蚀最深最宽,沟道横断面易呈现“正梯形”构造而加大崩塌发生的概率,沟道最底部产生泥沙淤积,深度较浅。细沟下切总深度与平均下切速率间存在良好函数关系(调整后R=0.49～0.90),随细沟发育下切速率不断减慢,直至趋近于0,细沟整体向浅沟过渡。平均下切速率红土层>上表下红土层>表土层,表土层在高含水率下抗崩解性强是其下切缓慢的主要原因。(2)在水力学参数变化方面,细沟侵蚀全过程中,流速与弗劳德数呈现不断减小,雷诺数呈现先增大后减小的趋势,流速与其余径流参数间相关性显著,弗劳德数在4.5 L/min流量条件下与流速间存在指数函数关系(调整后R=0.83～0.99),7.5L/min流量条件下二者存在二次函数关系(调整后R=0.78～0.99);雷诺数则始终与流速存在二次函数关系(调整后R=0.41～0.87)。(3)在侵蚀泥沙量变化方面,细沟侵蚀过程中径流含沙量R与冲刷历时t之间存在R=At的幂函数关系(调整后R=0.23～0.97),沟道内崩塌现象的发生会使得径流含沙量增大18.57%～541.93%。平均径流含沙量红土层>上表下红土层>表土层,同时细沟侵蚀第一阶段内径流含沙量与流速呈现良好的线性关系(调整后R=0.69～0.91)。(4)细沟侵蚀沟头崩塌前一段时间内,土壤总压力呈现不断上升趋势,并在崩塌发生瞬间达到峰值,随后由于土壤崩塌而下降,崩塌前土压力上升变化值为1.05%～6.94%,崩塌后下降变化值为15.31%～44.23%,崩塌前土压力上升量越大,崩塌后减小量就越大。崩塌现象发生后,径流流速及弗劳德数短暂下降,雷诺数短暂升高,沟道内径流倾向于变得缓慢且更加无序,随后恢复正常变化趋势。本研究结论表明,陡坡条件下花岗岩残积土细沟侵蚀过程中,坡面中央部分侵蚀最为严重,较大的沟深及沟宽为后续崩岗的发育创造了条件;沟头部分在应力大小超过临界值后发生崩塌,同时可通过水动力学参数如流速、弗劳德数、雷诺数的变化来推断沟道内崩塌现象的发生;整体而言,表土层抗冲性强于红土层,表土层下切速率及产沙量均小于红土层,保护好表土层能够在一定程度上减小土壤流失量。

关键词： 时空变化   影响因素   趋势分析   InVEST模型   相关性分析   黄河水源涵养区  

摘要： 明确水源涵养量时空演变特征及其主要影响因素,是提升区域水源涵养功能的重要前提。目前相关研究多关注影响因素和水源涵养量的相关关系,缺少对影响因素时空变化特征的分析,而且因地区不同,驱动要素的影响也存在差异。本文以黄河水源涵养区为研究对象,基于气象、水文、土壤、地形等数据,运用Pettitt、M-K趋势检验、小波分析和InVEST模型对降水、气温和径流的演变特征及其对水源涵养的影响进行分析。结果表明:(1)兰州以上地区(兰州站上游的黄河干支流地区)降水以8.06 mm/10a的趋势增加,渭河南山支流和伊洛河分别以0.15 mm/10a和2.62 mm/10a的速率波动减少。三区气温都呈上升趋势。三区径流分别以5.87×107、5.68×107和2.82×107m3/a的趋势减少;(2)降水、气温和径流存在多种尺度的周期变化特征,在大尺度能量波动较大;(3)兰州以上地区多年平均水源涵养量为8.77×109m3,渭河南山支流为1.73×109m3,伊洛河为7.91×108m3。兰州以上地区水源涵养总量最大,伊洛河单位面积水源涵养量最大;(4) 1960—2019年,三区水源涵养量都呈下降趋势;(5)水源涵养量同降水和径流呈显著正相关关系,同气温呈负相关关系。本研究可为黄河水源涵养区水资源管理和生态保护提供依据。

关键词： 黄河源区   径流时间序列   LSTM径流预测模型   XG-BOOST-LSTM耦合模型   鲸鱼优化算法  

摘要： 为有效挖掘唐乃亥日径流量时间序列的特征信息,提高径流预测模型的高维非线性拟合能力和预测性能的稳定性,以黄河源区气象站的气象资料和唐乃亥水文站的日径流量资料为依托,构建了LSTM（长短期记忆网络,Long-Short Term Memory,LSTM）径流预测模型、XG-BOOST（梯度提升算法,e-Xtreme Gradient Boosting,XG-BOOST）径流预测模型、SVM（支持向量机,Support Vector Machine,SVM）径流预测模型和KNN（K-Nearest Neighbor,KNN）径流预测模型、XG-BOOST-LSTM径流耦合模型以及XG-BOOST-LSTM-WOA（鲸鱼优化算法,Whale Optimization Algorithm,WOA）径流耦合模型,并对比验证模型的预测效果,得出以下结论结果:（1）径流量演变特征分析。通过Mann-Kendall秩次检验、spearman秩次检验方法和R/S重标极差法3种方法对唐乃亥的径流量趋势分析,结果均表明唐乃亥的日径流量在1956-1987年呈现显著上升趋势,2007-2014年径流量呈现上升趋势;采用Mann-Kendall突变检验唐乃亥的年径流量,唐乃亥将在1989年发生径流突变;运用小波分析方法对唐乃亥的日径流量进行周期分析,结果表明1956-1987年日径流量的主周期为315天,一般周期为135天和245天,2007-2014年唐乃亥日径流量时间序列的主周期为70天。（2）径流预测基本模型的稳定性验证。4种径流预测基础模型均显示在预测长度为1d时更具有稳定性,其中LSTM径流预测模型的MSE=5111.4216、MAE=42.5687和RMSE=71.4942,从整体来看,模型的预测精度优于KNN、SVM和XG-BOOST径流预测模型。（3）为提升模型的预测精度,对径流预测基础模型调整主要参数,并进行经验优化。LSTM主要经验优化的参数为dropout,全连接层神经元个数dense和隐藏层神经元个数batch size;XG-BOOST的经验优化参数为迭代次数n estimators和树最大深度max depth;SVM的经验优化参数为:核函数kernel,核函数系数gamma和惩罚因子C;KNN模型的经验优化参数为:样本间距离公式P=1和邻最近个数K。结果表明,4种基础模型的主要参数分别在经验优化的数值时,径流模型的预测效果有明显的提高。（4）通过4种基础模型的对比分析,LSTM径流预测模型的预测效果最好,其次是XG-BOOST径流预测模型。从预测的结果来看,LSTM模型的预测值更贴合径流量的真实值,而XG-BOOST、SVM和KNN模型的预测值与径流真实值之间,存在着一定程度上的误差;从预测趋势来看,LSTM径流预测模型的波峰位置、波峰和波谷的预测以及周期性变化规律成分的挖掘要好于XG-BOOST、KNN和SVM径流预测模型;在2015年01月01日～2020年07月31日的径流量预测结果中,LSTM的预测效果为4种基础模型最好的模型,其KNN径流预测模型、SVM径流预测模型和XG-BOOST径流预测模型的预测值与径流量的真实值与LSTM模型相比,偏离较大。（5）构建XG-BOOST-LSTM径流预测耦合模型。通过XG-BOOST从8个气象因子特征筛选6个气象因子以及历史径流量作为XG-BOOST-LSTM耦合模型的输入变量,以径流量为输出变量,构建了XG-BOOST-LSTM的径流量预测耦合模型。XG-BOOST-LSTM径流预测模型的R2=0.9866,MSE=5018.6849,MAE=35.0916和RMSE=70.4051;XG-BOOST-LSTM径流预测耦合模型的波峰位置、波峰和波谷的端点值预测和周期性的规律特征的挖掘要比XG-BOOST径流预测模型和LSTM径流预测模型的效果更好,且XG-BOOST-LSTM径流预测模型测试集的真实值和预测值能够很好的吻合。（6）通过鲸鱼优化分别对XG-BOOST和LSTM模型的超参数优化,相较于XG-BOOST、LSTM和XG-BOOST-LSTM模型,XG-BOOST-WOA、LSTM-WOA和XG-BOOST-LSTM-WOA径流预测模型的整体精度都有明显的提高,其中XG-BOOST-LSTM-WOA的R为0.9928,MSE为3695.8272,MAE为33.7244和RMSE为60.7933;XG-BOOST径流预测模型在2020年07月31日的基础上往后预测了300天,发现随后对日径流量的趋势预测与历史径流量的趋势高度相似,说明XG-BOOST-LSTM组合模型对唐乃亥水文站的日径流量预测具有较好的实践应用价值。

关键词： 沮河流域   径流变化   气候变化   人类活动   归因分析   时间尺度  

摘要： 近年来随着气候的变化,气候变暖、海平面上升、酸雨和洪涝灾害等全球性危机正严重影响着地球的自然资源以及人类正常的生存条件。黄土高原作为生态环境极为脆弱的地区,水资源短缺、生态污染、土地荒漠化以及严重的水土流失,加上人口的激增和城市化进程的加快,严重破坏了脆弱的生态环境,尤其是水资源问题亟需解决。在气候变化和人类活动的共同影响下,区域水文循环发生了变化,径流时间序列的一致性遭到破坏,出现了水文变异情况,这对区域水资源的分配与合理利用带来了巨大的问题。因此,研究变化环境下流域水文气象要素以及径流演变特征具有重要的作用,同时定量识别径流对气候变化和人类活动的响应,可以为探究变化环境下水文循环的驱动机理提供基础,也对流域水资源管理、开发和利用以及生态系统的健康发展具有重要的理论和现实意义。本文以北洛河的一级支流——沮河流域为研究对象,研究了流域水文气象因子的年际和年内变化趋势以及突变特征;利用基于Budyko假设的互补关系法和累积量斜率变化率法量化了降水、潜在蒸发和人类活动对沮河流域年径流深的影响;利用abcd水文模型定量分析了气候变化和人类活动对沮河流域年径流深以及汛期、非汛期径流深的影响;综合三种研究方法的分析结果,阐明了沮河流域径流对气候变化和人类活动的响应。本文取得的主要研究成果如下:(1)揭示了沮河流域主要水文气象要素序列的年际变化趋势和突变年份。采用线性回归法、5年滑动平均法分析了沮河流域1967～2019年的年降水量、年潜在蒸发量和年径流深的变化趋势,结果表明,1967～2019年期间沮河流域年径流深和年潜在蒸发量总体呈减小趋势,而年降水量呈上升趋势。采用Mann-Kendall突变检验法和有序聚类法确定了沮河流域年径流深序列、年潜在蒸发量序列和年降水量序列的突变年份,研究结果表明,沮河流域年径流深序列的突变年份是1985年,年降水量序列的突变年份为2002年,年潜在蒸发量序列的突变年份为1982年。(2)阐明了沮河流域主要水文气象要素序列的持续性以及年径流深序列的周期性。基于R/S分析法的沮河流域水文气象要素序列持续性分析结果表明,沮河流域年径流深序列、年降水量序列和年潜在蒸发量序列的Hurst指数都介于0.5～1之间,因此这3个序列的变化趋势在未来都具有一定的持续性。基于小波分析法的沮河流域年径流深序列变化的周期性分析结果表明,1967～2019年期间沮河流域年径流深序列呈现多时间尺度的周期性演变特征,存在着6a、14a和29a的主要周期,其中14a周期的震荡性最强,其次是29a和6a,因此沮河流域年径流深序列存在较大尺度的丰枯交替现象。(3)揭示了流域土地利用类型转变特征和植被覆盖度变化特征。研究结果表明,1980～2015年沮河流域的土地利用类型以林地、草地和耕地为主,且在此期间不同的土地利用类型都发生了一定的转变;1980～2015年期间沮河流域植被覆盖度的年际变化幅度较大而空间差异较小。(4)量化了气候变化和人类活动对沮河流域年径流深变化的影响。根据基于Budyko假设的互补关系法的分析结果,年降水量、年潜在蒸发量和流域下垫面条件变化对沮河流域年径流深变化的贡献率分别为39.22%、-15.18%和75.96%;根据累积量斜率变化率法的分析结果,年降水量、年潜在蒸发量以及人类活动对沮河流域年径流深变化的贡献率分别为19.29%、-10.12%、90.83%。两种方法的研究结果都表明,人类活动是沮河流域年径流深变化的主要驱动因素。(5)基于abcd水文模型量化了气候变化和人类活动对沮河流域不同时间尺度径流深的影响。abcd模型模拟得到的不同时间尺度径流深的纳什效率系数NSE均在0.7以上,且其他评价指标效果也比较理想;气候变化、人类活动对年径流深变化的贡献率分别为35.77%和64.23%;气候变化、人类活动对汛期径流深变化的贡献率分别为43.63%和56.37%;气候变化、人类活动对非汛期径流深变化的贡献率分别为23.35%和76.65%。无论是年际尺度还是年内尺度,人类活动始终是影响沮河流域径流深的主要因素。

关键词： 复合极端降水和径流   SWAT水文模型   NEX-GDDP-CMIP6   淮河流域  

摘要： 在全球气候变暖背景下,暴雨洪涝事件发生的频次、强度、影响范围和持续时间不断增加,预计未来还会进一步加剧,对人类生命财产安全和生态环境构成巨大威胁。目前,单个极端降水或极端径流事件的研究较为广泛,对复合极端降水和径流事件的研究却较为鲜见。淮河流域是我国重要的商品粮基地,常受暴雨洪涝侵袭,对农业生产造成巨大影响。因此,本研究以淮河流域为研究对象,基于陆地观测数据和模式模拟资料,采用SWAT分布式水文模型,分析了淮河流域复合极端降水和径流事件的演变规律,并预估不同排放情景下复合事件的风险特征。主要结论如下:1、淮河流域极端降水主要发生在6–9月。尽管极端降水日数在总湿日中的比例仅为10%,但极端降水量占总降水量的50%。夜间极端降水量平均态及其上升趋势较白天略高。2、SWAT水文模型能够较好地模拟淮河中上游水文过程,日尺度上,率定期的NSE、R和Bias分别为0.786、0.855和3.79%;验证期的NSE、R和Bias分别为0.62、0.66和24.97%。月尺度上,率定期的NSE、R和Bias分别为0.854、0.855和3.79%;验证期的NSE、R和Bias分别为0.702、0.763和25.08%。3、淮河中上游复合极端降水和径流事件频次（月数）量级在月内呈正态分布;中度、重度和超级极端三种强度的复合事件在2000–2018年的发生频次较1981–1999年有所增加。强盛的南方暖湿水汽与北方冷空气在流域上空交汇造成2007年7月的复合极端事件。根据纳什效率系数NSE、决定系数R、相关系数r和百分比偏差Bias四种指标,得出SWAT能够较好地模拟复合极端降水和径流事件,可以用于未来复合事件的研究。4、NEX-GDDP-CMIP6气候模式降尺度资料可以较好地模拟历史时期降水、气温和相对湿度气候态特征,但明显高估风速特征。NEX-GDDP-CMIP6降尺度资料和SWAT水文模型高估极端降水和极端径流单个事件的频次,但能够较为合理地模拟复合极端降水和径流事件。总体上,NEX-GDDP-CMIP6气候模式降尺度资料可以用于未来复合极端降水和极端径流事件的预估。5、SSP245（中等排放情景）和SSP585（高排放情景）两种情景下,淮河中上游2015–2099年降水、气温和风速将增加;复合极端降水和径流事件发生频次和量级在未来中期和远期（2032–2099年）显著上升。因此,在未来升温背景下,流域内发生复合极端降水和径流事件的频次和严重程度均呈显著增加趋势。

关键词： 水文要素演变   径流变化归因   玉林市   MK检验   Morlet小波分析   R/S分析  

摘要： 在气候变化和人类活动的综合作用下,玉林市水资源形势日益严峻,水量短缺严重制约了当地的经济社会发展。降水和径流是区域水循环的两个重要环节,正确把握其演变特征,深入探究各因子对径流变化的影响,可以为玉林市水资源的科学管理和合理配置提供有价值的决策参考依据。基于此,本文以“变化环境下玉林市水文要素演变特征及径流变化归因分析”为题展开研究,主要研究成果如下:(1)以站点实测降水为基准,利用相关系数(CC)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、纳什效率系数(NSE)和Kling-Gupta效率系数(KGE)对国家青藏高原科学数据中心(TPDC)降水数据集在玉林市的表现进行评估,然后分别利用粒子群算法、遗传算法、麻雀搜索算法和蚁群算法优化BP神经网络,对TPDC降水数据进行校正。结果表明:玉林市TPDC数据的冬季降水精度相对较高;麻雀搜索算法优化BP神经网络的校正效果优于其他三种模型,以博白站为例,该模型使原始TPDC降水的CC值、NSE值和KGE值分别提升了0.24、0.41和0.25,RMSE值和MAE值分别降低了32.8和30.6。(2)利用趋势综合分析、突变综合分析、Morlet小波分析和R/S分析等方法对玉林市年和四季的降水径流演变特征进行研究。以玉林市年降水和博白站年径流为例,结果表明:历史年降水呈不显著上升趋势,突变年份为1965年,第一和第二主周期分别为37a和23a,未来年降水将保持上升趋势;历史年径流呈不显著下降趋势,突变年份为1966年,第一和第二主周期分别为22a和9a,未来年径流将保持下降趋势。(3)利用不均匀系数、完全调节系数、余期望系数等七个指标对玉林市降水径流的年内分配特征进行研究。结果表明:玉林市降水径流多集中在5-8月份,占比约60%;夏季占比超40%,明显高于其他三个季节;随着时间推移,降水年内分配逐渐趋于均匀,但趋向并不显著,而径流年内分配则显著趋于均匀,最大月降水量和最大月径流深发生时间均出现不显著后移现象。(4)利用偏相关分析、复相关分析、通径分析等方法对引起径流变化的气候因子进行定性分析,并利用累积量斜率变化率法(SCRCQ)和双累积曲线法(DMC)定量计算气候变化和人类活动对径流改变的贡献率。结果表明:气候因子对径流变化的综合作用表现为促进,降水与径流间存在显著的正相关关系,且降水对径流的影响总是高于潜在蒸散发;以年径流为例,SCRCQ和DMC两种方法所计算的气候变化贡献率分别为49.5%和36.1%,人类活动贡献率分别为50.5%和63.9%。