1955-2011年挠力河水文特征变化及驱动力分析研究

Definition, quantification and management of water resource based on through understanding of river hydrolgica characteristics is important and effective to water resources optimal allocation on river basin scale. But there are many unclear about how river hydrological characteristics and its law changes responding to climate change and human activities for a long time. In the present work, Naoli River in Sanjiang Plain is chosen as the research object. Hydrological regimes of runoff during 1955-2011 are systemically analyzed and variations of hydrological cycle are discussed. The whole volume of river water is divided into four segments: environment water volume, safety water volume, risk water volume and disaster water volume, and they are quantified to clarify the characteristic of water volume segments and how they changed in the past. Remote sensing and GIS technology are integrated to reveal land use history and ditching process in Naoli River, so the main driving forces for hydrological characteristics changing are clarified using the canonical correspondence analysis. Based on the tendency of land use and runoff volume, the optimization schemes of water resources are made. The present project is helpful for a deep understanding upon relationships between landscape pattern variation and functions of water resource in river basin scale, and it will also provide scientific basis for realization of optimal configuration of water resources in Naoli River watershed.

认识河流水文特征变化，对河流水资源进行定量分析与区别管理，是实现水资源优化配置的基础和有效手段。但是目前气候变化与人类活动长期影响下河流水文特征变化规律尚存在诸多未知。本研究以三江平原挠力河为研究对象，系统分析了挠力河1955-2011年间径流变化特征，探讨了挠力河水文周期变化规律；区分并定量计算了挠力河生态水量、安全水量、风险水量和灾害水量四部分水量，阐明挠力河水量构成特征及演变过程；结合遥感与GIS技术，研究了挠力河流域土地利用变化与沟渠化过程，揭示挠力河流域景观格局变化规律；分析了土地利用、沟渠化过程对挠力河水文特征的影响；采用典范对应分析的方法，明确导致水文特征变化的主要驱动因子；基于未来土地利用方式及径流变化趋势，提出挠力河水资源的优化配置方案。本项目将有助于深入认识流域尺度上景观格局变化与河流水资源功能间的关系，为实现水资源优化配置提供科学依据。

气候变化与人类活动已经成为影响流域水文过程的主要驱动力，尤其是土地利用方式在区域尺度上对径流过程的影响能力已经远超过自然因素。对三江平原沼泽性河流挠力河流域径流量历史变化规律及流域内土地利用过程变化研究表明，1950s年以来挠力河四个水文站多年平均径流量呈减少趋势，但减少速度不同，红旗岭站减少的最慢。同1957年相比，保安站、宝清站和菜嘴子站2009年分别减少了64.1%、76.3%和84.3%。过去50多年中，保安、宝清和菜嘴子三个水文站春、夏、秋、冬四个季节径流量均呈现出下降趋势，其中春、夏、秋季减少尤为显著。挠力河流域径流变率不断降低。近50年来挠力河枯水年份要远多于丰水年份。挠力河丰枯水年循环周期发生了改变。丰水年出现频率减低，周期增长，而枯水年出现频率增加，枯水年出现的频率由25.0%~27.8%增加到83.9%~87.5%。近50年来挠力河径流量年际波动程度逐渐增大，发生洪旱灾害的风险增加。径流年内分配不均匀程度增加，水资源年内分布集中程度增加。近50年来挠力河保安站、宝清站和菜嘴子站径流演变呈现减少趋势，基本上突变点出现在上世纪60年代中后期，在70年代中后期和80年代初达到显著水平。.1954-2005年的50余年中挠力河流域土地利用变化的总体特征为：耕地和居民地与建设用地增加明显，而林地、草地、水域和未利用地面积都有不同程度减少，减少率分别为25%、70%、2%、82.9%，其中未利用地面积减少最多的为沼泽湿地。1954-2005年间，挠力河流域景观格局复杂性降低，逐渐单一化和简单化。.四个水文站集水区中，随着耕地/未利用地比例的增加，径流量均呈现出先增加后减少的趋势，径流减少的年份为1995年，这在菜嘴子站集水区尤为明显。沟渠数量的增加，将导致菜嘴子站春、夏、秋、冬季中流量变化明显。龙头桥水库的修建，减少了宝清站47%的径流量。降雨量与宝清站及菜嘴子径流量呈显著正相关关系。1950s以来，降雨量变化及人类活动对宝清站径流量减少的贡献为48.60%和51.40%，对菜嘴子站径流量减少的贡献分别为38.37%和61.63%。.2005年宝清站集水区中需水量为603.22mm，2005年降雨量为475.36mm，在不考虑其他用水份额的情况下，尚存在127.86mm的缺口，说明仅仅依靠自然降雨已经不能满足流域内生态用水和农业用水的需求。