基于相同气候条件的人类活动对河流水沙影响定量评价-以黄土高原延河流域为例

河流水沙变化及其驱动力分析是目前地学热点和核心科学问题之一。本研究将深入探讨一种新的评价方法，通过甄选气候要素相近时段组，分析对应时段组径流量和输沙量变化，定量区分气候变化和人类活动对河流水沙的影响。基于河流水沙变化受气候要素和地表综合特征的影响，降水量和潜在蒸发量是区域气候要素的综合表征，短期内地貌、植被和土壤自然演化相对稳定等基本地学原理和假定，当气候前提相同时，河流水沙的变化是人类活动的结果。本研究将应用延河流域多分辨率的气象与河流水沙实测数据，判定和甄选气候（降水量和潜在蒸发量）数量和过程一致性时段，并分析对应时段河流水沙变化量，定量评价人类活动的影响程度；进而结合生态环境建设与生产生活等不同人类活动的类型、数量与影响强度数据，印证新方法的评价结果，并评估各项人类活动的影响。本研究既可以深化对水沙变化驱动力的科学认识，也可丰富气候变化和人类活动环境效应评价的理论与方法。

“基于相同气候条件的人类活动对河流水沙影响定量评价-以黄土高原延河流域为例”是国家自然科学基金资助的地学领域面上项目，执行期共4年（2012-2015年），共在Hydrol. Earth Syst. Sci.，Journal of Hydrology，Science of the Total Environment，Advances in Meteorology等期刊发表论文16篇，其中SCI检索论文9篇；培养研究生6人。本项目按照申请计划开展顺利，完成了预期研究目标。项目针对河流水沙变化及其驱动力分析这一地学热点和核心科学问题开展，深入探讨一种新的评价方法。该方法基于了4个前提：河流水沙变化受气候要素和地表综合特征的影响、区域潜在蒸发与植被和地表特征关系甚微、黄土区以超渗产流为主和短期内地貌、土壤和植被自然变化很小，短期内地貌、植被和土壤自然演化相对稳定等。在该前提下，当影响产流和产沙的气象要素一致时，河流的径流量和输沙量变化归结为人类活动综合影响的结果。本研究基于逐月尺度的降水量和潜在蒸发量（根据联合国粮农组织Penman-Monteith方法）数据，通过设定不同的判定阈值，选择了数量和过程相似性的单年或者连续年组；并分析了不同年组间的径流和泥沙变化，定量分析了延河流域、黄河流域和渭河较大支流的人类活动对河流水沙的影响程度。在1952-2010年期间，尽管延河流域的气候因子成波动变化，但甘谷驿站的径流量和输沙量均呈显著减少趋势，但相似年组的分析显示出不同的结果。在12个气候相似年组中，有6组径流量减少，减幅在2.7%~16.7%，有6组径流量增加，增幅为0.3%~5.5%；输沙量减少的年组共有9个，减幅在0.05%~11.2%。采用连续3年的相似年组，水沙变化的幅度更大。进而对延河流域的水土保持进而通过对流域内土地利用和水利、水保工程的进展的分析，对判定结果进行了科学印证。该方法在黄河流域的四个区间和渭河的泾河与北洛河流域也进行了进一步分析和验证。本项目探索和完善的方法可以减少在传统的降雨-径流双累计曲线等分析方法对转折点选定的不确定性，提高人类活动对河流水沙影响的评价精度，并能够作为目前“水文法”和“水保法”的桥梁，促进对水土保持措施的环境效应进行区分；同时，根据数据的时间尺度，该方法具备明显的可扩展性。