基于IHA-RAV法的长江源区生态水文情势变化_李光录.pdf

第 40 卷 第 1 期2023 年 1 月长江科学院院报Journal of Changjiang iver Scientific esearch InstituteVol 40No 1Jan 2023收稿日期:2022 07 11;修回日期:2022 08 20基金项目:青海省科技计划资助项目(2020 SF 151)作者简介:李光录(1970 )，男，青海湟中人，高级工程师，主要从事江源水文分析计算研究。E-mail:1035810227 qq com通信作者:樊立娟(1987 )，女，甘肃张掖人，工程师，硕士研究生，主要从事生态流量分析研究。E-mail:Fanlj87 hotmail comdoi:10 11988/ckyyb 202208242023，40(1):37 42，50基于 IHA AV 法的长江源区生态水文情势变化李光录1，樊立娟2(1 青海省水文水资源测报中心，西宁810000;2 青海省海东市水务局，青海 海东810600)摘要:为评估长江源区河流水文情势变化及其生态效应，选用长江源区直门达水文站 19572021 年逐日流量资料，使用贝叶斯变点检验方法分析直门达水文站年平均流量突变发生时间，采用水文改变指标变化范围法(IHA-VA)综合评价直门达水文站在突变点前后改变程度，使用趋势坡度、Kendall 趋势检验以及去趋势波动分析法评价月均流量、年极值流量时间序列变化情况。结果表明:长江源区直门达水文站年平均流量在 2004 年发生变异。2004 年前后直门达水文站水文综合改变度为 37 2%，属于中度改变。月均流量综合为中度改变，各月流量均有不同程度的增加，增大了河道内水生生物栖息所需水量。流量极值综合改变度为低度改变，表明极端流量事件处于一个稳定的范围，在一定程度上维持了长江源区生态系统的稳定性;最小流量的增加更好地保障了流域生态流量。极端值出现时间为低改变度，对水生生物栖息地以及鱼类洄游影响较小。高、低流量脉冲频次均为低度改变，反映出长江源区干旱和洪涝发生次数减少，使得长江源区河道、河滩的受水情况趋于稳定;高、低脉冲历时变化又给源区河道及沿岸生态环境带来不确定的影响。流量上升率、下降率及逆转率均为低改变度，反映出长江源区流量改变程度较低，维持在生态系统相对稳定的状态。总体而言，长江源区河道生态环境有转好的趋势，增加的生态流量有利于维持长江源区生物多样性和生态系统的健康可持续发展。关键词:长江源区;生态流量;IHA 指标;水文情势;水文改变度;去趋势波动分析中图分类号:P333文献标志码:A文章编号:1001 5485(2023)01 0037 06Study on Ecohydrological egime Change in Headwaters of theYangtze iver by Using Indicators of Hydrologic Alterationand ange of Variability ApproachLI Guang-lu1，FAN Li-juan2(1.Qinghai Hydrology and Water esources Survey and Forecasting Department of Qinghai Province，Xining810000，China;2.Haidong Water esources Bureau，Haidong810600，China)Abstract:The aim of this study is to assess the changes in eco-hydrological regime and its ecological effect in theheadwaters of the Yangtze iver According to the daily flow data of Zhimenda Hydrological Station from 1957 to2021，we obtained the time of abrupt change in annual average flow of Zhimenda hydrological station via Bayes-ian change-point test，evaluated the abrupt change degree by using IHA-VA(Indicators of Hydrologic Altera-tion and ange of Variability Approach)，and then assessed the time-series changes of monthly average flow andannual extreme flow by using trend slope，Kendall trend test and detrended fluctuation analysisWe found that1)the average annual flow of Zhimenda hydrological station changed abruptly in 2004.2)The comprehensivehydrologic change degree reached 37.2%，implying a moderate change 3)The average monthly flow was mod-erately changed，and the average monthly flow increased in different degrees，which added to the available waterfor aquatic life in the river 4)The extreme values of flow were slightly changed，indicating that extreme flow e-vents remained in a stable range，which maintained the stability of the ecosystem in the headwatersThe in-长江科学院院报2023 年crease of minimum flow better guaranteed the ecological flow of the watershed 5)The occurrence time of ex-treme values was slightly changed，posing little impact on aquatic habitats and fish migration 6)The pulse fre-quency of high and low flows both changed to low degrees，which reflected that the frequency of drought andflood decreased in the headwaters of the Yangtze iver，sustaining the water reception of the river and river-banks The high and low flow pulse duration also brought about uncertain influence to the ecological environmentof river and riverbanks in the source region 7)The rising rate，declining rate and reversal rate of flow allchanged to low degrees，which indicated that the change degree of flow in the headwaters of the Yangtze iverwas low and maintained in a relatively stable state of the ecosystemIn general，the ecological environment inthe headwaters of the Yangtze iver showed a trend of improvement，and the increased ecological flow was con-ducive to maintaining the biodiversity and the healthy and sustainable development of the ecosystem in the sourceregionKey words:headwaters of the Yangtze iver;ecological flow;IHA indicators;hydrological regime;hydrologicchange degree;detrended fluctuation analysis1研究背景河流作为生态系统和国土空间的重要组成部分，是经济社会发展的重要依托和保障，具有重要的资源、生态和经济功能。河流生态流量作为维系河道生态功能、生态环境的重要因素，是衡量河流生态系统健康可持续发展的关键指标，是当前河道生态水文学研究热点之一。1996 年 icater等1提出水文改变指标 IHA(Indicators of Hydro-logic Alteration)，在河流生态水文情势变化规律研究和环境生态流量评估工作中得到了广泛应用2 5。长江源区地处青藏高原，其生态系统对气候条件的变化非常敏感6 7。合理评估江源河流水文情势变化及其生态效应，对研究长江源区气候变化响应机理和青藏高原生态文明建设具有重要研究意义。综合评价月均流量、年极值流量、流量高低脉冲和流量变化率、逆转次数等因素变化情势是评价河流生态系统的健康可持续发展程度的基础。近年来，对长江源区水文情势研究多集中在水资源量及径流年内分配变化情形分析8 9，鲜有源区环境生态流量变化情势的研究。本文分析长江源区直门达水文站年平均流量突变发生时间，采用 IHA 水文评价指标体系，提取流量均值、极值、高低脉冲频次在内的5 组32 项指标，使用变化范围法(ange of Var-iability Approach，VA)分析突变点前后源区生态水文情势改变情况。研究成果以期为长江源区水资源承载力、生态系统的健康可持续发展和生态脆弱性修复等提供有力的科学支撑。2数据与方法21研究区概况及采用数据长江源区位于青藏高原腹地，生态环境具有原始、敏感、脆弱等特点。长江源区包括通天河与巴塘河汇合口以上集水区域(见图 1)。本文选用长江干流控制站直门达水文站 19572021 年实测逐日流量资料，依照不同水文评价指标对河流生态系统的作用，分析长江源区生态水文情势变化。直门达水文站是长江干流水文站，测站附近海拔约 3 540 m，距离河源 1 140 km，控制面积 13 77 万 km2。图 1长江源区示意图Fig1Map of the source region of Yangtze iver22水文改变指标ichter 建立的 IHA 指标体系包括流量均值、极值、极值时间、频次和历时以及逆转率 5 个方面 33项特征值指标10 11。由于直门达水文站自 1957 年以来未发生断流情况，不考虑断流时间指标，共使用32 项指标分析长江源区河流生态效应变化规律，参数详见表 1。83第 1 期李光录 等基于 IHA AV 法的长江源区生态水文情势变化表 1水文改变指标法(IHA)指标及其生态效应Table 1Indicators of hydrological c