汉江流域1951_2003年降水气温时空变化趋势分析

汉江上游径流演变趋势及影响因素分析1李桃英1，殷峻暹2，张丽丽3，赵红莉2（1.陕西省水文水资源勘测局，陕西西安710068；2.中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038；3.河海大学水文水资源学院，江苏南京210098）摘要：根据1950～2007年汉江上游安康水文站的实测资料，分析汉江上游径流的变化趋势，重点分析1990年后汉江上游径流量锐减的主要原因，包括降水量减少、气温升高、下垫面变化、耗水增加以及水资源开发利用等因素。

关键词：汉江; 径流; 演变趋势汉江是长江最大支流，发源于陕西宁强县磻冢山，甲河口以上称为汉江上游，集水面积59115km2，本次研究选用汉江上游的安康水文站，集水面积38625km2，占汉江上游面积的65％，可基本代表汉江上游径流变化趋势。

1 径流演变趋势汉江上游流域以山地为主，处于我国西部平原向青藏高原过度地带，气候温和湿润，有明显的季节性，是南北气候分界的过渡地带，流域内植被良好，降水较为丰沛，但时空分布不均，年际变化大。

汉江上游年径流的地区分布和降水量大体一致，汛期径流占年径流80％左右。

1.1 径流年际变化汉江上游流域位于夏季风活动边缘带，具有东亚季风带一般河流的特点，径流主要由降水补给。

逐年间季风形成的降水，其年降水量或降水过程的年际变化均比较大，直接影响汉江上游流域年径流量变化，具有不稳定的特性；并且由于各年之间季风强弱不同，来去的迟早和停留的时间长短不等，逐年降水与径流也不相同，有多水年和少水年之分，最大水年与最小水年相差较大[1]。

安康站多年平均径流量187.2×108m3，其中最大水年1983年径流量411.0×108m3，最小水年基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目（2006BAB04A07、2008BAB29B08）、国家自然科学基金创新研究群体科学基金项目（50721006），国家重点基础研究发展计划（973计划）（2006CB403404）。

湖北省近50年来的气温和降水变化趋势分析李帅,汤振权,匡亚红(三峡大学土木水电学院,湖北宜昌443002)摘要 温度和降水对气候的变化有着极为显著的影响,因此,研究温度和降水的变化规律对于促进农业生产、水资源的合理规划和调度具有十分重要的意义。

利用湖北地区1957~2006年的气象资料,选取16个有代表性的站点,具体分析了近50年该地区气温与降水之间的关系。

结果表明,夏季总降水量与温度有较好的相关性,而全年及春、秋、冬各季气温与降水的相关性规律表现不明显。

这为指导当地农业生产以及充分合理利用当地的气候资源提供一定的参考。

关键词 温度;降水;时空分布;相关分析中图分类号 S161.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)04-01652-04On the Changing Trend of T e mperature and Preci p itati on in H ubei Provi nce in R ecent 50Years L I Shuai et al (Co llege o f Civil and Hydropo w er Eng i neeri ng ,Three Gorges U ni versity ,Y ichang ,Hubei 443002)Abstract Tempera t ure and prec i pitation changes have a very si gnifi cant m i pact on c lm i a t e so that the st udy of t empera t ure and prec i pitation changes is signifi cant for promoti ng t he agricultural producti on ,w ater resources pl anni ng and scheduli ng .Th i s study am i ed t o ana l yze t he cor -rel a ti on bet w een te mperature and precipit a ti on i n recent 50years by usi ng t he m eteorol og i cal data ofHubei Prov i nce duri ng 1957-2006i n 16representati ve sites .The res u l ts showed t ha t a quite obvious relevance was de monstrated bet ween t he tota l prec i pitation and te mperature i n su mmer ,but i n spri ng or t he whole year ,autu mn andw i nt er ,the rel evance of t he la w o f t he perfor mance was not obvi ous ,which prov i ded a gu i dance t o t he l ocal agr i cultural production as we ll as f ull and rationa l utiliz a tion o f t he l ocal clm i ati c resources .K ey words T e mpera t ure ;P recipit a ti on ;Spatial and te mporal di stri buti on ;Corre l ati on anal y sis作者简介 李帅(1987-),男,湖北汉川人,本科生,专业:水文与水资源工程。

文章编号:1006 2610(2020)02 0026 06汉江上游汉中段近50年实测径流变化趋势及特征分析李　婧,赵　鸿,李百凤,刘蕊蕊(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安　710065)摘　要:河流生态环境作为生态文明建设的重要组成部分,研究河流实测径流量的变化趋势及特征具有重要意义㊂选取汉江上游汉中段武侯镇站㊁汉中站㊁洋县站典型水文站,采用Mann-Kendall 统计检验和小波函数分析汉江上游汉中段长系列实测年径流量的变化特征㊂结果表明,20世纪90年代以来,汉江上游汉中段实测径流量总体呈减少趋势;上下游站实测年径流量的变化趋势相似,下游站较上游站的减少趋势明显;3个水文站近50年年平均实测径流序列突变发生在1991年,且呈现出约7a 的变化周期㊂关键词:实测径流量;M-K 检验;小波分析;汉江上游汉中段中图分类号:TV121 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1006-2610.2020.02.006Analysis of The Trend and Characteristics of The Runoff Measured at The Hanzhong City Sectionin Upper Hanjiang River in The Past 50YearsLI Jing ,ZHAO Hong ,LI Baifeng ,LIU Ruirui(PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited ,Xi'an　710065,China )Abstract :Ecological environment of rivers plays an important role in ecological civilization construction ;therefore ,it is of great signifi⁃cance to study the trend and characteristics of the measured river runoff.The typical hydrological stations of Wuhouzhen Station ,Hanzhong Station and Yangxian Station at Hanzhong City section in Upper Hanjiang River were selected ,and Mann-Kendall statistical test and wavelet function were used to analyze the variation characteristics of the measured long series annual runoff of Upper Hanjiang River.The results show that since the 1990s ,the measured runoff at upper reaches of the Hanjiang River is decreasing generally ;the changes in measured annual runoff of upstream and downstream stations are similar ,and the decreasing trend of downstream stations is more obvious than that of upstream stations ;The annual average runoff mutation measured at the three hydrological stations in the past 50years occurred in 1991and showed a cycle of about 7years.Key words :measured runoff ;M-K test ;wavelet analysis ;Hanzhong upper reaches of Hanjiang River 收稿日期:2019-12-28 作者简介:李婧(1986-),女,陕西省汉中市人,工程师,从事水土保持设计工作.0　前　言伴随着近年来生态文明建设要求的提升,河流生态环境愈来愈受到人们的重视㊂径流量作为判断河流生境质量的指标之一[1],能够直观地反映出流域的生境健康㊂汉江上游汉中段流经汉中市区,人类活动对该河段的水文情势会产生一定的影响,同时,径流的变化也将影响到流域内的取水条件㊁小气候和社会经济发展[2]㊂因此,对汉江上游汉中段实测径流变化特征进行分析是十分必要的,这对于区域水资源的合理利用,流域生态文明建设均具有一定的指导意义㊂汉江是长江的第一大支流,汉江流域的水文情势也经过了一系列的研究㊂汉江上游河段作为南水北调㊁引汉济渭等多个调水工程的水源地,专家学者从多个方面不同角度对该河段进行了分析研究,以水文站点实测资料为基础,分析汉江上游径流时空变化特征㊁降雨径流关系㊁径流变化趋势及其影响因素等,以期为汉江上游引取水工程㊁生态建设工程提供依据㊂但之前的研究多集中在安康㊁湖北境内,针对汉江上游汉中段较少㊂本文即以汉江上游汉中段为研究对象,分析近50年该河段实测径流的变化趋62李婧,赵鸿,李百凤,刘蕊蕊.汉江上游汉中段近50年实测径流变化趋势及特征分析===============================================势和特征,为进一步分析汉江上游汉中段的实测径流变化特征提供一定的参考㊂1　研究区概况汉江于汉中市宁强县嶓冢山发源,由西向东流经汉中市七县区后入安康地界㊂汉江流域汉中段地势结构为两山加一川,汉江源头至武侯镇水文站以西约83.1km地貌为秦巴山地峡谷段,武侯镇水文站至洋县黄安坝约118.3km地貌为汉江上游平川段㊂流域内河流多属山溪性河流,支流众多,河网密度达1.5km/km2以上,水系发达,呈南北流向排列于汉江两侧,显现为扇形且不对称㊂汉江汉中段设有武侯镇水文站㊁汉中水文站和洋县水文站,3个水文站均于1990年被确定为国家重要水文站(见图1)㊂武侯镇站控制汉江干流河长83.1km,流域面积3092km2;汉中站控制汉江干流河长134.5km,流域面积9329km2;洋县站控制汉江干流河长201.4km,流域面积14484km2㊂汉江流域上游降水量丰枯交替明显,年际变化大,变差系数C v值约为0.65~0.67㊂该区域径流多由降水补给,补给量占多年平均年径流量的80%以上㊂径流量年内分配不均,7 10月径流量占年径流量的67.7%,12月 次年3月径流量占年径流量的8.6%㊂武侯镇站多年平均径流量为12.1亿m3,汉中站多年平均径流量为31.9亿m3,洋县站多年平均径流为56.5亿m3㊂图1　汉江上游汉中段河流水系及水文站示意图2　数据来源与研究方法2.1　数据来源研究所采用的武侯镇水文站㊁汉中水文站㊁洋县水文站长系列实测径流数据由汉中市水文局整编,时间尺度为1971 2017年,数据格式为年平均径流量㊂2.2　研究方法研究方法采用线性趋势法㊁Mann-Kendall统计检验法和小波函数分析法㊂线性趋势法采用最小平方法计算,通过直线斜率来表示变化趋势的一种外推预测方法[3]㊂MK检验法是被世界气象组织推荐并广泛采用的非参数统计检验方法,该方法不受变量分布特征的限制,不受少数异常值的干扰,适用于水文变量的趋势分析[4]㊂MK检验由时间序列组成的正序和逆序进行统计分析后,得到水文序列的变化趋势㊂根据2条趋势线是否超过临界线来判断水文序列变化趋势是否显著,通过2条趋势线在临界线之间的交点所对应的时间来判断水文序列突变开始的时间㊂小波分析是常用的分析时间序列的变化尺度和变化趋势的方法,研究不同尺度(周期)随时间的演变,具有多分辨率分析和对信号的自适应性特征[5]㊂小波变换系数代表了该时间尺度下径流序列的变化特征㊂小波变换系数为正值说明径流量较大,负值说明径流量较小,且其绝对值越大所对应的时间尺度变化越显著[6-7]㊂3　结果与分析图2　实测年径流量与多年平均径流量对比图3.1　实测径流量变化特征分析根据年代划分,将1971 2017年47年长序列实测径流量统计为20世纪70年代至今,并分别计算各年代的实测平均年径流量㊂从图2可以看出,72西北水电㊃2020年㊃第2期===============================================20世纪80年代是该系列中实测径流量最大的年代,其后的时间序列实测径流量均值均未超过80年代㊂20世纪90年代实测径流量出现了明显的减少,已有研究表明,汉江流域上游在1991 2000年间是枯水年,平均降水比多年平均降水少78.2mm,降水的减少是实测径流量减少不可忽视的因素之一[8]㊂随着时间序列的逐年递增,年实测平均径流量逐渐接近于多年实测平均径流量㊂以多年平均实测径流量为基础,计算不同年代实测年径流量的距平百分比见表1所示㊂从表1可以看出,20世纪80年代实测径流量表现为增加,且增加幅度达到了50%左右,其他年代的实测径流量以减少为主㊂80年代后,年实测平均径流量开始减少,随着时间的推移,实测径流量减少的幅度逐渐降低,到21世纪10年代,实测年径流量整体趋势呈现为增大,武侯镇站的实测年平均径流量已经超过了多年实测平均径流量,增加幅度为7.2%㊂表1　不同年代实测平均年径流量距平百分比表/%根据以上分析,汉江上游汉中段近50年实测径流量总体表现为先增加㊁后减少㊁继而增加的趋势㊂较多年实测平均径流量分析,20世纪70年代主要为平水年㊁80年代为丰水年㊁90年代为枯水年㊁21世纪00年代偏枯㊁到10年代以平水为主㊂3.2　实测径流量变化趋势分析3.2.1　线性趋势分析图3绘制了汉江上游汉中段武侯镇站㊁汉中站㊁洋县站47年的实测年径流量图㊂从图中可以看出,3个水文站实测径流量年倾向率均为负值,说明从1971 2017年汉江上游汉中段实测年平均径流量表现为逐渐减小的趋势,年倾向率从上游武侯镇站到下游洋县站逐渐减小,且减小趋势逐渐增加㊂从汉江上游汉中段的河流水系图分析,尽管武侯镇站以下汉江两侧支流分布众多,但武侯镇站以下段径流趋势整体呈现出减小的状态㊂汉中站上游城镇人口聚集区域较武侯镇站明显增加,生活生产取用水量的增加㊁水利设施的开发㊁区域下垫面条件受开发建设活动的影响,造成汉中站径流量递减趋势大于武侯镇站㊂洋县站在受到上游来水影响和汉中站至洋县站区段取用水设施建设㊁下垫面条件改变的作用,径流量的年倾向率较汉中站进一步减小㊂图3　不同水文站实测年径流量过程及其变化趋势图(1971 2017年)3.2.2　M -K 检验分析从图4可以看出,武侯镇站1991 2008年的实图4　武侯镇站实测径流量趋势检验图测径流序列呈下降趋势,但UF 曲线并未超过了0.05的显著性水平,说明这个年度区间径流量减小不明显㊂UF 曲线和UB 曲线在信度线之间的交叉点出现82李婧,赵鸿,李百凤,刘蕊蕊.汉江上游汉中段近50年实测径流变化趋势及特征分析===============================================在1991年㊁2009年㊁2013年,说明实测径流量在这几年发生了突变㊂以1991年为分界点,分界点之前平均实测年径流量为13亿m3,分界点之后至2009年间的平均实测年径流量为8.53亿m3,比之前的年平均实测径流量减少了4.47亿m3;2010 2013年间的平均实测年径流量为15.85亿m3,比1991 2009年间平均实测径流量增加了7.32亿m3;2014 2017年间的平均实测年径流量为9.05亿m3,比2010 2013年平均实测径流量减少了6.8亿m3㊂汉中站1971 2017年UF曲线均在琢=0.05显著性水平线内,说明这47年间汉中站的实测径流整体变化趋势不显著,1990 2002年间实测径流序列呈现下降趋势(见图5)㊂47年间UF曲线和UB曲线在信度线之间的交叉点出现了3次,分别为1991年㊁2004年和2015年㊂1971 1991年间平均实测年径流量为37亿m3,1992 2004年间的平均实测年径流量为22.74亿m3,减少了14.26亿m3;2005 2015年间平均实测年径流量为35.23亿m3,较1992 2004年间平均实测径流量增加了12.49亿m3㊂图5　汉中站实测径流量趋势检验图洋县站1990 2008年的实测径流序列呈下降趋势,仅2006 2008年区间的UF曲线超过了0.05的显著性水平,说明这3个年度区间的实测径流量减小明显,其余年份变化趋势并未超过显著性水平0.05的临界线(见图6),表明这些年份实测径流下降趋势并不显著㊂UF曲线和UB曲线在信度线之间的交叉点出现在1991年㊁2009年㊁2014年,说明实测径流量在这几年发生了突变㊂1971 1991年间平均实测年径流量为64亿m3,1992 2009年间的平均实测年径流量为39.15亿m3,减少了24.85亿m3;2010 2014年间平均实测年径流量为62.98亿m3,较1992 2009年间平均实测径流量增加了23.83亿m3;2015 2017年间平均实测年径流量为35.41亿m3,较2009 2014年间平均实测径流量减少了27.57亿m3㊂图6　洋县站实测径流量趋势检验图3.2.3　小波分析通过对武侯镇站近50年的实测径流序列进行小波分析(见图7)可以看出,在小波方差图中存在2个峰值,对应的时间尺度分别为8年㊁27年,进一步分析小波变换系数,振荡周期在7年和22年的时间尺度上比较明显,实测径流变化呈现出大小交替的过程,其中,1978 1980年㊁1985 1987年㊁1991 1995年㊁2005 2010年㊁2015 2017年的小波系数为负,表明该时段实测径流量较小;1974 1977年㊁1981 1984年㊁1988 1990年㊁1996 2004年㊁2011 2015年的小波系数为正,表明该时段实测径流量较大㊂通过汉中站实测径流序列的小波分析(见图8)结果可以看出,在小波方差中存在3个峰值,对应的时间尺度分别为8年㊁15年和26年,进一步分析小波变换系数,在7年和21年的时间尺度上周期振荡明显,并且出现了实测径流量的大小交替,其中, 1992 2003年的小波系数为负,表明该时段实测径流量较小;1981 1991年㊁2004 2014年的小波系数为正,表明该时段实测径流量较大㊂通过对洋县站实测径流序列进行小波分析(见图9)可以看出,在小波方差中存在2个峰值,对应的时间尺度分别为7年和26年,进一步分析小波变换图,在7年和21年的时间尺度上表现出明显振荡92西北水电㊃2020年㊃第2期===============================================周期,并且出现了实测径流量的大小交替㊂从3站的小波变换可以看出,7年时间尺度上所表现出的震荡周期在1971 1991年间显著,小波变换系数大多数为2;在1991年之后的振荡周期存在,但不显著,小波变换系数均小于1㊂说明1991年之后汉江上游汉中段实测径流序列受到外在因素的影响明显,一定程度上减弱了实测径流序列的周期性㊂图7　武侯镇站实测径流量小波分析图图8　汉中站实测径流量小波分析图图9　洋县站实测径流量小波分析图 综上分析,M-K 检验武侯镇站㊁汉中站㊁洋县站1971 2017年间年平均实测径流量均呈现出不显著下降趋势,且47年的实测径流序列均在1991年发生了突变,这与已有研究汉江上游安康站的序列突变时间是一致的[9-10]㊂利用小波函数对3个站47年的实测径流序列周期性进行了初步分析,表明3个站的年平均实测径流量都具有一定的周期性,短周期基本为7年左右,长周期基本为21年左右㊂03李婧,赵鸿,李百凤,刘蕊蕊.汉江上游汉中段近50年实测径流变化趋势及特征分析===============================================4　结　语通过对汉江上游汉中段3个水文站近50年实测年平均径流量分析表明,该时段实测径流量较多年平均实测径流量有一定幅度的减少,特别是1991 2000年实测径流量平均减小幅度约30%左右㊂20世纪80年代实测径流量较多年平均实测径流量增加近50%,进入90年代后实测径流量一直处于减少的趋势㊂通过统计检验分析表明,汉江上游汉中段1971 2017年的实测径流序列表现为不显著的下降趋势,实测径流突变时间发生在1991年,实测径流序列呈现出约7年的变化周期㊂汉江上游汉中段实测径流量近年来受到城镇取用水,水利设施开发,区域下垫面条件改变的影响呈现出的减少趋势㊂伴随着生态文明建设的持续深入,将改变现有的环境条件,实现河流生境的健康发展,后续将围绕人类活动及生态改善对径流量的影响作进一步的研究㊂参考文献:[1]　陈淼,苏晓磊,黄慧敏,等.三峡库区河流生境质量评价[J].生态学报,2019,39(01):192-201.[2]　蔡宜睛,李其江,刘希胜,等.三江源区径流演变规律分析[J].长江科学院院报,2017,34(10):1-5.[3]　肖敬,石朋,董增川,等.西南河源区径流演变规律分析[J].西安理工大学学报,2017,33(04):457-463.[4]　张海荣,周建中,曾小凡,等.金沙江流域降水和径流时空演变的非一致性分析[J].水文,2015,35(06):90-96. 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汉江流域径流时空变化趋势分析作者：陈华闫宝伟郭生练张洪刚来源：《南水北调与水利科技》2008年第03期摘要：汉江流域是南水北调中线工程的水源地，应用Mann-Kendall非线性检验方法，分析了汉江流域干流和各子流域1951—2003年春、夏、秋、冬径流的长期变化趋势。

分析发现1991年是汉江流域年径流量趋势变化的突变点，从20世纪80年代的丰水期进入90年代的枯水期；在显著性水平上，春季和冬季汉江流域许多子流域径流量长期变化趋势呈下降趋势。

分析结果将为南水北调中线工程水资源配置决策提供科学依据。

关键词：Mann-Kendall；汉江流域；径流；趋势分析中图分类号：文献标识码：A文章编号：1672-1683（2008）03-0049---1,ZHANG Hong-(1.State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science,WuhanAbstract:Hanjiang Basin is the water source of the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Project (SNWDP).The temporal and spatial trends of the seasonal runoff were detected by the Mann-Kendall test method in this Basin from 1951 to 2003.There was a climate jump in 1991 in Hanjiang Basin when the runoff changed from the wet period in 1980s to the dry period in 1990s.The results indicated that atα=0.05 significance level there were descending trends for the runoff in many parts of Hanjiang Basin in the Spring and Winter.The results will provide the rational references for waterKey words:Mann-南水北调中线工程是改善国家水资源配置的重大基础性战略工程，将水资源相对丰富的汉江流域的水调至人多、地多、经济相对发达和水资源短缺的黄河、淮河和海河三流域地区，在保证汉江流域社会经济可持续发展和水资源可持续利用的前提下，支撑和保证黄、淮、海流域社会经济的可持续发展，以及促进南北地区社会经济的协调发展。

第３０卷第６期２　０　１　２年６月水　电　能　源　科　学Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．６Ｊｕｎ．２　０　１　２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０６－０００６－０４汉江流域降水、蒸发及径流长期变化趋势及持续性分析陈燕飞１，２，张　翔２（１．长江大学地球化学系，湖北荆州４３４０２３１；２．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉４３００７２）摘要：分析汉江流域降水、蒸发、径流等水文要素长期变化趋势是开发利用汉江水资源、研究人类活动对江汉流域生态环境影响的前提。

基于汉江流域１３个水文站１９６０～２００３年逐月降水量、气温观测资料，采用高桥蒸发模型计算了汉江流域年径流量，采用Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ非参数检验法分析了该流域降水量、蒸发量、径流量的变化趋势，并由Ｈｕｒｓｔ指数分析了各水文要素变化趋势的可持续性。

结果表明，采用高桥蒸发模型间接计算年径流量适应性较强，值得推广；汉江上游多数站点年降水量减少，下游站点年降水量增加，且变化趋势不显著；上游站点年蒸发量增加趋势显著，其余站点变化趋势不显著；上游多数站点年径流呈不显著减少状态，下游钟祥、天门和武汉站径流呈不显著增加状态；各站点水文要素均具有很强的持续性，降水、蒸发、径流的常数Ｃ分别为０．７３、０．９５、０．９７。

关键词：水文要素；高桥蒸发模型；Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ非参数检验法；Ｈｕｒｓｔ指数法中图分类号：ＴＶ１２２；Ｐ３３３文献标志码：Ａ收稿日期：２０１１－１０－１５，修回日期：２０１１－１２－０６基金项目：国家自然科学基金资助项目（４０７３０６３２，７１０７３１１５）作者简介：陈燕飞（１９８２－），女，讲师，研究方向为生态水文学，Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｌｙｎｅｙ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：张翔（１９６９－），男，教授，研究方向为基于生态水文的可持续水资源管理，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｃｏｔｔｚｈｘ＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ 近年来，对汉江流域降水量变化的研究较多，如周月华等［１］对汉江流域水资源进行了初步分析；陈华等［２］分析了汉江流域１９５１～２００３年降水、气温时空变化趋势；郭靖等［３，４］应用ＡＮＮ统计降尺度法和光滑支持向量机预测了汉江流域的降水变化。

第31卷第6期2020$1月水资源与水工程学报Journal of Water Resources &Water EngineeringVol.31 No.6Dec.，2020D01:10.11705/j.i n.1672 -643X.2020.06.131971 -2018年汉江流域陕西段降水时空特征分析赵爱莉1张晓斌2，郝改瑞34，李抗彬4(1.山西汾河流域管理有限公司，山西太原030002;2.运城学院，山西运城044000;3.西安理工大学，陕西西安710048;4.西安兰特水电测控技术有限责任公司，陕西西安710043)摘要：基于1971 -2018年汉江流域陕西段27个气象站点的逐日降水数据，选择了年降水量、降水强度、最大日降水量、年降水日数、中雨日数和大雨日数6个降水指数分析其降水时空特征，分析方法包括线性估计法、小波分析法、滑动均值法、IDW空间插值法及Man-Kendall检验法。

结果表明:在研究时段内，汉江流域陕西段降水强度有缓慢增加趋势，其余/个降水指数均呈缓慢减小趋势，且6个降水指数的变化趋势均不显著;研究区域仅年降水日数无突变点，且在199/年后呈现显著减小趋势,其余降水指数均有突变点;年降水量有7 a的副周期和27 a左右的主周期，主周期有3个循环交替，且丰、枯交替突变点在1983和2000年。

汛期降水量与年降水量周期基本一致，而非汛期有4和16 a两个副周期和1个28 a的主周期;年降水量空间分布呈现由北到南逐渐增大的趋势，除了年降水日数的高值中心在宁强县外，其余/个降水指数的高值中心均在镇巴县，而低值中心除了降水强度在太白县外其余的均在商县。

在研究时段内各年代际降水指数的比较中,1971 -2018年的年降水量、降水强度和年降水日数均仅次于最大值，预计未来极端降水事件可能更加频繁，严重的情况下会影响水生态、水环境、水安全等的健康发展。

关键词：降水指数；时空特征；小波分析；M a n-Kendall检验；汉江流域陕西段中图分类号：TV12/;P426.61 +3 文献标识码：A文章编号：1672-643X(2020)06-0080-08Spatial and temporal characteristics of precipitation in Shaanxi section ofHanjiang River Basin during 1971 -2018ZHAO Aili1,ZHANG Xiaobin2,HAO Gairui34,LI Kangbin4(1. Limited Com pany of Shanxi Fenhe River Basin Administration，aiyuan03Q002,China； 2.Yuncheng University，Yuncheng044Q Q0，China；.XV an U niversity of Technology y X i'n110044，China；.XV an LandW ater and Electricity M easurem ent ann Control Co. ，L t.，X i an710043, China )Abstract：Based on the daily precipitation data of27 meteorological stations in Shaanxi section of Han­jiang River Basin from 1971 to2018 ,six precipitation indexes including annual precipitation,precipitati­on intensity，maximum daily precipitation，annual precipitation days，moderate rainfall days and heavyrainfall days were s e lected to analyze the spatial and temporal characteristics of precipitation in this areausing linear trend，wavelet analysis，moving average，IDW spatial interpolation and Mann- Ken rupt test methods.The results showed that the precipitation intensity in Shaanxi section of Hanjiang Basin presented a slow increasing trend,whereas the other five precipitation indexes presented a slow de­creasing trend，but all the changes were insignificant.There were abrupt points in all the indexes exceptannual precipitation days，showing a remarkable decreasing trend after199/. Annual precipitation secondary cycle of7 a and a main cycle of about27 a consisted of three alternative dry- w the occurrence of abrupt points in 1983 and2000. The precipitation cycle in the flood season was ent with that in non-flood season，but the non-flood period had two secondary cycles of4 a，16 a and amain cycle of28 a.The spatial distribution of precipitation showed a progressive increasing trend fromnorth to south.Except for the high value center of annual precipitation days in Ningqiang County,that of收稿日期：2020- 03- 17;修回日期：2020- 07- 01基金项目：山西省水利厅科技项目（TZ2019026);运城学院博士科研项目（YQ - 2020003);国家自然科学基金项目(187921/)作者简介:赵爱莉（1977-)，女，山西万荣人，本科，工程师，主要从事流域治理及水文水资源方面研究。

第34卷第1期2023年1月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCEVol.34,No.1Jan.2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.01.003江汉平原水域空间格局时空演变特征及其驱动因素分析唱㊀彤,郦建强,郭旭宁,李云玲(水利部水利水电规划设计总院,北京㊀100120)摘要:为从景观生态角度揭示江汉平原水域空间变化和影响因素,利用GIS 和生态统计技术,通过土地利用转移㊁空间自相关㊁景观指数和冗余分析等方法,对2000 2020年江汉平原水域空间格局演变及其驱动因素进行研究㊂结果表明:2000 2020年,由于人造地挤占耕地㊁耕地挤占水域空间,江汉平原水域面积减少了36%;水域全局和局部莫兰指数变化明显,边界密度急剧减小,四湖流域等局部水域空间聚集度和连通性显著下降;降水㊁气温以及耕地和人造地解释了水域景观变化的45.8%,其中降水和气温影响微弱,连片耕地侵占是水域面积减少的主要原因之一,人造地对水域破碎化贡献更大更直接㊂2000年以来江汉平原水域面积变化显著,分布趋于破碎,形状复杂度和连通性降低,表征农业活动和城镇化的耕地和人造地对水域景观格局影响更为剧烈㊂关键词:水域空间;空间自相关;景观格局演变;冗余分析;江汉平原中图分类号:X24;P96㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)01-0021-12收稿日期:2022-09-15;网络出版日期:2023-02-03网络出版地址:https :ʊ /kcms /detailʊ32.1309.P.20230203.1104.002.html 基金项目:国家重点研发计划项目资助(2018YFC0407206)作者简介:唱彤(1983 ),女,北京人,高级工程师,博士,主要从事水利规划与河流生态方面研究㊂E-mail:comechang@水域空间是水流系统的载体[1],不仅与水生态系统关系密切,还发挥着滞蓄洪水㊁水资源供给㊁水景观营造㊁水文化传承和改善区域小气候等重要作用㊂人类自古逐水而居,对河湖系统的改造也从未停止㊂无论围湖造田还是退耕还湖㊁沟通水系,都在不同时代背景下发挥着特定作用,也体现了不同时代人们的自然观以及对经济㊁社会等规律的理解㊂认识水域空间格局㊁演变过程及其与人类活动的因果关系,对水域空间功能发挥㊁保护和修复以及支撑经济社会可持续发展意义重大㊂空间格局又称景观格局,是土地利用或景观的结构组成特征和在空间上的排列和配置关系[2],决定着资源和物理环境分布形式和组合[3],与景观中的物理㊁化学㊁生态等过程密切相关㊂景观格局决定着区域生态安全格局[4-6],对抗干扰能力㊁恢复能力㊁系统稳定性和生物多样性有深刻影响[7]㊂不少研究从景观生态学角度对湖泊湿地㊁海岸景观㊁流域景观㊁绿色基础设施等的空间分布特征进行讨论[8-11],定量描述景观要素分布的时空演变过程,并寻求驱动景观格局变化的自然或人为因素[12-13],为原有自然或人工景观的保护修复与利用提供重要基础和科学依据[14-15]㊂江汉平原历来以湖沼众多闻名,是古云梦泽的主要组成部分㊂由于泥沙不断淤积和围垦活动,江汉平原湖泊面积持续萎缩㊂根据相关文献资料[16-17],湖泊面积从清末民初的约26000km 2,缩减至新中国成立之初的约8500km 2,经历了20世纪50 70年代3次大规模围湖造田,70年代末湖泊面积锐减至2373km 2㊂东荆河上连汉江下通长江,是汉江下游唯一的分流河道,对汉江分洪起着重要作用,由于水土流失导致的河道淤积和河道沿线取用水活动,东荆河萎缩非常严重,个别年份几近断流,水环境容量降低和水生态系统受损等问题也随之而来㊂不少研究对江汉平原河湖水系演变进行讨论㊂贾敬禹[18]梳理了江汉平原河湖水系近2000a 的演变历程;魏显虎等[19]认为人类活动的强弱直接影响湖泊水域变化;冯莞舒等[20]对江汉湖群衰减聚集区域进行探测,认为衰减主要发生在以传统粗放型生产方式为主的农村地区;还有学者对区域内湿地㊁耕地等土地利用类型的变化进行了分析讨论[21-23]㊂已有研究较少从景观格局角度对江汉平原水域格局总体演变进行分析,并定量讨论水域景观变化的影响因素㊂22㊀水科学进展第34卷㊀本文从土地利用变化入手,对江汉平原2000 2020年土地利用状况和水域景观格局指数进行分析,定量讨论江汉平原水域空间转移状况㊁空间自相关关系以及景观指数的时空变化等;考虑自然和人类活动影响,分析水域空间演变的驱动因素㊂研究结果可为江汉平原水域空间保护与恢复和可持续发展提供科学依据㊂1㊀研究区域与研究方法1.1㊀研究区域江汉平原地处湖北中南部,西起枝江和当阳,东迄黄梅和阳新,北至荆门和钟祥,南与洞庭湖平原相连,由长江与汉江冲积而成,面积约4.7万km2,是长江中下游平原的重要组成㊂江汉平原属亚热带季风气候,温暖湿润㊁雨热同期㊁热量充足㊂年均气温约17ħ,10ħ以上活动积温为5100~5300ħ,年均降水量为1100~1300mm㊂区域地势平坦,海拔多在50m等高线以下,水网交织,湖泊星罗棋布,是湖北经济社会发展的核心区域和中国重要商品粮基地㊂江汉平原位置示意如图1㊂图1㊀江汉平原位置示意Fig.1Location of the Jianghan Plain1.2㊀数据来源与处理采用数据包括30m精度土地利用数据㊁降水和气温数据㊂土地利用数据来自中国发布的2000年㊁2010年和2020年3期全球地表覆盖(GlobeLand30)数据产品(http:ʊ/),该产品主要采用美国陆地资源卫星(Landsat)的TM5㊁ETM+㊁OLI多光谱影像和中国环境减灾卫星(HJ-1)30m多光谱影像和高分一号(GF-1)多光谱影像研制而成,数据总体精度在83.5%以上㊂对研究区数据进行随机抽样,通过野外调研开展分类数据验证,数据分类精度在90%以上,能够满足研究需要㊂研究区共涉及耕地㊁林地㊁草地㊁灌木地㊁湿地㊁水体㊁人造地和裸地8种土地类型,其中,人造地指由人工建造活动形成的地表,包括城镇等各类居民地㊁工矿㊁交通设施等㊂考虑本文以水域空间为主要研究对象,将湿地和水体合并成为水域空间;其余土地利用类型含义如表1所示㊂降水和气温数据来自中国1km分辨率逐月降水量和平均气温数据集(1901 2020年)[24-25]㊂㊀第1期唱彤,等:江汉平原水域空间格局时空演变特征及其驱动因素分析23㊀表1㊀土地利用类型及其含义Table 1Land use types and its description土地利用类型含义耕地用于种植农作物的土地,包括水田㊁灌溉旱地㊁雨养旱地㊁菜地㊁牧草种植地㊁大棚用地㊁以种植农作物为主间有果树及其他经济乔木的土地,以及茶园㊁咖啡园等灌木类经济作物种植地林地乔木覆盖且树冠盖度超过30%的土地,包括落叶阔叶林㊁常绿阔叶林㊁落叶针叶林㊁常绿针叶林㊁混交林以及树冠盖度为10%~30%的疏林地草地天然草本植被覆盖,且盖度大于10%的土地,包括草原㊁草甸㊁稀树草原㊁荒漠草原以及城市人工草地等灌木地灌木覆盖且灌丛覆盖度高于30%的土地,包括山地灌丛㊁落叶和常绿灌丛,以及荒漠地区覆盖度高于10%的荒漠灌丛水域位于陆地和水域交界带,有浅层积水或土壤过湿的土地,多生长有沼生或湿生植物,包括内陆沼泽㊁湖泊沼泽㊁河流洪泛湿地㊁森林/灌木湿地㊁泥炭沼泽㊁红树林㊁盐沼等;陆地范围液态水覆盖区域,包括江河㊁湖泊㊁水库㊁坑塘等人造地由人工建造活动形成的地表,包括城镇等各类居民地㊁工矿㊁交通设施等,不包括建设用地内部连片绿地和水体裸地植被覆盖度低于10%的自然覆盖土地,包括荒漠㊁沙地㊁砾石地㊁裸岩㊁盐碱地等1.3㊀研究方法1.3.1㊀土地利用动态转移分析土地利用转移矩阵是系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述[26],是将研究期始末土地利用结构和转移面积以二维矩阵的形式表达,既能反映研究区某时间节点的地类结构与面积,还能分析研究期始末地类的转入转出情况,揭示土地利用格局的时空演化过程㊂数学表达如式(1)所示㊂S =S 11S 1n ︙⋱︙S n 1S nn éëêêêùûúúú(1)式中:S 为研究期始末土地利用状况;S ij 为研究期内土地类型i 转换成土地类型j 的面积;i ,j =1,2, ,n ,n 为土地利用类型数㊂本文通过空间相交计算,得到不同时段土地利用转移状况㊂1.3.2㊀空间自相关分析空间自相关分析是研究邻近位置属性相关性的空间统计学方法,是针对某种特征属性,对某空间单元与其周围单元间进行的空间自相关程度计算,以分析这些空间单元在空间上的离散或聚集等分布特性㊂以全局自相关和局部自相关揭示研究区的整体特征和局部分异㊂全局自相关是对变量空间聚集特征的综合评价,以全局莫兰指数(Global Moranᶄs I )表征,计算公式如式(2)所示[27]㊂局部自相关表达局部区域的聚集现象或异常值,描述空间分异规律,以局部莫兰指数(Anselin Local Moranᶄs I )表征,计算公式如式(3)㊁式(4)所示[28]㊂I =m ðmi =1ðmj =1w ij (x i -x )(x j -x )/[ðmi =1ðmj =1w ij ðmi =1(xi-x )2](2)式中:I 为全局莫兰指数;m 为区域空间单元总数;x i 和x j 分别为随机变量x 在地理单元i 和j 上的属性值;x =1m ðmi =1x i,为m 个空间单元样本属性值的平均值;w ij 为区域i ㊁j 的邻接空间权重矩阵,表示空间对象的邻接关系㊂当区域i ㊁j 相邻,w ij =1,反之w ij =0㊂I 的取值范围为[-1,1],I >0表示空间正相关,即具有空间聚集性;I <0表示空间负相关,即不具空间聚集性;I 接近于0表示不存在空间自相关性也即随机分布㊂I i =x i -x s 2i()ðmj =1,j ʂiw ij(x j-x )(3)s 2i=ðmj =1,j ʂi(x j -x )2/(m -1)(4)24㊀水科学进展第34卷㊀式中:I i为局部莫兰指数,当I i值为正时表示存在高值(或低值)空间聚集,I i值为负时表示不相似值的空间聚集㊂根据土地利用数据精度和水域平均斑块面积,综合考虑尺度效应,选取6kmˑ6km网格单元划分1674个网格,计算每个网格内的水域面积,并与网格面积相除得到不同时期水域面积率网格图㊂计算水域面积率全局莫兰指数和局部莫兰指数,分析是否存在空间集聚或异常值及其出现的位置㊂1.3.3㊀景观格局分析在类型尺度上,选取景观面积比例(P LAND)㊁边界密度(D E)㊁景观分裂度(I L D)和聚合度(I A)等景观指数,定量描述水域空间面积㊁形状㊁空间聚散度和连通性等特征,揭示江汉平原水域景观空间分布状况㊂其中,P LAND表示景观中某类型斑块的面积占整个景观面积的百分比;D E表征景观形状复杂程度,数值越大形状越复杂;I L D表征景观中不同斑块分布的分离程度,反映景观的破碎化状况,数值越大景观聚集度越低;I A表征景观斑块间的连通性,数值越小景观越离散㊂各景观指数的数学表达见文献[6,15]㊂在6kmˑ6km 网格图内,计算各网格的水域景观指数,采用反距离加权插值法(IDW)对景观指数进行空间插值,得到不同时期江汉平原水域景观指数的空间分布㊂2㊀结果与分析2.1㊀江汉平原水域空间转换变化过程在研究时段内,江汉平原水域空间发生了较大变化,通过土地利用转移矩阵(表2 表4)可知,2000 2010年,水域面积减少最多,为982km2,减少比例为13%,向耕地转移净面积最多,为806km2;耕地和人造地面积均有所增加,分别为528km2和589km2,其中,耕地增加主要来自林地和水域的转入,人造地增加主要来自耕地的转入,面积为510km2㊂2010 2020年,水域面积加速减少,减少面积1741km2,仍然主要转向耕地,转为耕地的净面积为1834km2;耕地面积数量减少不多,为140km2,但存在明显的水域转为耕地㊁耕地转为人造地的转换路径;人造地增加了2393km2,面积是2010年的近2倍㊂经过20a土地利用演变,江汉平原人造地面积增加近3000km2,是2000年的2.5倍,耕地面积略有增加,增加比例为1%,主要通过耕地转为人造地㊁再由水域空间补给耕地的方式实现㊂2000 2020年江汉平原水域转向耕地和由耕地转为人造地的面积分布如图2所示㊂水域向耕地转移较为集中的地区为洪湖㊁仙桃等;耕地向人造地的转移分布较广,在沿江局部河段和都市圈附近存在聚集现象,在其他区域呈较均匀的离散分布㊂表2㊀2000 2010年江汉平原土地利用转移矩阵Table2Land use transition matrix of the Jianghan Plain in2000 2010单位:km2土地利用类型耕地林地草地灌木地水域人造地裸地2000年合计耕地31898.0234.397.10.21058.0837.70.234125.5林地480.01596.754.20.4139.051.20.12321.6草地84.0133.7372.70.134.938.90664.2灌木地0.30.40.1 2.4000 3.2水域1863.5228.988.805363.831.312.07588.4人造地327.713.818.0010.31625.001994.9裸地0.10.100000.30.5 2010年合计34653.62208.0631.0 3.16606.12584.012.646698.2㊀第1期唱彤,等:江汉平原水域空间格局时空演变特征及其驱动因素分析25㊀表3㊀2010 2020年江汉平原土地利用转移矩阵Table3Land use transition matrix of the Jianghan Plain in2010 2020单位:km2土地利用类型耕地林地草地灌木地水域人造地裸地2010年合计耕地31213.0269.097.90.3715.72354.0 3.734653.6林地370.71380.4141.20.4182.3114.318.82208.0草地119.064.6285.10.168.094.20631.0灌木地 1.40.700.9000 3.1水域2549.220.629.303879.6121.0 6.46606.1人造地260.5 6.08.4016.02293.102584.0裸地0.20.200 3.808.412.6 2020年合计34513.91741.5561.9 1.64865.34976.637.346698.2表4㊀2000 2020年江汉平原土地利用转移矩阵Table4Land use transition matrix of the Jianghan Plain in2000 2020单位:km2土地利用类型耕地林地草地灌木地水域人造地裸地2000年合计耕地30490.3291.4112.60.2467.22748.415.534125.5林地570.51255.8114.20.3118.8259.6 2.32321.6草地136.998.9255.90.163.5109.00664.2灌木地 1.40.70 1.00.100 3.2水域3045.985.366.504203.5168.019.27588.4人造地268.89.312.7012.31691.701994.9裸地0.10.100000.30.5 2020年合计34513.91741.5561.9 1.64865.34976.637.346698.2图2㊀2000 2020年江汉平原水域转为耕地和耕地转为人造地的面积分布Fig.2Spatial distribution of water area changed to farmland and farmlands changed to artificial surface on the Jianghan Plain in 2000 20202.2㊀江汉平原水域空间自相关动态变化在P=0.01的显著水平下,2000年㊁2010年和2020年江汉平原水域全局莫兰指数分别为0.563㊁0.566和0.421,江汉平原整体上存在水域面积率高值与高值聚集㊁低值与低值聚集的空间聚类现象㊂2000 2010年全局莫兰指数基本维持稳定,2010 2020年自相关程度有所减弱,说明水域面积率高低值的聚集程度有26㊀水科学进展第34卷㊀所降低,相邻区域水域空间趋同性正在下降㊂水域局部空间自相关特征如图3所示,统计聚集与异常值类型网格数量,结果如表5所示㊂2000 2020年,江汉平原水域空间不相关的网格数量有所增加,增加比例为9%㊂水域空间高值聚集的网格数量持续减少,近20a减少了约1/4,且前10a的减少速度更快㊂水域空间低值被高值包围的网格数量有所增加,且随时间推移从主要分布在高值聚集区域周边逐渐向区域内部延伸,表明水域空间连通性正在减弱,破碎度正在增加,且2010 2020年表现更为突出㊂低值聚集的网格数量略有减少,从空间分布看,低值聚集区从2000年主要分布在江汉平原南北侧边缘演变成向江汉平原腹地发展,特别表现在四湖流域等㊂图3㊀2000 2020年江汉平原水域空间LISA聚集图Fig.3LISA cluster map of water area on the Jianghan Plain in2000 2020表5㊀2000 2020年江汉平原水域空间自相关类型统计Table5Types of the spatial autocorrelation of the water area on the Jianghan Plain in2000 2020单位:个年份不相关高值聚集高值被低值包围低值被高值包围低值聚集2000年8982364374992010年9571833394922020年9801763554602.3㊀江汉平原水域空间格局动态变化特征江汉平原类型尺度水域景观指数计算结果如表6所示㊂2000 2020年,江汉平原水域面积率(P LAND,W)和边界密度(D E,W)持续下降,且后10a下降更快;水域面积率从16.2%下降为10.4%,水域面积减小为原来的约60%;水域边界密度降为原来的约40%,水域形状复杂度明显降低,水域边界趋于简单化或规整化㊂水域景观分裂度指数(I LD,W)变化不大,水域破碎度基本维持原有状态㊂水域聚合度指数(I A,W)略有增加,表明水域连通性有所增加㊂从整体看,近20a水域面积持续减少,水域边界趋于简单化和规整化,连通性略有增加㊂表6㊀2000 2020年江汉平原水域景观指数Table6Landscape metrics of water area at class level on the Jianghan Plain in2000 2020年份P LAND,W/%D E,W/(m㊃ha-2)I LD,W I A,W/%2000年16.212.90.998894.02010年14.110.10.997394.62020年10.4 5.90.998595.7㊀第1期唱彤,等:江汉平原水域空间格局时空演变特征及其驱动因素分析27㊀㊀㊀通过景观指数插值计算,得到江汉平原水域面积率㊁水域景观分裂度指数和水域聚合度指数的空间分布㊂水域面积率空间分布状况如图4所示,小于10%的区域在2000年主要分布在江汉平原边缘区域及天门㊁潜江东部㊁监利北部和汉川西南部的一些区域,2010年扩展到潜江全域和江陵部分区域,到2020年,扩展趋势大大增加;水域面积率小于5%的区域在江汉平原中西部连片分布;水域面积率在20%~40%的区域,从2000年的呈带状贯通式分布演变为2020年的面积缩减为原来的约一半,且呈相对离散分布;水域面积率在40%和60%以上的区域面积2020年较2000年分别减少了76%和95%㊂水域面积率网格数量统计如表7所示㊂图4㊀2000 2020年江汉平原水域面积率空间分布Fig.4Spatial distribution of percentage of water area on the Jianghan Plain in2000 2020表7㊀不同水域面积率网格数量统计表Table7Grid number of rates of water area年份P LAND,W<10%20%<P LAND,W<40%P LAND,W>40%P LAND,W>60%2000年222661054824303962010年25904741920175772020年30984527959713㊀㊀水域景观分裂度指数空间分布如图5所示,变化主要发生在2010 2020年,数值趋近于1的区域面积显著增加且连片分布,表明原有的水域聚集分布区域正在萎缩或消失,以四湖流域㊁仙桃以及武汉市部分区域等最为显著㊂江汉平原局部区域水域空间正向分布更加离散和破碎的方向演变㊂水域聚合度指数空间分布如图6所示,2000年江汉平原大部分区域聚合度指数在60%以上;2000 2010年间,中西部部分区域聚合度略有下降,水域连通性有所降低;2010 2020年聚合度下降趋势显著,以仙桃㊁汉川㊁天门以及四湖流域等为主要区域,连通性显著减弱,破碎度增加㊂图5㊀2000 2020年江汉平原水域景观分裂度指数分布Fig.5Spatial distribution of Landscape Division Index of water area on the Jianghan Plain in2000 202028㊀水科学进展第34卷㊀图6㊀2000 2020年江汉平原水域聚合度指数分布Fig.6Spatial distribution of Aggregation Index of water area on the Jianghan Plain in2000 20203　江汉平原水域空间格局演变的影响因素分析水域景观格局是自然和人为因素共同作用的结果[29]㊂江汉平原地势相对平坦低洼,地理空间异质性不明显,选取对水域空间产生直接影响的降水和气温作为自然因素㊂江汉平原自古是鱼米之乡,是中国重要的粮食主产区和著名的水产区,同时又是湖北省经济社会和文化发展的核心区域,人口密集,人类活动剧烈,考虑人类活动与土地状况的密切联系,以耕地和人造地演变表征农业生产㊁城镇化进程和经济社会发展等人类活动,作为人为因素㊂采用6kmˑ6km网格图,以网格内的降水㊁气温以及耕地和人造地的面积率㊁连通性和景观分裂度指数作为解释变量,以水域面积率㊁聚合度指数和景观分裂度指数作为响应变量,选取水域面积占比较高或面积变化较大的743个网格为样方,通过冗余分析寻求水域空间格局演变的驱动因素㊂结果显示,在P=0.002的显著水平下,降水㊁气温以及耕地和人造地变化共解释了45.8%的水域空间景观数据㊂通过方差分析,识别自然和人为因素各自的贡献率以及共同作用的贡献率,结果表明,在P=0.002的显著水平下,降水和气温的单独效应为2.3%,耕地和人造地的单独效应为44.3%,共同作用部分为0.8%㊂由于自然因素作用十分微弱,为进一步明确人类活动的影响,以耕地(A g)和人造地(A r)景观指数为解释变量,以降水和气温为协变量,通过偏冗余分析,在剔除降水和气温影响后,得到耕地和人造地对水域空间的影响㊂结果表明,在P=0.002的显著水平下,前2个约束轴解释了44.5%的水域空间景观数据方差,形成的双序图如图7所示㊂水域空间面积率与连通性呈正相关,即水域面积率越大,连通性越高;聚散程度与面积率和连通性存在负相关关系,即水域景观越破碎,连通性越弱,水域面积率也越低㊂耕地与水域景观具有明显的相关关系,在耕地面积率(A g-P LAND,W)和连通性(A g-I A,W)变化梯度轴上,最适值排序为水域空间分裂度>连通性>水域面积率,表明耕地面积率和连通性与水域面积率和连通性呈负相关,且对水域面积率的影响最大,其次为水域连通性;从耕地分裂度(A g-I LD,W)变化梯度轴看,耕地分布越离散则水域面积率越大㊁连通性越强,且根据水域景观指数在耕地分裂度梯度轴上的投影距原点距离,离散分布的耕地对水域面积率的作用较对水域连通性的作用更显著㊂人造地面积率(A r-P LAND,W)㊁连通性(A r-I A,W)和分裂度(A r-I LD,W)指数箭头间的夹角均小于90ʎ,呈正相关关系,且作用相对集中,在人造地3个景观指数梯度轴上,水域空间格局最适值的排序为景观分裂度>连通性>水域面积率,且人造地景观指数与水域空间破碎程度呈较强的正相关,与水域面积呈较强的负相关,表明人造地大面积连片分布,直接影响区域的水域面积率,并导致水域景观相对破碎和离散分布㊂㊀第1期唱彤,等:江汉平原水域空间格局时空演变特征及其驱动因素分析29㊀图7㊀江汉平原水域景观与耕地和人造地的冗余分析排序Fig.7Redundancy analysis ordination of water landscape with farmland and artificial surface on the Jianghan Plain㊀㊀湖泊是抵御湖区洪水的第一道天然屏障,湖泊面积减少必然带来蓄滞洪能力的减弱㊂根据潘方杰等[30]建立的江汉平原湖泊水面与可调蓄水量的相关关系,湖泊面积减少使得可调蓄水量减少近40%;如针对典型洪水,需考虑来水过程㊁预留湖泊容积㊁优化调度以及湖泊周边水利工程设施等对流域防洪的综合影响,进一步开展深入研究㊂此外,受数据精度限制,除已知垸堤外,宽度远小于30m的未知垸堤难以体现在现有尺度研究中,可能造成对水域破碎程度㊁连通性等的评价趋于乐观,后续将加强对垸堤数据的更新并开展更小尺度水域格局演变分析㊂江汉平原洲滩民垸众多,作为流域防洪体系的重要组成部分,发挥着行蓄洪水的作用,根据耕地㊁人造地对水域空间影响分析结果,从防洪安全角度出发,应持续推进洲滩民垸实施单退(退人不退地)和双退(退人退地),巩固退垸行洪成效,提升防洪能力㊂随着武汉 1+8 城市圈的发展,江汉平原城市化进程将进一步加速,人类活动强度也将进一步加大㊂考虑水域空间格局演变特征,应厘清耕地㊁水域和人造地的空间关系,按照 四水四定 原则,严格控制城市发展边界,严守耕地保护红线,严格划定与管控水域空间㊂城市建设应遵循低影响开发原则,维持水域空间的连通性和完整性,同时强化土地利用规划的作用,提高城市土地利用率㊂4㊀结㊀㊀论本文基于GlobeLand30全球地表覆盖数据,分析水域空间转移状况㊁水域空间自相关状况以及水域景观指数时空变化,揭示江汉平原水域空间时空演变特征,并结合降水和气温数据,识别影响水域空间演变的关键驱动因素㊂主要结论如下:(1)2000 2020年,江汉平原水域面积减少约2700km2,占水域总面积的36%,主要被耕地侵占,而耕地面积基本没变的原因是一部分耕地面积又转为人造地㊂快速的城市化进程使得人造地面积在20a间增长了约2.5倍,新增面积约90%是通过间接侵占水域空间的方式实现,即人造地挤占耕地㊁减少的耕地面积通过挤占水域空间补足㊂围湖造田一直是影响江汉平原湖泊演变的主要因素之一,然而最近20a在围湖造田表象的背后又呈现新的变化㊂(2)江汉平原水域面积萎缩与聚集性㊁连通性减弱和形状简单化趋势相互伴随㊂水域全局自相关程度明显减弱,水域空间聚集分布面积减少约1/4;边界密度降为原来的约40%,中西部区域水域景观分裂度指数和聚合度指数变化明显,水域空间趋于离散和破碎化㊂水域景观阶段性特征明显,2000 2010年,水域面积减少近13%,水域形状复杂度略有降低,局部水域空间破碎化和连通性降低趋势有所发展;2010 2020。