基于DFI-SE方法的黄土高原径流延迟贡献时空异质性解析及其水文管理意义

本研究针对黄土高原水短缺地区径流组分分离的难题，创新性结合样本熵(SE)与延迟流指数(DFI)，提出DFI-SE方法自动优化Nmax 参数，解析无定河流域(1977-2020)风蚀沙区(WESAs)与黄土区(LAs)短(DS )、中(DI )、长(DL )延迟及基流(DB )的时空演变特征，发现WESAs以DB (40%)为主导而LAs以DS (43%)为主，为干旱区水资源管理提供新范式。

　　

黄土高原作为全球最大的黄土沉积区，其独特的水文过程长期面临两大挑战：一是干旱半干旱气候下水资源极度短缺，二是"退耕还林"工程实施后植被恢复显著改变了原有水文格局。传统基流分离方法如数字滤波法存在参数主观性强、忽略多组分延迟贡献等缺陷，而物理模型与同位素示踪又受限于数据稀缺和成本高昂。尤其在水土流失严重的无定河流域，风蚀沙区(WESAs)与黄土区(LAs)截然不同的下垫面特性导致径流生成机制复杂，亟需发展能捕捉时空异质性的新方法。

长安大学水文地质团队Zibo Xu等人在《Journal of Hydrology》发表研究，提出DFI-SE融合方法：通过样本熵量化延迟序列稳定性，自动确定最优N_max
参数(69-105天)，突破传统DFI方法固定N_max
=60天的局限。基于1977-2020年流域8个水文站数据，将径流分解为D_S
(短延迟)、D_I
(中延迟)、D_L
(长延迟)和D_B
(基流)四组分，揭示WESAs与LAs的显著差异：WESAs以D_B
(40%)和D_I
(41%)为主，反映优先流缓慢补给；LAs则D_S
占比43%，易引发洪水。

关键技术方法
研究整合样本熵(SE)收敛准则与延迟流指数(DFI)框架，通过SE曲线拐点确定BP₁
(3-5天)和BP₂
(15-22天)阈值，划分四类延迟组分。采用Mann-Kendall趋势检验分析1977-2020年径流变化，结合"退耕还林"工程阶段对比植被恢复的水文效应。

研究结果

DFI-SE参数确定
HJM站N_max
最小(69天)，其他站82-105天。BP₁
反映快速响应(3-5天)，BP₂
区分中长延迟(15-22天)，证实方法在稀疏站点区域的适用性。

空间异质性
WESAs中D_B
贡献达40%，是LAs(13%)的3倍，凸显沙区地下水维持旱季河流的关键作用；LAs的D_S
(43%)与D_L
(19%)更高，指示密集优先流路径促进快速产流。

季节动态
WESAs提供95%旱季基流(D_I
48%+D_B
39%)，LAs雨季D_S
激增至68%，印证两类区域互补的水文功能。

长期趋势
1997年后流域总径流下降6.25%，但D_L
增加反映植被恢复延长包气带水流路径，D_B
上升佐证地下水补给改善。

结论与意义
DFI-SE方法首次实现黄土高原径流多组分延迟贡献的精准量化，揭示WESAs作为"地下水银行"与LAs"洪水发生器"的二元格局。尽管植被恢复增加基流，但水资源总量下降警示需平衡生态建设与地下水可持续利用。该研究为全球干旱区流域管理提供方法论创新和实证范式，尤其对"亚洲水塔"等敏感区水文调控具有启示价值。