长江上游（宜宾以上）径流和泥沙负荷的空间和时间异质性：来自支流水文数据的新视角

《Journal of Hydrology》：Spatial and temporal heterogeneity on runoff and sediment load in the upper Yangtze River (above Yibin): a new perspective from tributaries hydrologic data

本研究分析上游扬子江流域92个水文站1990年前及2006-2020年径流和泥沙负荷时空异质性，发现主流区负荷下降，西北高原区上升，人类活动为主要驱动因素，为流域管理提供依据。

　　本研究聚焦于长江上游（宜宾以上）地区径流与泥沙负荷的时空变化特征，探讨了气候变化与人类活动对不同支流的影响。该区域地处青藏高原与横断山脉交汇地带，地形复杂，气候条件多样，加之人类活动的密集影响，使得其径流与泥沙负荷的变化呈现出显著的区域差异。由于以往研究多集中于主干流，对支流的关注相对不足，导致对整个流域内径流与泥沙负荷时空异质性的认识仍存在较大空白。本研究通过分析长江上游地区92个水文站的长期观测数据，覆盖了两个主要时间段：1990年之前以及2006年至2020年期间，旨在揭示支流径流与泥沙负荷的变化趋势，并量化评估气候变化与人类活动的相对贡献。

研究发现，径流与泥沙模数的空间分布模式在两个时间段内表现出相似性，但其具体特征有所差异。泥沙模数的高值主要集中在金沙江与大渡河交汇处的下游区域，而四个主要河流（金沙江、大渡河、雅砻江和岷江）的源头地区则呈现出较低的泥沙模数。这一现象可能与不同区域的地形、植被覆盖、土地利用类型以及人类活动强度密切相关。例如，源头地区多为高山草甸和森林地带，土壤侵蚀程度较低，而下游区域由于人类活动的增加，如农业开发、道路建设、水电站建设等，导致泥沙输出量增加。

从时间变化趋势来看，研究区域内的大部分地区径流与泥沙模数均呈现出下降趋势，而在西北高原地区则出现了上升趋势。这种差异可能源于不同区域的气候条件与人类活动模式的不同。例如，西北高原地区可能由于降水增加或冰川融水补给增强，导致径流量上升。相比之下，其他地区由于气候变化导致降水减少、气温升高以及人类活动的加剧，如土地利用变化、森林砍伐、工程建设等，均对径流与泥沙模数的下降产生了重要影响。值得注意的是，这种变化趋势并非均匀分布，而是呈现出明显的空间异质性，说明在不同支流和不同区域，径流与泥沙负荷的变化可能受到不同的驱动因素影响。

人类活动被认为是影响支流径流与泥沙模数变化的主要因素。特别是水库和水电站的建设，对泥沙输出量的影响尤为显著。随着大型水利工程的不断推进，水文站的观测数据显示，泥沙输出量明显减少，这与水库拦截泥沙、改变河流流态、影响沉积物输移过程等因素密切相关。此外，农业开发、土地利用变化以及道路建设等人类活动也在一定程度上加剧了泥沙负荷的下降趋势。例如，一些支流地区的土地利用类型从自然生态系统转变为农业用地或城市建设用地，导致地表径流增加，土壤侵蚀加剧，但同时由于植被覆盖减少，泥沙输出量却呈现出下降趋势，这似乎有些矛盾，但可能与人类活动对河流流速、坡度、植被覆盖程度以及地表径流路径的改变有关。

研究还发现，尽管已有大量文献关注主干流的径流与泥沙变化，但对支流的研究仍较为有限。现有的研究多集中于少数几个水文站，且研究时间跨度不一，使得不同研究之间的结果难以进行直接比较。此外，许多研究仅对径流与泥沙变化趋势进行了描述，而缺乏对其成因的深入分析，尤其是对气候变化与人类活动贡献的定量评估。这种研究上的不足限制了我们对整个流域内径流与泥沙负荷变化机制的全面理解，也影响了区域水资源管理与生态保护策略的制定。

为弥补这一研究空白，本研究对长江上游地区的支流进行了系统性的分析。首先，构建了一个覆盖该区域所有主要支流的水文数据库，包括不同时间段内的径流与泥沙观测数据。其次，通过对比分析两个时间段内的径流与泥沙模数分布，揭示了其时空变化的特征。最后，采用双质量曲线方法，对气候变化与人类活动对径流与泥沙模数变化的相对贡献进行了定量评估。这种方法能够有效区分自然因素与人为因素对水文过程的影响，从而为流域管理提供科学依据。

本研究的发现对于理解长江上游地区的水文动态具有重要意义。首先，它有助于揭示该地区不同支流在径流与泥沙负荷变化上的异质性，从而为制定更具针对性的流域管理策略提供支持。其次，研究结果表明，气候变化与人类活动在不同支流中可能扮演不同的角色，这提示我们需要根据不同支流的实际情况，采取差异化的管理措施。例如，在泥沙模数下降显著的区域，应重点考虑土地利用优化、植被恢复等措施，以减少土壤侵蚀并提高水土保持能力。而在某些区域，如西北高原地区，泥沙模数的上升可能与冰川融水增加或降水模式变化有关，因此需要进一步研究其背后的驱动机制。

此外，本研究还强调了对支流进行全面研究的重要性。由于支流在流域中承担着重要的水文功能，其变化趋势可能对主干流的水质、水量以及生态系统稳定性产生深远影响。因此，加强支流研究不仅有助于更全面地理解整个流域的水文变化，还能够为区域水资源管理、生态保护和可持续发展提供更加科学的决策依据。例如，在支流地区实施更加精细化的水资源调控措施，可以有效减少泥沙输入主干流，从而改善下游地区的水质状况和水土保持能力。

在实际应用层面，本研究的结果可以为长江上游地区的土壤和水土保持政策提供参考。随着全球气候变化的加剧，极端天气事件的频率和强度可能会增加，这对流域内的水资源管理和生态保护提出了更高要求。因此，了解支流在不同时间段内的变化趋势，有助于预测未来可能发生的水文变化，并提前采取应对措施。例如，在泥沙模数下降的区域，可以加强生态修复工程，提高土壤的抗侵蚀能力；而在泥沙模数上升的区域，则需要加强水资源管理，防止泥沙淤积对下游地区造成不利影响。

综上所述，本研究通过系统性的分析，揭示了长江上游地区支流径流与泥沙负荷的时空变化特征，并量化评估了气候变化与人类活动的影响。这些发现不仅有助于深化我们对流域水文动态的理解，还能够为区域水资源管理、生态保护和可持续发展提供科学支持。未来的研究可以进一步拓展分析范围，纳入更多支流站点的数据，以提高研究结果的代表性与适用性。同时，结合遥感技术和地理信息系统，可以更加精确地模拟和预测支流径流与泥沙负荷的变化趋势，从而为流域管理提供更加全面的决策依据。