了解巴拉圭河的水文情况，以支持对世界最大热带湿地的可持续管理

《Ecohydrology & Hydrobiology》：Understanding Paraguay River hydrology to support sustainable management of the world's largest tropical wetland

　　摘要
巴拉圭河是潘塔纳尔湿地（世界上最大的热带洪泛区）的主要水文轴线，在上游巴拉圭河流域（UPB）的水动力和生态功能中扮演着关键角色。本研究评估了沿巴拉圭河及其周边地区的六个河流测量站的水位时空变化特征，这些站点分别为：卡塞雷斯（Cáceres）、库亚巴（Cuiabá）、北贝拉维斯塔（Bela Vista do Norte）、拉达里奥（Ladário）、科英布拉堡（Forte Coimbra）和波尔图穆尔蒂尼奥（Porto Murtinho）。研究使用了巴西海军提供的每日水位数据（CHN-6），进行了描述性分析、持续性分析、多变量分析、频谱分析、历时曲线分析、热图分析、异常值分析以及聚类分析。为了考虑序列相关性，采用了Mann-Kendall检验对原始数据进行趋势删除预白化处理（TFPW）后，再分析长期趋势，并利用Sen斜率来量化变化幅度。

结果显示出与潘塔纳尔年度洪水脉冲相关的水文季节性特征以及数据中的强烈时间持续性。北贝拉维斯塔站的水文稳定性最高，而波尔图穆尔蒂尼奥站的水文幅度最大，且受到上游水流的强烈影响。经过趋势删除预白化处理后，在卡塞雷斯和库亚巴站检测到年度水位的显著长期下降趋势，其Sen斜率分别为-0.0234和-0.0191米/年。相比之下，北贝拉维斯塔、拉达里奥、科英布拉堡和波尔图穆尔蒂尼奥站未检测到明显的单调趋势。主成分分析（PCA）和聚类分析表明卡塞雷斯与库亚巴站之间存在高度相似性，而波尔图穆尔蒂尼奥站则表现更为独立。频谱分析和奇异谱分析（SSA）聚焦于低频季节性振荡的主导作用。这些发现有助于深入理解潘塔纳尔湿地的水文动态，并为上游巴拉圭河流域的水资源管理、环境监测和气候适应策略提供宝贵信息。

引言
潘塔纳尔湿地是世界上最大的热带洪泛区，是南美洲最重要的水文系统之一，对维护生物多样性、生态连通性、生物地球化学循环和区域水文调节发挥着基础性作用。该湿地的水文动态主要由巴拉圭河及其支流控制，这些河流的季节性洪水变化决定了沉积物输送、淹没范围以及潘塔纳尔平原的环境功能。负责为潘塔纳尔湿地供水的上游巴拉圭河流域（UPB）具有独特的地貌特征，包括较低的地形坡度、较高的水文连通性和较大的自然蓄水能力，从而有利于洪水波的缓慢传播和水文过程的强烈时间持续性（Wigley和Jones，1985；Collischonn等人，2001；Assine等人，2015；Pupim等人，2017；Bravo等人，2014；Save等人，2016；Bodas Terassi等人，2026）。

近几十年来，由于各种全球和区域性气候因素的影响，潘塔纳尔湿地的多个地区遭遇了频繁且持久的干旱，导致了严重的生态、水文和社会经济影响（Hoffmann和Jackson，2000；Marengo等人，2021；Marengo等人，2023；Ferreira等人，2024；Coelho等人，2025；Santos和Slater，2025）。在巴西，极端干旱事件通常与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）气候变异模式有关，这种模式会改变降水量模式和大陆的水文动态（Collischonn等人，2001；Assine等人，2015；Pupim等人，2017；Marengo等人，2023；Bodas Terassi等人，2026）。当连续几年的降水量低于气候平均值时，这些事件会更加严重（Bravo等人，2014；Pobocikova等人，2021）。此外，大西洋和太平洋的海表温度（SST）变化也显著影响上游巴拉圭河流域和潘塔纳尔湿地的水文过程（Save等人，2016；Thielen等人，2020；Santos等人，2024）。

巴拉圭河的水文状况还受到南美季风系统（SAMS）的强烈影响，该系统在阿根廷春季和夏季集中降水。湿干季节的交替决定了潘塔纳尔湿地的水文季节性，进而影响年洪水的发生时间、持续时间和强度（Wigley和Jones，1985；Collischonn等人，2001；Gomes等人，2022）。由于洪泛区的降水量低于潜在蒸发蒸腾量（ETP），区域水量平衡在很大程度上依赖于上游高原地区的补给（Bravo等人，2014；Save等人，2016）。然而，降水量与流量之间的关系并不总是线性的，特别是在受到人为干扰的流域中（Wigley和Jones，1985）。

除了全球气候因素外，土地利用和土地覆盖的变化也对塞拉多（Cerrado）地区的水文异常现象产生了重要影响，塞拉多占据了潘塔纳尔上游流域面积的约80%（Bravo等人，2014）。先前的研究发现，1977年至2010年间巴西塞拉多地区的降水量呈显著下降趋势，约71%的监测站降水量减少（Coelho等人，2025）。类似的现象也出现在南马托格罗索州的潘塔纳尔湿地，气候变化显著改变了该地区的降水量统计和概率特性（Pobocikova等人，2021）。1960年至2021年间，干旱季节及雨季初期总降水量和降雨天数均显著减少（Marengo等人，2023）。水文预测显示，到2050年，该地区长期流量将减少6.7%至8.7%，这与气候变化和森林砍伐过程有关（Ferreira等人，2024）。

上游巴拉圭河流域的高原地区土地利用和占用变化对下游洪泛区产生了显著影响，包括水流和沉积物流动的变化、湿地面积的减少以及水文连通性的改变（Collischonn等人，2001；Assine等人，2015；Bravo等人，2014；Pupim等人，2017；Save等人，2016；Thielen等人，2020；Costa Nunes等人，2025）。农业扩张、养牛业的推进以及塞拉多地区的森林砍伐加剧了该地区的水文脆弱性，进而影响了依赖水资源的生态系统和经济活动（Ferreira等人，2024）。降水量和流量模式的变化会改变潘塔纳尔湿地的淹没范围、季节性和持续时间（Collischonn等人，2001；Assine等人，2015；Pupim等人，2017；Caballero等人，2025）。在典型的洪水季节（12月至5月），潘塔纳尔湿地大约60%至80%的面积会被淹没（Collischonn等人，2001；Bravo等人，2014）。然而，基于遥感技术的最新研究表明，潘塔纳尔湿地的淹没面积显著减少，水文干旱现象加剧（Thielen等人，2020；Rasbold等人，2025）。

2019年至2021年间发生的极端干旱导致河流水位历史最低，引发了大规模野火、生态退化，并对航运、渔业、旅游业、农业和水资源供应造成了严重影响（Hoffmann和Jackson，2000；Collischonn等人，2001；Assine等人，2015；Bravo等人，2014；Pupim等人，2017；Thielen等人，2020；Marengo等人，2021；Marengo等人，2023；Ferreira等人，2024；Coelho等人，2025；Santos和Slater，2025）。热带地区的气候预测显示，温度升高、雨季开始时间推迟、雨季缩短以及部分上游巴拉圭河流域降水量减少，这些变化可能加剧水文干旱并影响潘塔纳尔湿地-巴拉圭河流域的系统功能（Hoffmann和Jackson，2000；Marengo等人，2023；Santos和Slater，2025）。

最新研究表明，上游巴拉圭河流域的水文变量表现出强烈的时间持续性和非平稳特性，这反映了气候变异性、洪泛区的水文连通性、蒸发蒸腾过程以及多年尺度气候振荡的共同作用（Hoffmann和Jackson，2000；Marengo等人，2021；Santos和Slater，2025；Coelho等人，2025）。相互连接的湿润环境和自然蓄水机制起到了水文调节作用，有助于缓解湿干季节之间的突变，从而促进了流域内的水文记忆过程（Santos和Slater，2025；Coelho等人，2025）。尽管潘塔纳尔湿地的季节性洪水脉冲和广泛的水文气候变异性已经得到充分认识，但当前仍缺乏关于长期水位记录在不同流域是否存在空间一致性或对比性的分析。本研究的新颖之处在于将多种长期监测方法整合应用于沿河流-洪泛区的六个站点。

因此，本研究旨在利用巴西海军的长期监测数据，分析沿巴拉圭河及其周边地区的水位时空变化特征。具体来说，我们通过多变量方法评估了各站点的水位变化趋势、时间依赖性以及站点间的相似性。由于分析对象是水位而非流量，因此站点间的差异并不直接对应于流量或流域尺度的水量平衡变化。

研究区域
研究范围涵盖位于巴西中西部的上游巴拉圭河流域（UPB），该区域包含支撑潘塔纳尔湿地的水系。区域水文动态受巴拉圭河及其支流的影响显著，这些河流的季节性水位波动决定了潘塔纳尔湿地的特征性洪水脉冲和水文连通性。

数据分析
对水位序列的分析显示，整个上游巴拉圭河流域存在明显的水位时空变化，这与潘塔纳尔的季节性洪水脉冲特征一致。站点间的差异源于各站点特有的河流水位行为，而非流量或流域尺度的直接差异（见表1）。北贝拉维斯塔站的平均水位最高，相对变异性最低。

讨论
研究结果表明，潘塔纳尔湿地的水文系统具有强烈的季节性、高水平的时间持续性和显著的空间变异性。这些特征反映了气候强迫、地貌控制、洪泛区水动力学以及水文连通性的共同作用，共同调节了这一世界最大热带湿地的功能。观测到的季节性模式证实了年度洪水脉冲对当地水文状况的显著影响。

结论
本研究利用分布在上游巴拉圭河流域的六个监测站点的长期水位记录，评估了巴拉圭河的水位时空变化、持续性和水文连通性。结果揭示了潘塔纳尔年度洪水脉冲对该地区水文制度的强烈控制作用，表现为明显的季节性、高水平的时间持续性和河流各站点间的强空间连通性。

机构隶属声明
本文的观点、解释和结论仅代表作者个人意见，不必然反映南马托格罗索联邦大学（UFMS）、阿拉戈斯联邦大学（UFAL）、矿业资源研究公司（CPRM）、巴西利亚大学（UNB）或巴西海军的观点。

伦理声明
本研究使用公开可获取的水文数据，未涉及人类参与或动物实验。

资助情况
本研究未获得外部资金支持。

作者贡献说明
Amaury de Souza：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、指导、软件使用、资源提供、方法论设计、调查实施、数据分析、概念化；
José Francisco de Oliveira Júnior：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、指导、软件使用、资源提供、方法论设计、调查实施、数据分析、概念化；
Marcus Suassuna Santos：调查实施、方法论设计。