DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 海洋与陆地气水循环产生的河流，为人类的生活、生产提供流动的淡水、运输航道和可再生的清洁能源，其唯一的灾害是洪水泛滥。流域流失过多的泥沙，会引起河床淤积抬高和主流摆动，对水库、航道等各项兴利事业和防洪安全都不利。因此，河流的开发治理应与流域的水土保持工作一起进行。减少流域进入河流沙量的程度，以维持河口地区海岸线的稳定、河道的平衡输沙以及改善流域地区的生态环境为标准。水土保持工作的成效需通过按下垫面变化修正前期的水沙资料，才能在规划设计和管理运用工作中产生效益。 关键词 :河流，流域，开发治理，水土保持，效益 Copyright © 2020 by author(s) and Wuhan University. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 祖国的大好河山，河山往往是一个国家的象征，具有深远的内涵，而江河的治理实质上是河山的治理。江河位于山谷，其水沙均来自比它高的山地(流域)，其下游的平原就是它输送山地的泥沙冲积出来的。当平原冲积到一定高度的时候，由于平原最适合人们居住和从事各种生产活动，因而人越来越多，不能再容许洪水冲积，只能修堤阻挡，让水沙从河道内流入海洋，人们的生活生产需要河中的水，但要保持河床的平衡稳定，就不能有太多的泥沙。大暴雨不仅冲毁山地，而且造成河床泥沙淤积抬高，主流摆动甚至堤防决口，洪水泛滥。因此，治河必须同时治理产生洪水泥沙的山地，水土保持工作，既保护了当地水土，改善了生态环境、有利于发展生产，对江河的开发治理更是非常有利，减少了进入河流的泥沙，就减轻了干支流水库的淤积，改善了航道的通航条件等；对于多沙的黄河，效益更为巨大，流域进入黄河沙量的大幅度减少，彻底解决了黄河下游持续淤积的难题，为根治黄河创造了最重要的前提。
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user: 2. 河流的形成及与人类生存发展的关系 2.1. 河流是海洋与陆地气水循环的产物 地球上的水在太阳辐射作用下，不断蒸发成水汽上升到空中，被气流带动运输到各地，在运输过程中，水汽遇冷凝结形成降水，降落到地面和海洋，以陆地上的年降水量119，000 km 3 /a为基准100，则海洋蒸发量为424，海洋降水量为385，海洋输送到陆地的水汽为39，等于46，410 km 3 /a，陆地蒸散发量为61，等于72，590 km 3 /a，地表径流量为38等于45，220 km 3 /a，地下径流量为1等于1190 km 3 /a。降落到地面的雨水，随地形向低处流动，冲出沟道，汇集成支流干流河道，最终流入高程最低的海洋。河流水系是雨水受重力作用的产物，雨水是大气环流生成的，天上有大气环流，地面必然会产生江河水流，江河是海洋与陆地气水循环的地面通道，没有这个通道，气水循环就不能封闭，不能持久，海洋就不能保持常态 [ 1 ]。形成什么类型的河流，取决于降水情况和下垫面的地形地质地貌条件及地理位置。长江、黄河为单出口的大江大河，珠江、海河为扇形多出口江河，都是下垫面的地形条件所决定的。当下垫面为植被稀少的荒山坡地，遭遇暴雨即发生大量水土流失，汇入河道的水流挟带大量泥沙，形成黄河、永定河、辽河类型的多沙河流；若下垫面为植被良好的森林山地，遭遇暴雨，表土流失较少，汇入河道的水流挟沙相对较少，形成长江、松花江、珠江类型的少沙河流。我国东南沿海地区特别是南方，气温高，年降水量达1000~2000 mm，河流水系发达，水量充沛，如珠江、闽江。距海较远的内陆，由于遭遇海洋暖湿气流的机遇少，相应河流也少，我国西北地区，年降水量只有20~200 mm，蒸发、下渗和人们利用之后，几乎消失殆尽或少量余水流入湖泊洼地，成为内陆河流，如新疆的塔里木河、玛纳斯河。少沙河流容易达到输沙平衡，一般形成较稳定的弯曲型或分岔型河道；多沙河流大多处于淤积造床过程中，难以达到输沙平衡，一般形成游荡型河道 [ 2 ]。流域下垫面的状况对产水产沙有巨大影响，远古时期黄土高原林草茂盛，进入黄河的泥沙较少。近年在黄土高原大规模种植林草，坡耕地改梯田，沟道筑淤地坝，由于林草能消煞雨水衝击地面的动能，增大汇流的阻力，梯田能增强地面的稳定性，避免雨水对坡面的冲刷，淤地坝能拦截下行的泥沙，从而使进入河道的泥沙大幅度减少，黄河下游不再持续淤积，而是向平衡输沙方向转变 [ 3 ]。 2.2. 河流与人类生存发展的关系 人类的生存离不开水，河流为人类提供优质流动的淡水资源，满足人们生活的基本要求，饮用、洗涤、灌溉，古代人多居住在河畔。河流是廉价的运输通道，除了利用天然河流运输以外，2600年前就开始人工开挖运河，公元前486年，吴王夫差在扬州开挖邗沟，沟通了长江与淮河，1400年前建成弯向隋朝京城洛阳长达2700 km的京杭大运河，700年前，元朝定都北京后，才取直经山东东平到杭州，全长1974 km的京杭大运河，对我国南北交流发挥了重要作用。引水灌溉已有2000多年历史，早在战国时期，李冰父子在岷江修建都江堰，分岷江水灌溉成都平原。公元前246年秦国修建郑国渠，引泾河水灌溉关中平原，随后，在宁夏黄河修建秦渠、汉渠及在广西修建灵渠，汉武帝时期修建了引北洛河水的洛惠渠。古代水车为人们生产生活服务，现代水力发电提供可再生的清洁能源。截止2017年，全国农业、工业、生活、生态环境等的用水量已达6043.4亿m³，其中约82%由地表水供给。河流给人们带来的唯一灾害是洪水淹没，其主要表现是堤防决口，洪水泛滥，淹没人们居住生活生产的堤防保护区。
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user: 5. 结语 1) 太阳的辐射使海洋的水蒸发成水汽上升输送到陆地，遇冷气团形成水滴降落到地面后，顺地形汇集成河流水系，再回流入海洋，河流是海陆气水循环的陆地通道，不同的地形、地质、地貌和降水条件，形成不同大小、不同类型的河流。河流为人类的生存发展提供流动的淡水资源、水运航道和可再生的清洁能源等等，故绝大多数大城市都建设在河畔。河流唯一的灾害是洪水泛滥，治河的目标是采取各种措施，调节洪水，稳定主槽，平衡输沙，在保障防洪(防淩)安全的前提下开发各种水利事业。 2) 新中国成立以来，我国在江河开发治理方面取得了巨大成就，特别是近20年，改善生态环境的措施更加落实，水土保持治理面积和森林面积不断扩大，建成水库的数量和库容快速增加，洪水灾害减少，农业灌溉面积逐年增加，生活、工业用水基本得到保障，水电装机容量和发电量大幅度增加，内河等级航道的通航里程增加较多，有利于提高通航速度和保障航行安全。 3) 江河的治理必须与产生江河水沙的流域地区同时治理，才能取得更好的成效。大规模的水土保持工作和植树造林等工程，首先是改善了流域地区的生态环境，有利于当地人民的生活和发展生产，同时使进入河道的沙量显著减少，黄河减少了82%，海河、辽河、长江、淮河、珠江均有大幅度的减少，从而对江河的开发治理非常有利。对于少沙河流，减少了进入长江的泥沙，就减少了三峡等水库的淤积量及对重庆港的影响，对整个长江航道也是有利的；对于多沙河流，效益更为巨大，由于大幅度减少了进入黄河的泥沙，彻底解决了下游河道持续淤积的难题，为根治黄河创造了最重要的前提，可以把游荡型河道整治成较稳定的弯曲型河道。 4) 流域的治理成果需要通过修正水沙资料才能在江河开发治理中体现出来。我国已进入绿色发展的新时代，大好河山正在不断的变化过程中，山变青水变绿是总的变化趋势，因此，前期观测的水沙资料已不再具有可重现的性质，用于预测未来的水沙条件时，必须根据未来下垫面的变化过程并考虑到终期的变化状况，对前期观测的水沙资料进行动态的修正。水沙资料是江河开发治理的基本依据，预测的水沙资料不准，将导致规划错误或出现各种问题，造成损失。不同的下垫面遭遇相同的暴雨所产生的水沙量是不同的，所以，只有修正后的水沙资料才能符合预测期的实际情况，才能作为江河治理规划、工程设计和管理运用的依据，修正水沙资料是把上中游的绿水青山使全河特别是下游河道变成金山银山的转化剂。
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user: 摘 要 众所周知，芦苇是湿地环境中生长的主要植物之一，具有较强的耐盐碱性。在盐碱地种植芦苇可以起到一定的改良作用，本文通过在水泥罐装置的盐碱土中种植芦苇，连续9年采用芦苇秸秆还田和移除两种措施下，测定土壤0~40 cm土层pH的变化，反映不同芦苇秸秆处理对于改良土壤pH的影响。结果表明：芦苇秸秆移除措施对于改良盐碱地，降低盐碱地pH具有重要作用；芦苇秸秆还田对于降低盐碱地土壤电导率效果较为明显。 关键词 :盐碱地，芦苇，秸秆移除，秸秆还田 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 目前，全球盐碱地面积已达9.5亿hm 2 。土壤盐碱化已成为重要的环境问题之一 [ 1 ]。全球大面积的盐碱土，主要分布在中纬度地带的干旱区、半干旱区或者是滨海地区，盐碱土的形成与气候、地形、水文、地质等因素的综合作用有着密切的关系 [ 2 ]。我国大约有盐碱地9913万hm 2 ，其中现代盐碱地面积为3693万hm 2 ，残余盐碱地约4487万hm 2 ，并且尚存在1733万hm 2 的潜在盐渍土 [ 3 ]。近年来对盐碱土的研究主要集中在耐盐植物机理、培育抗盐新品种以及植物与土壤盐分的关系等方面 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。研究发现种植芦苇2200 hm 2 可每１年外运带走盐量2.3万t，从而降低土壤盐分 [ 7 ]。通过种植芦苇可以防治沼泽盐碱化，降低表层沼泽土壤含盐量。但当前研究主要是集中在植物对土壤盐分的影响方面 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]，而对耐盐植物秸秆还田或移除处理对盐碱土的影响研究尚且不足，关于长期定位研究植物腐殖质对盐碱土的影响更是鲜见。鉴于此，本研究模拟野外环境条件，探究了连续多年芦苇秸秆的移除和还田措施对于盐碱土的pH和电导率的影响，旨在为盐碱地长期治理提供直接的理论指导和科学依据。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 试验材料 长期定位试验装置位于陕西富平自然资源部退化及未利用土地整治重点实验室东侧，为10个水泥装置组成，装置内径0.8 m，外径1.0 m，高1.0 m (如图1)。每个装置分别装有从试验区陕北定边县堆子梁镇分10 cm每层运来0~60 cm盐碱土，控制每个装置容重为1.3 g/cm 3 ，按原土的剖面构型进行分层预装60 cm的盐碱土，每个装置用根移栽法移栽芦苇30株，分别有两组处理，其中第一组有5个均采用秸秆移除处理，第二组5个采用秸秆粉碎还田处理，对每个模型均采用防渗处理，确保盐分总量平衡。初始的土壤pH和电导率即为2009年所测结果。 图1. 试验小区布置情况 2.2. 研究方法 本实验中土壤pH测定采用玻璃电极法；土壤电导率测定采用电极法；数据分析采用Excel 2010进行分析。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 芦苇秸秆还田与移除措施对盐碱地土壤pH的影响 由图2可知，在芦苇秸秆移除措施下，土壤pH由2009年的9.39降低到2018年降低为8.35，降幅较为明显，基本为中性土壤，9年间土壤pH下降了1.04个单位。而在芦苇秸秆还田措施下(见图3)，土壤pH由2009年的9.55降低到2018年降低为8.88，降幅不及秸秆移除措施，仍为碱性土壤，9年间土壤pH下降了0.67个单位。芦苇移除对于降低盐碱地土壤pH效果较为明显。 图2. 长期芦苇秸秆移除措施对土壤pH影响 图3. 长期芦苇秸秆还田措施对土壤pH影响 3.2. 芦苇秸秆还田与移除措施对盐碱地土壤电导率的影响 由图4可知，在芦苇秸秆移除措施下，土壤电导率由2009年的1039 μs/cm降低到2018年降低为318 μs/cm，9年间土壤电导率下降了69.4%。而在芦苇秸秆还田措施下(见图5)，土壤电导率由2009年的1264 μs/cm降低到2018年降低为237 μs/cm，9年间土壤电导率下降了81.3%。可见，芦苇秸秆还田对于降低盐碱地土壤电导率效果较为明显。两种处理措施下土壤电导率都呈现快速下降说明种植芦苇对于降低土壤全盐含量起到了显著作用，秸秆还田的方式电导率下降幅度更大，可能是由于秸秆分解后增加了土壤有机质对于降低土壤电导率具有一定作用。
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user: 4. 结论 通过连续9年采用芦苇秸秆还田和移除两种措施，测定土壤0~40 cm土层pH的变化，反映不同芦苇秸秆处理对于改良土壤pH和电导率的影响。结果表明： 图4. 长期芦苇秸秆移除措施对电导率影响 图5. 长期芦苇秸秆还田措施对电导率影响 第一，采用芦苇秸秆移除措施，9年间土壤pH由9.39降低到8.35，连续多年采用芦苇秸秆移除措施对于降低盐碱地土壤pH效果较为明显。 第二，采用芦苇秸秆还田措施，9年间土壤电导率由1264 μs/cm降低到237 μs/cm，降幅达到81.3%。连续多年采用芦苇秸秆还田措施对于降低盐碱地土壤电导率效果较为明显。
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user: 摘 要 基于降水和气温实测数据，分析了半干旱半湿润半干旱半湿润过渡区——京津冀地区1958~2017年降水、温度的变化及干旱化趋势，并采用Pettitt检验法对研究区的降水、温度和干旱化序列的突变时间进行评估，结果表明：1) 研究区降水量明显减少，减少速率为1.2 mm/yr，气温显著上升，上升速率为0.03℃/yr，干旱趋势明显；2) 7个时期降水量和干旱指数呈现减少–增加–减少–增加的波动，温度总体呈上升趋势；3) 降水量序列和干旱指数序列分别在1979年和1996年发生两次显著突变，温度序列在1988年发生显著突变。 关键词 :降水量，气温，干旱，京津冀地区 Copyright © 2020 by author(s) and Wuhan University. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 全球气候变化及其影响已经引起社会各界的高度关注。近百年，全球气候变化以升温为主，2013年IPCC第五次评估报告显示，近100年(1906~2005年)全球地表平均温度升高0.85℃。全球增温背景下频发的极端天气事件，如洪水、干旱、海啸、沙尘暴对生命安全、生态系统及社会经济发展等造成极大危害。干旱由于影响范围广、持续时间长，是影响最严重的极端气候事件。2001年IPCC第三次评估报告指出，全球干湿区域两极分化严重，干旱地区干旱化趋势，湿润地区却越来越湿润。在全球气候变暖背景下，干旱造成粮食产量下降，干旱缺水日益严重，沙漠化和生态退化加剧。据统计，中国平均每年受旱耕地面积约2231.6万公顷，每年损失粮食约0.1亿吨 [ 1 ]。因此研究气候干旱变化，能够为相关部分制定应对措施提供科学基础，有效促进自然环境和人类社会的可持续协调发展。 目前世界上对干旱尚未有统一的定义，学术界通常采用干旱指数评估区域干旱化趋势和程度。降水和气温是干旱指数考虑最多的两个气象因子。由于气候变化的不确定性，全球不同地区的气温、降水呈现的波动和趋势存在差异(NOAA，2017) [ 2 ]，因此干旱趋势和程度也存在差异。IPCC第三次报告指出，全球干旱趋势增加，干旱半干旱区表现尤为显著(IPCC，2003) [ 3 ]。中亚、东南亚、非洲、北美、欧洲南部、澳大利亚东部等均有明显的干旱化趋势(Magadza 2000；Cook等2004；Zarghami等2011；Dai 2012) [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。Peter等(2014) [ 8 ] 发现在东亚、西地中海、澳大利亚东部小部分地区和非洲等地的干湿过渡地带，气候也有干旱化趋势；王菱等(2004) [ 9 ] 、刘波等(2007) [ 10 ] 也发现在中国北方干湿过渡地带，半干旱区面积扩大，半湿润区面积缩小，气候趋向干旱化。然而，程善俊等(2018) [ 11 ] 却发现全球整体呈现干旱化趋势，半湿润区干旱化最为显著，其次为极端干旱区、湿润区和半干旱区，而干旱区表现为变湿趋势；姜江等(2017) [ 12 ] 发现中国湿润区和极端干旱区逐渐缩小，半湿润区、半干旱区和干旱区则显著扩大，气候敏感区域在扩张。 从目前研究成果看 [ 13 ] - [ 18 ]，研究者较多关注干旱地区的干旱变化趋势，对位于半湿润半干旱地区的过渡地带关注较少。然而，半湿润半干旱地区的过渡地带是生态脆弱区域之一，生态环境对气候变化敏感，是生态保护的重点关注区域。气候干旱化将导致或者加重这部分区域荒漠化程度，对生态环境造成不可逆转的影响。京津冀地区位于半湿润半干旱的过渡地带，降水年际变化较大，20世纪50年代以来，降水量呈下降趋势，温度呈升高趋势 [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]。20世纪80年代以来，气象灾害给河北造成巨大经济损失，90年代以来，平均每年的损失达上百亿 [ 22 ]，而气候干旱造成的损失占到一半 [ 1 ]。以京津冀地区为研究对象，在分析降水、温度变化的基础上，对研究区干旱化趋势进行评估，并对研究区气候突变进行分析，研究成果能够为相关规划、管理部门提供参考，有利于降低气候灾害在研究区的风险。
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user: 2. 数据与方法 2.1. 研究区概况 京津冀地区位于东北亚中国地区环渤海心脏地带(36˚01'~42˚37'N， 113˚04'~119˚53'E) (见图1)，是中国的“首都经济圈”，行政范围包括北京市、天津市及河北省。京津冀地区是中国北方经济规模最大、最具活力的地区，是国家发展战略的重要指向区，也是北方生态文明建设先行区和生态环境治理重点区。区域人口约1.1亿，总面积21.8万km 2 。该区位于温带半湿润半干旱大陆性气候区，多年平均降水量522 mm，多年平均气温10℃，降水量自东南向西北递减地势由西北向东南倾斜，地貌类型多样，以平原为主，根据2015年土地利用图，该地区耕地约20.6万km 2 ，林地约8.99万km 2 ，草地约6.7万km 2 ，水域约1.23万km 2 。 图1. 研究区及周边气象站点 2.2. 数据来源与处理 本文所用的降水量、温度数据来自于中国气象数据共享网。采用张家口、北京、天津地区及周边的32个国家气象站点1958年以来年平均降水量和温度数据，分析研究区降水量、温度变化趋势，气象站点位置及名称如图1。利用ArcGIS软件泰森多边形法及克里格插值法，计算了研究区1958~2017年共60年面平均降水量、面平均温度。 2.3. 研究方法 通过绘制降水量、温度、干旱指数的趋势线，分析了1958~2017年降水量、温度、干旱指数等3个因子趋势变化，并采用T检验法检验趋势变化的显著性。采用Pettitt检验法，对研究区1958~2017年降水量、温度、干旱指数等序列进行突变分析。 1) De Martonne (DE)干旱指数 采用De Martonne (DE)干旱指数 [ 23 ] 对研究区气候干旱化趋势进行分析，De Martonne干旱指数公式为： I = P / ( T + 10 ) (1) 式中：I为干旱指数；P为降水量，mm；T为温度，℃。 2) Pttitt检验法 Pettitt检验法是A. N. Pettittt提出的用于检验时间序列突变点的非参数检验方法 [ 24 ]，该检验法通过检验时间序列要素均值变化的时间，来确定序列跃变时间，假设序列无变异点，使用Mann-Whitney的统计量U t ，N来检验同一个总体x(t)的两个样本，并使用统计量KN检验突变点的显著性，统计量U t ，N、KN和相关概率的显著性检验公式如下： U t ， N = U t − 1 ， N + ∑ j = 1 N sgn ( x t − x j ) ，   t = 2 ， 3 ， ⋯ ， N (2) K t ， N = Max | U t ， N | ，   ( 1 ≤ t ≤ N ) (3) p ≅ 2 exp { − 6 ( K t ， N ) 2 / ( N 3 + N 2 ) } (4) 若 x t − x j > 0 ，则 sgn ( x t − x j ) = 1 ，若 x t − x j = 0 ，则 sgn ( x t − x j ) = 0 ，若 x t − x j < 0 ，则 sgn ( x t − x j ) = − 1 。 若p ≤ 0.5，则认为t点为显著变异点。由此检验出序列的一级变点，后以变点为界将原系列分为两个序列，继续检测新的变点，由此可检验出多级变点，最后根据具体成因分析，确定序列x(t)变异点。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 干旱化趋势 采用趋势线法分析1958~2017年降水量、温度及干旱指数的变化趋势，各因子的变化趋势见图2。 1958~2017年研究区降水量总体呈下降趋势，下降速率为1.2 mm/yr，表明研究区降水量平均每年减少1.2 mm，T检验ρ = 0.078 > 0.05，说明趋势变化不显著。在1958年以来的60年中，1964年年均降水量最大，为801 mm，1999年年均降水量最小，为345 mm。1958~2017年研究区温度总体呈上升趋势，上升速率为0.03℃/yr，表明研究区温度平均每年上升0.03℃，T检验ρ = 0 < 0.05，说明温度上升趋势显著。60年来，1998年年均降水量最大，为11.4℃，1969年年均降水量最小，为8.3℃。1958~2017年研究区干旱指数总体呈下降趋势，下降速率为0.1/yr，T检验ρ = 0.07 > 0.05，说明干旱趋势不显著。 为了分析各年代降水量、温度、干旱指数的变化情况，对1958~2017年的序列分为7个时期进行统计分析，见表1。 图2. 1958~2017降水量、温度、干旱指数变化趋势 Table 1 The variation of precipitation， temperature and aridity index in different period 时期 降水量(mm) 温度(℃) 干旱指数 20世纪50年代 639.7 9.5 32.7 20世纪60年代 555.7 9.4 28.7 20世纪70年代 543.7 9.5 27.9 20世纪80年代 484.9 9.7 24.6 20世纪90年代 521.0 10.4 25.6 21世纪00年代 475.5 10.8 22.9 21世纪10年代 527.8 10.6 25.7 多年平均 521.8 10.0 26.2 表1. 各年代降水量、温度、干旱指数的变化 从表1中各年代数据可见：7个时期降水量呈现减少–增加–减少–增加的波动，90年代的降水量最接近60年的平均值，80年代和00年代的降水量均小于60年的多年平均降水量，降水量50年代~80年代呈下降趋势，90年代降水量突然增加，后再减少至7个时期多年平均最近值475.5 mm，10年代降水量又增加至527.8 mm，50年代降水量最高，00年代降水量最低；7个时期温度总体呈上升趋势，50年代~80年代的多年平均温度均小于60年的多年平均温度，90年代以来的3个时期，多年平均温度均高于60年的多年平均温度，60年代的多年平均温度最低，00年代的多年平均温度最高；与降水量的波动趋势相同，干旱指数在7个时期也呈现减少–增加–减少–增加的波动，50年代干旱指数最大，00年代干旱指数最小，50年代~80年代，干旱指数呈下降趋势，90年代干旱指数突然增加，后迅速下降，至7个时期多年平均最低值，10年代多年平均干旱指数又增加至25.7。 综上可见研究区降水量呈明显减少趋势，气温上升趋势显著，干旱趋势明显。 3.2. 突变特征分析 从上文分析可以看出，降水量、温度和干旱指数在90年代均存在突然变化，因此采用Pettitt检验法对研究区1958~2017年共60年的降水量、温度和干旱指数长时间序列进行检测，分析结果见图3。 图3. 1958~2017年降水量、温度、干旱指数突变分析结果 Pettitt检验法是通过检验时间序列要素均值变化的时间，分别构造变异点前后两个样本的统计量，根据统计量U及K的变化及ρ值显著性水平检验，确定序列跃变时间，若p(τ) ≤ 0.5，则认为τ点为显著变异点。计算K值见图3。 由图3可见，降水量K值曲线在1979年和1996年有转折，同样可看出序列明显被分为3段，1958~1979年、1980~1996年、1997~2017年，经显著性水平检验，1979年显著性检验ρ = 0.34 < 0.5，1997年显著性检验ρ = 0.47 < 0.5，因此1971年和1997年为降水量序列的显著变异点。温度K值曲线在1988年有转折，序列明显被分为2段，1958~1988年、1989~2017年，经显著性水平检验，1988年显著性检验ρ = 4.29 × 10 −8 = 0.5，因此1988年为温度序列的显著变异点。干旱指数K值曲线在1979年和1996年有转折，与降水量序列突变点相同，序列明显被分为3段，1958~1979年、1980~1996年、1997~2017年，经显著性水平检验，1979年显著性检验ρ = 0.1 < 0.5，1997年显著性检验ρ = 0.08 < 0.5，因此1979年和1996年为干旱指数序列的显著变异点。 综上所述，降水量序列和干旱指数序列在1979年和1996年发生显著突变，温度序列在1988年发生显著突变。 研究区降水量呈明显减少趋势，气温上升趋势显著，干旱趋势明显，并且降水量序列和干旱指数序列在1979年和1996年发生显著突变，温度序列在1988年发生显著突变。与本文结果相似，向辽元等 [ 25 ] 通过分析中国大陆20世纪五十年代以来降水变化，同样发现华北地区年平均降水量明显减少，突变时间出现在20世纪70年代中期。但是孙东磊等 [ 26 ] 等通过分析河北棉区自20世纪六十年代以来的降水、温度变化，发现温度在1996年发生了突变，降水在1986年前后发生突变。冯新灵等 [ 27 ] 认为中国北方降水量的突变主要发生在20世纪八十年代初和八十年代末。阿多等 [ 28 ] 认为华北平原气候突变发生在1991~1994年。另外，赵鸣 [ 29 ] 认为北方降水减少和温度升高是造成北方干旱的原因，刘剑锋等 [ 30 ] 也发现近50年河北省气候干旱化趋势加重，谢坤 [ 31 ] 、杨建平等 [ 32 ] 近50a华北地区干旱化趋势明显，梁泽学 [ 33 ] 、胡子瑛等 [ 34 ] 发现1960~2014年中国北方地区整体呈变干趋势，孟猛等 [ 35 ] 发现我国半湿润半干旱气候面积大幅增加。
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user: 4. 结论 本文以京津冀地区及周边气象站点的降水、温度数据为基础，采用趋势分析法及T检验法对京津冀地区1958~2017年降水、温度的变化及干旱变化趋势及显著性进行分析，并采用Pettitt检验法对研究区降水、温度及干旱指标序列进行突变分析。研究结果表明：1) 过去60年来，京津冀地区降水量呈现明显减少趋势，但趋势变化不显著，减少速率为1.2 mm/yr；2) 研究区气温呈现显著上升趋势，上升速率为0.03℃/yr；3) 研究区干旱化程度加剧，但趋势不显著；4) 1958~2017年划分的7个时期降水量和干旱指数波动相同，呈现减少–增加–减少–增加的波动，温度在7个时期总体呈上升趋势；5) 多年平均降水量在21世纪前十年最低，20世纪50年代最高；6) 多年平均温度在20世纪60年代最低，21世纪前十年最高；7) 干旱指数在20世纪50年代最大，21世纪前十年最小；8) 降水量序列和干旱指数序列分别在1979年和1996年发生两次显著突变，温度序列在1988年发生显著突变。
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user: 摘 要 近年来，土壤有机污染形势也非常严峻，不仅破坏土体健康，影响植物正常生长，还会严重危害人体健康。植物修复技术具有彻底解决土壤污染、避免二次污染及改良土壤等优势，作为一种环境友好、成本低廉的污染治理手段，应用前景广泛。本文通过大量文献，探讨了植物对不同类有机污染土壤的修复机理，现状及影响因素，为土壤有机污染修复实践提供依据。 关键词 :有机污染，土壤，机理，影响因素 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 土壤有机污染物由于在环境中的持久性和对人体健康的潜在威胁越来越受到人们的关注 [ 1 ]。残留在土壤中的有机污染物，不仅会改变土壤的正常结构和功能，而且会通过食物链进入人体，对人类健康造成不可估量的影响 [ 2 ]。因此，对土壤中有机污染物的修复已成为环境领域的一个研究热点。研究表明植物修复对多种有毒、有害有机物污染的土壤具有一定效果，是一种环保高效的生物修复途径 [ 3 ]。本文通过大量文献调研，综述植物对不同类有机污染土壤的修复机理，现状及影响因素，为土壤有机污染修复实践提供依据。
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user: 2. 有机污染植物修复机理 植物修复是利用天然植物忍耐和超积累功能，或利用植物及其根际微生物体系将污染物降解转化为无毒物质，通过植物在生长过程中对环境中有机污染物进行吸收、降解、过滤和固定等来净化土壤中的污染物 [ 4 ]。有机污染物的理化性质、环境条件、植物种类等都影响着修复效果，植物修复土壤有机污染物的机理有3种：植物直接吸收、根系分泌物促进污染物的降解和转化、根际作用增强微生物降解。 1、直接吸收分解与蒸腾作用 植物吸收外来物质后，一般会经历转化、结合和隔离三个过程 [ 1 ]。植物从土壤中直接吸收有机污染物将其代谢分解，并经木质化作用使其成为植物的一部分；或通过矿化作用使其彻底分解为CO 2 和H 2 O；还可以通植物叶片蒸腾作用释放到大气中。 研究表明，植物有效吸收的前提一是积累的代谢产物无毒或毒性低于转化之前；二是污染埋深 ≤ 1 m且辛醇水分配系数为1~3.5，该区间包括大部分苯系物，有机氯溶剂和短链脂肪烃等 [ 5 ]。 2、植物根系分泌物降解和转化 植物根系可向土壤中释放大量分泌物，约占植物年光合作用的10%~20% [ 4 ]。这些根际分泌物，不仅增加了根际微生物数量，为其提供有机碳源而有效提高生物降解效率；同时释放的脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化物酶及有机酸等可大大提高对有机污染物的分解及吸收转运能力。 3、增强微生物降解 根际是土壤、根系及其各种分泌物，微生物及残体，水分，养分等相互作用的微生态体系。根系分泌物在增强根际微生物活性的同时，微生物活动也促进了根系分泌物的释放，二者共同促进了根际有机污染物的降解。植物根际微生物降解作用被认为是植物修复土壤有机污染物的主要途径 [ 6 ] [ 7 ]。鲁莽等 [ 8 ] 研究表明，试验70 d后，非根际与根际土壤总石油烃降解率分别为11.8%和27.4%，根际土壤总石油烃消失更快。
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user: 3. 有机污染物植物修复研究现状 1、石油类污染物的植物修复 石油主要是由各种烃类组成的复杂混合物，其成分利用层析法可分为饱和烃、芳香烃和非烃类化合物 [ 9 ] [ 10 ]。自然状态下因芳香烃和非烃类化合物分子结构较为复杂，熔沸点较高，难于挥发和降解，因此土壤中石油类残余的毒害成分主要是较难降解的多环芳烃和非烃类化合物。目前国内关于石油污染土壤的植物修复技术主要集中在以下方面：1) 石油污染对植物生长状况的影响，包括发芽率，株高、生物量、根系、叶片的叶绿素，POD活性、SOD活性等 [ 11 ] [ 12 ] ；2) 植物对总石油烃的去除效果及土壤酶活性的影响 [ 13 ] [ 14 ] ；3) 植物根系对根际微生物土壤数量和群落结构的影响等 [ 15 ] ；4) 石油污染物在土壤中迁移行为等 [ 16 ]。已有研究表明，草本植物和豆科植物较其它植物种类在石油污染物根际修复具有更大潜力。陈嫣等(2005) [ 17 ] 以石油浓度为6.15%的大庆油田石油开采区污染土壤为供试土壤，结果发现披碱草和紫花苜蓿根系可明显改善石油污染土壤的持水能力和微生物活性。董亚明等 [ 18 ] 研究了芦苇、柽柳、沙枣对石油污染土壤的修复效果，结果表明80 d后，污染土壤中石油烃的去除率可达26.50%~31.27%，明显高于空白的15.57%~20.34%。Xu等 [ 19 ] 研究了玉米和黑麦草联合种植对菲和芘的修复效果，60 d后去除率分别高达98.22%和95.81%。植物修复中根系是植物修复的关键，因而使用环境适应性强生长性好并具有较深较发达根系的植物，能有效提高石油烃类有机污染物的修复效果。 2、有机农药的植物修复 滴滴涕(DDT)是一种高效杀虫剂，常用于DDT等有机氯农药的修复植物有：黑麦草、苏丹草、高羊茅、小麦、大麦、燕麦、龙葵、西红柿、印度荞菜、蕉芋、小白酒草、甘薯等。大量实验结果表明，植物对DDT等有机类污染物有一定修复能力但存在周期长、修复物种不丰富和不彻底等问题，因此添加适当的调控措施或联合微生物，化学修复等以优化植物修复技术具有一定的研究意义 [ 20 ]。 多氯联苯(PCBs)是一类人工合成的氯代芳香烃类持久性有机污染物(POPs)。PCBs是高憎水化合物，具有高亲脂性和生物蓄积性，可通过食物链的逐级生物放大作用危害动物和人体健康。PCBs进入植物体内，植物可将其分解，并通过木质化作用使其成为植物体的组成部分，也可通过挥发、代谢或矿化作用使其转化成CO 2 和H 2 O，或转化成无毒性中间代谢物如木质素等储存在植物细胞中，达到去除环境中有机污染物的目的。张雪等(2016) [ 21 ] 研究表明种植苜蓿可明显提高土壤中微生物的多样性，降低土壤中PCBs含量，实验第一年和第二年PCBs的降解效率分别为31.4%和78.4%。 3、多环芳烃的植物修复 多环芳烃(PAHs)是指含2个及2个以上苯环的碳氢化合物及由它们衍生出的各种化合物总称，是一类具有“三致”作用的持久性有机污染物。其中的16种PAHs (分别为：萘、苊、苊烯、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、䓛、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、二苯并[a，h]蒽、苯并[ghi]苝及茚并[1，2，3-cd]芘)已被美国环保署和欧洲共同体列入优先控制污染物名单 [ 22 ]。它主要由人类活动产生，以废物焚烧和化工燃料不完全燃烧产生的烟气(包括汽车尾气)和工厂(特别是炼焦、炼油、煤气厂)排出物为主。 研究表明，与其他植物相比玉米可更好地吸收和积累土壤中的多环芳烃(2-4环)，因此更适合生长在受多环芳烃污染的酸性土壤中 [ 23 ]。紫花苜蓿对萘和菲的吸收降解效果明显，这主要是因为植物根系的存在 [ 24 ]。黑麦草/苜蓿间作对土壤中菲的去除率高达90.53%，且间作修复效果优于单作 [ 25 ]。另外，黑麦草对苯并芘具有很好的修复效果 [ 23 ]。
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user: 4. 植物修复有机污染物的影响因素 1、污染物的理化性质 植物对土壤中有机污染物的修复效果直接取决于污染物的生物可利用性，并与污染物的理化性质如疏水性、蒸气压、分子大小、分子结构、解离常数等有关 [ 1 ]。有机污染物的分子质量和分子结构会影响植物的修复效率，一般分子质量 < 500的有机化合如结构简单的饱和烃等易被植物吸收降解，而分子质量较大的非极性有机化合物如多环芳烃和非烃类化合物等，因被根表面强烈吸附，很难被植物降解。 2、植物种类 植物种类不同，对污染物的吸收机制也存在差异。一是不同植物蒸腾作用强度不同，对污染物的吸收转运能力不同。二是植物不同部位累积污染物的能力不同。大部分植物其根系累积污染物的能力大于茎叶和果实，且须根系比主根系具有更大的比表面积，且通常处于土壤表层，吸收污染物的数量较主根系更多 [ 26 ]。 3、土壤性质 土壤理化性质如颗粒组成、酸碱性、矿物质和有机质含量及土壤水分等对植物吸收污染物具有显著影响。土壤颗粒比表面积的大小影响污染物的生物可给性；矿质含量高的土壤对离子性有机污染物的吸附能力较强，而有机质含量高的物质会吸附或固定大量的疏水性有机物 [ 12 ]。 4、外界环境条件 外界环境条件包括气象条件和人为条件。气象条件包括风力、湿度、温度等主要通过影响污染物的挥发和植物的蒸腾作用，进而影响土壤和植物对有机污染物的吸附和分配能力。人为条件包括补充微生物，添加外源营养物质，加入表面活性剂等，促进植物与根际微生物对有机污染物的吸收与降解。Lin等(1998) [ 27 ] 采用互花米草和狐米草来修复不同浓度石油污染沼泽地，研究表明投加一定量的无机肥，促进了两种沼泽植物生物量的积累，同时刺激了土壤微生物的活性，从而提高了石油降解率。
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user: 5. 结论与展望 目前土壤有机污染问题已成为国内外关注的焦点，土壤污染治理迫在眉睫。植物修复技术具有费用低、操作简单、对土壤破坏小、无二次污染等优点，应用前景广泛；但也存在一定局限性，如因土壤结构、理化组成等复杂性，不同种类有机污染物常以多种形态存在，许多学者对不同形态与土壤颗粒间的相互作用进行了研究，但对复杂石油组分在土壤–油–水多相间的分配、迁移规律等问题仍不清楚，需从微观机理方面进一步探究；植物修复易受外界环境影响，且修复速度慢，周期长，不适用于高浓度污染土壤，可通过基因工程和酶工程开发高效降解菌，建立微生物–植物联合修复体系以提高修复效率；此外，需加强复合污染植物的研究，通过环境生物技术，培育新的植物品种，实现同时对多种持久性有机污染物的吸附降解。
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user: 摘 要 以福建省最大的流域闽江流域为研究对象，基于1951~2012年近60年的日径流量资料和1978~2012近35年的输沙率资料，利用Flashiness Index (FI)和基流指数，借助Mann-Kendall趋势检验方法、GIS技术来识别闽江干流和建溪、大樟溪、富屯溪、沙溪四大支流近60年来径流时空变化特征及其影响因素。研究结果表明，闽江流域近60年来径流特征发生显著的变化，大樟溪、富屯溪、建溪的FI指数显著下降，四个支流、干流的基流指数均呈现出显著上升的趋势。闽江干流、沙溪、富屯溪、大樟溪和建溪的输沙率分别在1984、1993 (2000)、1996 (1998)、1991 (2006)和1997年出现拐点，而FI指数仅在建溪有出现拐点，时间为1968年和1970年。由于闽江流域尺度较大，水电开发持续时间长，闽江流域径流的波动性受水电开发建设的影响并不敏感。大坝建设、水电梯级开发改变了闽江流域的泥沙输出特征。该研究结果可为流域水资源管理提供科学依据。 关键词 :FI指数，径流变化，水电开发，输沙率，流域 Copyright © 2020 by author(s) and Wuhan University. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 河川径流是人类有限的、可利用的淡水资源的主要来源。在气候变化和人类活动双重压力下，河川径流已经发生很大的变化 [ 1 ]，研究其时空变化特征及其驱动机制对流域水资源管理具有重要意义。 流域径流量的年际变化特征是探究河川径流水文过程的前提，也是水文过程研究的重要内容 [ 2 ] [ 3 ]。近20年来，国内外的学者们提出多种方法分析河川径流的变化特征，例如径流的集中度和集中期、不均匀系数、完全调节系数、变化幅度等研究 [ 4 ]。总体而言，对于河川径流的水文变化的研究已经从一开始的只注重平均流量，到之后开始广泛关注包括极端流量、径流速率和极端径流发生时间等，到构建指标体系描述水文过程的改变 [ 5 ]。Robertson等和Werkhoven等通过流量曲线的斜率对流域径流量变化进行初步分析 [ 6 ] [ 7 ]，Merz利用最大洪峰流量与日均流量分析河川径流的变化 [ 8 ]。但相关研究无法消除气候变化等自然因素带来的影响，基于此，Baker在2004年引入了Flashiness指数定量分析河川径流的变化特征 [ 9 ]，该指数的变化与降水状况(强度、降水量)、气候变化等自然因素无明显相关性，与流域的地理条件、水文环境有较为明显的相关性 [ 3 ] [ 9 ]，对大坝建设、土地利用变化等因素也有较高的敏感性。目前Flashiness指数多应用于国外大坝建设、土地利用变化等对流域水文条件影响的评估 [ 3 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]。国内也有学者应用Flashiness指数对福建省九龙江流域径流量波动性和输沙率变化之间的关系进行探讨 [ 13 ]，但相关研究多集中于中小尺度流域，而对于大尺度流域的研究却少有报道。 闽江是福建省第一大流域，其水资源丰枯直接影响着全省一半地区的水安全，对全省社会经济的可持续发展乃至生态安全，具有举足轻重的影响。且近年来闽江流域的土地利用变化剧烈，大坝建设、水电开发力度大 [ 14 ]。因此，对水电开发等人类活动导致的径流波动性及输沙率等水文特性变化进行评估具有重要意义。本文以闽江流域为研究对象，基于近60年的日径流量和近35年日输沙率数据，计算其Flashiness指数，并对指数的变化趋势及变异点进行分析，旨在评估大坝建设等人类活动对闽江流域径流和输沙率时空变化特征的影响，为流域水资源管理提供科学依据。
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user: 2. 资料和方法 2.1. 研究区域 闽江流域位于东经116˚23'~119˚43'，北纬25˚23'~28˚19'之间，属于亚热带海洋季风气候区，流域内的植被较好，气候温和，雨量充沛，是福建省最大的河流，发源于武夷山脉，流经36个县(市)，全长541 km，流域面积60，992 km 2 。其中，福建省境内面积59，922 km 2 ，占流域面积的98.2%，约占福建省面积的一半；属浙江省境内面积1070 km 2 ，占流域面积的1.8%。 闽江流域状如扇形，地势西北高东南低，南平以上有建溪、富屯溪和沙溪三大支流发源于武夷山脉，平均海拔较高，地形较为复杂，险滩多，水流湍急，流态紊乱，具有水位暴涨暴落的山区河流的特点。南平以下为闽江干流，自南平到闽江入海口，沿途有吉溪、尤溪、古田溪、梅溪、大樟溪等支流汇入。大樟溪发源于德化县戴云山主峰西面，是闽江下游最大的支流，地形同样复杂，水流落差较大，具有山区性河流特点。闽江干流下游逐渐从丘陵区过渡到福州平原，海拔较三大支流明显较低，水面落差较小。闽江下游在淮安分南北两港，北港绕南台岛北面，穿过福州市区至马尾与绕过南台岛南面的南港相汇，再流经闽安镇被琅岐岛分为南北两支，南支经长乐县梅花镇，北支经连江县琯头镇流入北海(图1)。 据调查，20世纪50年代后期至今，闽江流域中上游的干流和支流修建了大型水库7座，中型水库60多处和一些小型水库 [ 15 ]，其中主要的大型水库的水利工程建成情况见表1。至今这些大中型水库相继建成蓄水，主要用于发电、防洪与灌溉 [ 16 ]，重点用于调节年内径流，对径流的年际变化影响可能较小 [ 15 ]。大型水库对洪水有一定的自然调蓄功能，此外为了下游的防洪的需要，还需进行防洪错峰调度，以降低下游的洪峰流量。大型水库对径流的年内分配也产生了一定的影响，它们在一定程度上加大了枯水季节的径流量。使下游河道枯水期日平均流量和月平均流量相对增加，径流的年内分配较均匀，从而降低了径流的年内的波动性，FI值也相应的降低。由于闽江流域范围广，年径流量大，支流分布多，水电开发的年限较长，因此水电的开发对径流的年内分布作用并不明显，但同样对降低径流的年内波动性起到了一定的影响。另外，闽江干支流绝大多数梯级电站建成于1993年，特别是2000年以后，目前流域梯级电站开发率达到85%，水口水库以上流域主要一级支流干流上已建梯级水电站24座，二、三级支流上的梯级小水电站有数百座 [ 17 ]。水电站建设过程中产生了大量的泥沙倒入河流中，建成后对河流的泥沙起到了拦截作用。 Table 1 Statistics of the main water engineering projects in the Minjiang watershe 工程项目 所在河流 控制面积/km 2 总库容/10 8 m 3 建成时间 水口水库 闽江 52，438 26.00 1993~1996年 池潭水库 金溪(富屯溪水系) 4766 8.53 1980年 安砂水库 沙溪 5184 7.40 1978年 古田溪水库 古田溪(汇入干流) 1325 6.25 1959~1971年 沙溪口水库 沙溪、富屯溪汇合处 25，562 1.64 1989年 水东水库 尤溪(汇入干流) 3784.5 1.10 1994年 东溪水库 崇阳溪(建溪水系) 554 1.02 1986年 表1. 闽江流域主要水利工程统计 [ 15 ] 注：*古田溪水库分为4个阶段建设，第一阶段建成是1959年，最终完成是在1971年。 图1. 闽江流域研究区域概况图 2.2. 数据来源和研究方法 1) Flashiness指数。水文资料选取闽江流域的干流(竹岐)、沙溪(沙县石桥)、富屯溪(洋口)、大樟溪(永泰清水)、建溪(七里街)水文站近60年来的日径流量监测数据。基于Baker等人 [ 7 ] 提出的Flashiness指数分析闽江流域径流量的时空变化，其计算公式如下： FI = ∑ i = 1 n | q i − q i − 1 | ∑ i = 1 n q i (1) 式中：FI为Flashiness指数；q为日均径流量；i为天数，n = 365 (366)。FI是一个无量纲的指数值，介于0~2之间 [ 12 ]。FI趋于0表示流域的径流波动越小，FI趋于2表示流域的日径流量波动就越大。 2) 基流分离及基流指数(BFI)的计算。本研究采用数字滤波法进行基流的分割，滤波法较传统的图解法具有更加客观，操作简便等优点 [ 18 ]。本研究基于Lyne-Hollick算法进行基流的分离及基流指数的计算。 3) Mann-Kendall趋势检验。近年来Mann-Kendall检验被广泛应用于FI值、BFI值的变化趋势检验 [ 19 ]。Kendall τ相关系数用非参数检验的方法来度量定序变量间的线性相关关系。 Kendall τ相关系数的检验统计量计算公式如下 [ 18 ] ： τ = 2 ( U − V ) n ( n − 1 ) (2) 式中：τ为Mann-Kendall相关系数；U是一致对数目；V为非一致对数目；n为样本数。 当U值较大、V值较小时，两变量呈较强的正相关；当U值较小，V值较大时，两变量呈较强的负相关；如果U值和V值相近时，两变量呈较弱的相关关系。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 闽江流域径流Flashiness指数时空变化特征 闽江干流、四条支流的Flashiness指数发生了明显的变化。近60年Flashiness指数经Mann-Kendall分析可见(表2)，其τ值均小于0，大樟溪流域和建溪流域的P值小于0.01，富屯溪的p值小于0.05。这说明近60a来闽江流域的年内径流波动性呈现出下降的趋势，其中富屯溪显著下降，大樟溪和建溪呈现出极显著的下降趋势，沙溪和闽江干流下降趋势不明显(图2)。总体而言，大樟溪和建溪的径流波动性更大，表现在FI值比其他流域更大(见表3)。 Table 2 FI trend test results of the main stream and four tributaries of Minjiang River in recent 60 year 河流名称 τ p 显著性 水文站点 建溪 −0.2734 0.0021 极显著 七里街 富屯溪 −0.2164 0.0140 显著 洋口 沙溪 −0.0943 0.3175 不显著 沙县石桥 大樟溪 −0.4476 0.0000001 极显著 永泰清水 闽江干流 −0.0988 0.2548 不显著 竹岐 表2. 闽江干流、四条支流近60年FI值趋势检验结果 Table 3 The statistics of Flashiness indexes of the Minjiang watershed during 1951-201 河流名称 FI最大值 FI最小值 FI平均值 建溪 0.43 0.26 0.34 富屯溪 0.36 0.19 0.29 沙溪 0.34 0.16 0.26 大樟溪 0.68 0.27 0.47 闽江干流 0.38 0.16 0.25 表3. 闽江干流及四条支流近60年FI值统计特征 图2. 1950~2012年闽江干流及支流Flashiness指数 3.2. 闽江流域BFI指数的时空变化特征 近60a来，闽江干流、沙溪、大樟溪、富屯溪、建溪的基流指数(BFI)也发生了明显的变化(图3)。经Mann-Kendall分析(表4)，其τ值分别为0.2135、0.3319、0.5234、0.2367、0.3141且绝对值都在0.2以上，闽江干流p值小于0.05，其他支流的p值均小于0.01，说明近60a来闽江干流基流指数呈显著的上升趋势，其他支流的基流指数呈极显著的上升趋势。由图3和表4可见，闽江流域的基流指数呈明显的时空变异特征，即闽江干流、沙溪、富屯溪的基流指数明显高于建溪和大樟溪，且都呈现出显著的上升趋势。说明影响闽江干流和四条支流河流径流量的水文地理条件发生了明显的年际变化。 3.3. 水电开发对闽江流域Flashiness指数变异点影响 基于闽江流域1950~2012年近60年的日径流量数据由2.2计算得出近60a闽江流域Flashiness指数，并对FI指数进行变异点分析，结果见图4。 图3. 1950~2012年闽江干流与四大支流BFI指数 Table 4 The results of M-K analysis in Minjiang River in 1950-201 河流名称 τ p 显著性 建溪 0.3141 4.0051e−4 极显著 沙溪 0.3319 4.0588e−4 极显著 富屯溪 0.2367 0.0072 极显著 大樟溪 0.5234 2.3999e−8 极显著 闽江干流 0.2135 0.0136 显著 表4. 1950~2012年闽江干流、四大支流BFI值的M-K检验结果 图4. 闽江干流及支流FI指数变异点分析 由图4可见，闽江干流及四条支流的Flashiness指数仅在建溪有出现变异点，时间是1968年和1970年。据调查，闽江流域大坝建设、水电开发开始于50年代至今，其干支流绝大多数梯级电站建成于1993年，特别是2000年以后，目前流域梯级电站开发率达到85%，但是根据各流域变异点分析结果显示，只有建溪流域的FI值分别在1968年和1970年出现拐点，其他流域FI指数在近60年甚至没有出现拐点。这说明闽江流域径流的波动性受水电开发建设的影响并不敏感。闽江是福建省最大的河流，流域面积约占福建省陆域总面积的一半，流域尺度较大，水库分布在流域的各干支流，这可能是造成水电开发建设对径流波动性变化影响不明显的原因。另一方面，闽江流域水电开发的持续较长，也可能是闽江径流波动性变化不明显的原因。从50年代中后期起大型水库开始兴修水利，还有60座中型水库也是这段时间开始兴修。 3.4. 水电开发对输沙率变异点的影响 本文基于竹岐(闽江干流)、沙县石桥(沙溪)、洋口(富屯溪)、永泰清水(大樟溪)、七里街(建溪)五个水文站点收集的1978~2012年近35年的日输沙率数据进行变异点分析，结果见图5。 图5. 闽江干流及四条支流近35年输沙率变异点 由图5可见，闽江干流、沙溪、富屯溪、大樟溪和建溪的输沙率分别在1984、1993 (2000)、1996 (1998)、1991 (2006)和1997年出现变异点。除闽江干流竹岐水文站点输沙率拐点时间为80年代，其余四条支流所对应的水文站点的输沙率拐点均分布在90年代至2000以后，即处于闽江流域梯级电站开发的高峰期。因此对1978~1992年和1993~2012年两个时间段的年平均输沙率进行对比(见表5)。由表5可知，1993年前后各水文站点所测得的年平均输沙率均发生了一定的变化，这反应了水电站的梯级开发使得闽江流域输沙率发生了明显变化，从而出现了变异点。闽江干支流绝大多数梯级电站建成于1993年，特别是2000年以后，目前流域梯级电站开发率达到85%，大规模的梯级电站建设过程中，大量的泥沙排入到流域中，使得河流的输沙量增加。而这些水库的建成后，如同一个个巨型沉沙池，沉积了上游的大量的泥沙，使得下泄的河水的含量明显减少。 Table 5 Comparison of the sediment discharge around the year 199 时段 竹岐 七里街 沙县石桥 洋口 永泰清水 1978~1992年 201.44 42.88 31.28 27.52 25.79 1993~2012年 84.40 30.34 33.42 59.62 31.78 变化率/% 58.1 19.24 6.8 116.64 23.23 表5. 闽江干流及支流水文站点1993年前后年均输沙率变化/kg/s
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user: 4. 讨论 近60年来，闽江流域的建溪和大樟溪的FI值呈极显著的下降趋势(流域尺度)，富屯溪的FI值显著下降，而闽江干流与沙溪FI也呈现一定的下降趋势，但是下降趋势并不明显。FI值下降的同时，各流域的BFI值却随之上升。Deelstra等人的研究发现FI值的变化与BFI值的变化呈现显著负相关关系 [ 10 ]，这与本研究相符合。 黄金良等人对九龙江流域的北溪和西溪径流的FI指数进行变异点研究分析发现，九龙江流域的北溪与西溪的FI指数的变异点都为1992年 [ 13 ]，九龙江水利资源蕴藏量十分丰富，随着1995年北溪的万安溪水电站、1996年西溪的鸿明电站的相继建成，九龙江流域的水电开发力度逐渐加大。变异点出现的时间与水电站开始建设的时间基本一致，说明九龙江流域径流的波动性受水电开发建设的影响较为敏感。而本文所研究的闽江流域FI指数只有建溪出现变异点，时间分别为1968年和1970年，其他流域并没有出现变异点，这与水电站梯级开发力度较大的90年代在时间上并不一致，说明闽江流域径流的波动性受水电开发建设影响并不敏感。造成两者的差异的原因可能是受流域尺度大小的影响，闽江流域面积较大为60，992 km 2 占福建省陆地面积的一半，且支流众多，径流的波动性受水利工程的影响较小，而九龙江流域北溪面积9083 km 2 ，西溪面积3946 km 2 ，流域面积相比闽江较小，径流的波动性受水利工程影响较为敏感。相关研究也表明，水利工程对河道水沙变化的影响受到流域尺度的影响，流域尺度越小，河道水沙变化受水利工程的影响就越敏感，其滞后性就越短 [ 20 ]。闽江流域的输沙率近35a出现了明显变化，而水电的大力开发是一个重要的影响因素。刘新有的研究表明，水电开发对河流的水沙特性的影响较小，对输沙的影响程度远大于径流影响程度 [ 21 ]。本研究分析结果与该研究规律相符，表明本研究结果科学可靠。
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user: 5. 结论 1) 近60年来闽江干流及四条支流的径流特征与水文环境发生了一定的变化，表现在FI值的下降和BFI值的上升。具体为富屯溪显著下降，大樟溪和建溪呈现出极显著的下降趋势，沙溪和闽江干流下降趋势不明显，总体而言，大樟溪和建溪的径流波动性更大，表现在FI值比其他流域更大。 2) 由于闽江流域尺度较大，水电开发持续时间长，闽江流域径流的波动性受水电开发建设的影响并不敏感，只有建溪的FI值在1968年和1970年产生变异点。 3) 水电站的梯级开发是造成闽江流域输沙率产生变异点的一个重要因素。