作者简介｜PROFILE
赵冬梅，中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所博士在读
主要研究方向：流域水沙变化机理与模拟；洪水的输沙特性
联系方式：18487365270@163.com
引文链接｜CITATION
Zhao D, Xiong D, He K, Zhang B, et al. (2024). Non-consistent changes and drivers of water-sediment fluxes in the Yarlung Tsangpo River basin of the Tibetan Plateau. International Soil and Water Conservation Research. DOI: 10.1016/j.iswcr.2024.10.003
关键词｜KEYWORDS
雅鲁藏布江流域；河流水沙变化；植被恢复；积雪；驱动机制
摘要｜ABSTRACT
河流水沙通量作为河流系统输移的关键物质，既是河流地貌的主要塑造着，又是地球化学循环的重要驱动者。河流水沙输移的季节性变化情势深刻影响流域水土流失治理工程布局、水沙调控体系建设、河道保护与治理等方向和策略的制定。近几十年来， 气候变化加剧、冰冻圈退化和植被恢复显著改变了高寒地区的水沙动态。然而，受高山地形和气候条件的制约，该地区河流原位监测数据不足，水沙匹配的长序列实测资料缺失，过去对高寒流域河流水沙输移的整体趋势，区域性差异还十分有限。
本研究基于雅鲁藏布江流域干流的4个水文站（拉孜、奴各沙、羊村和奴下）观测资料，分析了1955-2020年近65来流域水沙通量的动态变化及泥沙源汇过程；耦合小波相干与方差分割的冗余分析法定量解析了气候、融雪和植被恢复（图1）对流域水沙通量的影响。研究可为深入理解寒区流域生态水文过程、水土保持规划提供重要的实践价值。
图1.雅鲁藏布江流域NDVI空间分布及变化趋势
研究发现，整个流域4个干流水文站径流量均呈不显著地增加趋势（P<0.05），但变化幅度差异较大。河流悬浮输沙量表现高度变异性。中上游河段（羊村站以上）径流、泥沙变化在时间尺度上具有完全的同步性，整体呈不显著增加的趋势（P<0.05）。然而，而下游奴下站悬浮输沙量却呈显著下降趋势。与1955-1998年相比，1999-2020年输沙量显著下降约20%。
图2.雅鲁藏布江流域径流与输沙量变化趋势
图3.雅鲁藏布江流域径流和输沙季节变化及输沙源汇过程
区域环境因子与水沙通量的非平稳关系显示，流域水沙变化的影响因素具有明显的时空尺度效应。对比单个因子小波相干特征值（Rsq和PASC），发现降雨与中下游年水沙通量的Rsq和PASC值最大，分别为0.545 ~ 0.702和0.454 ~ 0.555，27.81% ~ 51.53%和6.28% ~ 17.88%，表明降雨与流域中下游径流泥沙均显著相关，但降雨与径流的相关性从上游到下游逐渐降低。上游（拉孜以上河段）与水沙通量相关性最高的因子并不是降雨。其中，雪水当量与悬浮输沙量的相关性最强（Rsq=0.545, PASC=11.42%），而温度与径流变化的相关性最大（Rsq=0.512, PASC=22.31%）。在多因子小波相干分析中，中下游（拉孜以下）降雨与积雪、以及温度的相互作用，上游（拉孜以上）温度与积雪、以及蒸散发相互作用，与径流的相关性最高。相反，流域下游（羊村至奴下段）降雨与森林扩张相互作用，上游（拉孜以上）植被和积雪相互作用，日喀则至山南段（拉孜至羊村）潜在蒸散发和植被相互作用，以及它们分别和温度的相互作用，与悬浮输沙量变化相关性最强。这意味着上游河段气温和积雪作用部分抵消了降水减少对流域径流输沙的贡献，而气温和积雪组合加强了流域中下游降水导致的径流增加量。径流输沙对植被恢复的非平稳关系表明流域下游段森林覆盖增加（人工林和天然林）所引起的输沙减少量，部分缓冲了流域中上游（羊村以上）输沙的增加量。
当植被扩张作为植被恢复的单一指标时，各水文站之间似乎没有显著差异，但羊村和奴下站植被扩张与水沙通量的相关性大于奴各沙和拉孜站。小波相干谱分析表明，羊村在整个研究周期内植被与水沙通量之间呈持续的负相关，奴下在1985—2005年1 ~ 2 a和6 ~ 10 a周期上呈持续的负相关。奴各沙（1960—1996年）和拉孜（2000—2020年）在1 ~ 2 a的周期内呈显著正相关，表明植被恢复对有效减少地表径流和产沙量具有很强的尺度依赖性，仅依赖于NDVI可能会高估生态工程的实施导致的植被恢复对水沙通量的影响。
图4区域环境因子与水沙通量的非平稳关系
气候、积雪和植被对水沙通量变化前后的贡献显示，降水变化并不是影响流域所有河段水沙通量变化的主要原因。与1998前基准期相比，变化期（1998—2020年）下游河段降水仍然是径流增加的主要驱动因素，但下游泥沙的减少主要是植被恢复所引起的。
图5雅鲁藏布江流域气候-积雪-植被恢复对水沙通量变化的贡献
总结： 本文中，下游泥沙的减少（12.302×104 t/yr）部分抵消了中上游悬浮输沙量的上升趋势（羊村上游:14.8×104 t/yr, P<0.05）。植被恢复对有效减少地表径流和产沙量具有明显的尺度依赖性，仅依赖于NDVI可能会高估生态工程的实施导致的植被恢复对水沙通量的影响。气候、积雪和植被对水沙通量变化前后的贡献显示，降水变化并不是影响流域所有河段水沙通量变化的主要原因。与1998前基准期相比，变化期（1998—2020年）下游河段降水仍然是径流增加的主要驱动因素，但下游泥沙的减少主要是植被恢复所引起的。
相关推荐｜RECOMMENDATIONS
[1] Zhao D, Xiong D, Zhang B, et al. (2023). Long-term response of runoff and sediment load to spatiotemporally varied rainfall in the Lhasa River basin, Tibetan Plateau. Journal of Hydrology, 618: 129154.
[2] Zhao D, Jiao Y, He K, Xiong D, et al. (2024). Evaluating the effect of natural-artificial linear landscape elements on flow and sediment connectivity in a typical agricultural terraced catchment, China. Catena, 234: 107561.
[3] Cui T, Li Y, Yang L, Nan Y, Li K, Tudaji M, et al. (2023). Non-monotonic changes in Asian Water Towers’ streamflow at increasing warming levels. Nature Communications, 14: 1176.
[4] Li D, Lu X, Overeem I, Walling DE, Syvitski J, Kettner AJ, et al. (2021). Exceptional increases in fluvial sediment fluxes in a warmer and wetter High Mountain Asia. Science, 374(6567): 599-603.
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撰稿:赵冬梅 | 编辑: 温今甫 | 校稿: Hydro90编委团
