尹心安　王嘉崎　高婷　李浩　檀怡

摘要：變異范圍法是評(píng)估河流水文情勢(shì)改變程度的重要方法。原有變異范圍法只關(guān)注了河流水文指標(biāo)值在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)頻率的變化，而忽略了指標(biāo)值在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)分布特征的變化，可能會(huì)低估河流水文情勢(shì)的改變程度。為了更加全面地量化河流水文情勢(shì)改變程度，引入均值及變異系數(shù)，反映水文指標(biāo)值在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)集中趨勢(shì)及離散程度等分布特征的變化，并與原有變異范圍法相結(jié)合，建立新的河流水文情勢(shì)改變程度評(píng)估方法；以漢江為例，對(duì)改進(jìn)的變異范圍法進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明：改進(jìn)的變異范圍法量化了原方法未考慮的水文情勢(shì)改變特征：以皇莊站水文情勢(shì)為例，相較于原有變異范圍法得出的低程度改變度20.63%，改進(jìn)的方法得出了50.71%的中度改變，能夠更加全面和準(zhǔn)確地量化河流水文情勢(shì)改變程度，可為生態(tài)流量保障提供更合理的量化目標(biāo)。

關(guān) 鍵 詞：水文情勢(shì)； 生態(tài)流量； 變異范圍法； 漢江

中圖法分類(lèi)號(hào)： P333 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.06.010

0 引 言

在氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響下，河流水文情勢(shì)發(fā)生了顯著變化，并造成了河流生態(tài)系統(tǒng)的退化。河流對(duì)于維持生態(tài)健康、經(jīng)濟(jì)繁榮和人類(lèi)福祉非常重要［1］。減小自然水文情勢(shì)的改變程度，是河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的基本原則。自然水文情勢(shì)的改變程度越小，越有利于河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)［2］。為提升河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)效果，亟需建立和發(fā)展水文情勢(shì)改變程度度量方法，提高結(jié)果的科學(xué)性。

變異范圍法（Range of Variability Approach，RVA）［3］是評(píng)估河流水文情勢(shì)改變程度的經(jīng)典方法。Richter等［4］首先建立了水文情勢(shì)擾動(dòng)指標(biāo)法（Indicators of Hydrologic Alteration，IHA），選取了多個(gè)與生態(tài)密切相關(guān)的水文指標(biāo)，系統(tǒng)量化了河流水文情勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，Richter等［5］又進(jìn)一步提出變異范圍法（RVA）。變異范圍法將河流流量過(guò)程分為自然階段和人為擾動(dòng)階段，將擾動(dòng)前水文指標(biāo)第25至第75百分位之間的數(shù)據(jù)設(shè)定為目標(biāo)區(qū)間，通過(guò)計(jì)算擾動(dòng)后水文指標(biāo)在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)的頻率變化，評(píng)估河流水文情勢(shì)改變情況。該方法對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)具有重要意義，在后續(xù)相關(guān)研究中得到廣泛應(yīng)用。

變異范圍法提出之后，許多學(xué)者在目標(biāo)區(qū)間、水文年順序、改變程度分級(jí)等方面對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以建立更加科學(xué)的河流水文情勢(shì)評(píng)估方法。目標(biāo)區(qū)間方面，Shiau等［6］認(rèn)為，RVA僅著眼于水文指標(biāo)在目標(biāo)范圍之內(nèi)的改變情況，忽略了其余兩個(gè)區(qū)間的改變信息。因此，該研究應(yīng)用直方圖匹配方法（Histogram Matching Approach，HMA），統(tǒng)籌考慮了水文指標(biāo)的整體數(shù)據(jù)，提升了水文情勢(shì)評(píng)估的準(zhǔn)確性。Yin等［7］提出，RVA未考慮擾動(dòng)階段內(nèi)豐、平、枯水期等水文年順序的改變，可能低估了水文情勢(shì)改變程度。Yu等［8］發(fā)現(xiàn)，每個(gè)IHA獨(dú)立計(jì)算難以反映水文年內(nèi)特性的整體改變，而這一整體改變，影響著水生生物棲息地的形成。改變程度分級(jí)方面，Richter等［3］通過(guò)計(jì)算各個(gè)水文指標(biāo)改變度的均值，衡量水文情勢(shì)的綜合改變度，并進(jìn)一步將水文情勢(shì)改變程度分為3個(gè)等級(jí)：低程度改變（0～33%）、中程度改變（34%～67%）、高程度改變（68%～100%）。在此基礎(chǔ)上，Shiau等［9］提出三等級(jí)計(jì)算方法，根據(jù)水文指標(biāo)的不同改變等級(jí)，采用不同的方法來(lái)確定水文情勢(shì)改變度。楊娜等［10］認(rèn)為三等級(jí)法過(guò)度依賴水文指標(biāo)的數(shù)值，在等級(jí)閾值邊界的水文指標(biāo)可能由于計(jì)算方法的不同而產(chǎn)生較大差別。該研究進(jìn)一步采用歸一化方法，使得水文指標(biāo)分布更加平滑，降低了數(shù)值大小對(duì)流量評(píng)估結(jié)果的影響。

以往研究有效完善了變異范圍法，然而，變異范圍法及其修正方法僅著眼于目標(biāo)區(qū)間內(nèi)水文指標(biāo)頻率的變化，忽略了目標(biāo)區(qū)間內(nèi)指標(biāo)值集中趨勢(shì)及離散程度等分布特征的變化，會(huì)造成水文指標(biāo)變化特征評(píng)估的不夠全面、不夠準(zhǔn)確。

以變異范圍法為基礎(chǔ)，為進(jìn)一步提高河流水文情勢(shì)評(píng)估的全面性和準(zhǔn)確性，本研究將考慮目標(biāo)區(qū)間內(nèi)指標(biāo)值分布特征的變化，對(duì)變異范圍法進(jìn)行改進(jìn)，并以漢江中下游的皇莊和仙桃水文站為例，利用1981～2021年逐日流量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證該方法的有效性。

1 水文情勢(shì)改變程度的估量方法

1.1 變異范圍法

變異范圍法（RVA）是最經(jīng)典的河流水文情勢(shì)評(píng)估方法之一。變異范圍法以IHA指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，通過(guò)比較水文擾動(dòng)前和擾動(dòng)后目標(biāo)區(qū)間內(nèi)水文指標(biāo)頻率改變程度，確定河流水文情勢(shì)總體改變情況。

（1） IHA指標(biāo)體系。

基于長(zhǎng)時(shí)間序列河流流量數(shù)據(jù)，IHA指標(biāo)體系定義了一系列生物學(xué)相關(guān)的水文指標(biāo)，這些指標(biāo)能夠表征水文情勢(shì)的變化［4］。IHA指標(biāo)體系有32個(gè)［4］和33個(gè)［3］水文指標(biāo)兩種常見(jiàn)版本（在33個(gè)指標(biāo)的版本中，增加了“斷流天數(shù)”指標(biāo)）。本論文選用32個(gè)指標(biāo)體系的版本。如果一些河流斷流問(wèn)題顯著，建議使用33個(gè)指標(biāo)體系的版本。IHA分為月平均流量、極端水文事件流量、極端水文事件發(fā)生時(shí)間、高（低）流量事件的頻率和持續(xù)時(shí)間、水文情勢(shì)變化率和變化頻率五大類(lèi)［4］（見(jiàn)表1）。IHA指標(biāo)體系以數(shù)值的形式，從流量、時(shí)間、頻率、變化率及變化頻率等方面，系統(tǒng)性地描述了河流的水文情勢(shì)特征。

（2） 變異范圍法。

變異范圍法建立在IHA指標(biāo)體系基礎(chǔ)上。該方法定量表征了氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)下河流水文情勢(shì)的變化情況［11］。具體而言，變異范圍法通過(guò)識(shí)別水文指標(biāo)在自然階段與擾動(dòng)階段目標(biāo)范圍內(nèi)頻率的變化，量化水文情勢(shì)的改變程度。一般情況下，該方法將IHA中每個(gè)指標(biāo)發(fā)生頻率在第25至第75百分位數(shù)之間設(shè)置為目標(biāo)區(qū)間，變化程度Dm用于衡量第m個(gè)水文指標(biāo)擾動(dòng)前后的水文情勢(shì)改變度，計(jì)算方式如下。

式中：No，m為擾動(dòng)階段第m個(gè)指標(biāo)值落在目標(biāo)范圍內(nèi)的實(shí)際年數(shù)；Ne，m為擾動(dòng)階段第m個(gè)指標(biāo)值落在目標(biāo)范圍內(nèi)的理論年數(shù)；αm為自然階段第m個(gè)水文指標(biāo)落在目標(biāo)區(qū)間的比例，當(dāng)目標(biāo)區(qū)間為第25到第75個(gè)百分位數(shù)時(shí)，αm值為50%；NT為擾動(dòng)階段水文序列的總年份數(shù)。

各水文指標(biāo)平均變化程度用于量化水文情勢(shì)總體變化程度：

式中：D為水文情勢(shì)總體變化程度；G為水文指標(biāo)個(gè)數(shù)。Richter等將水文情勢(shì)變化程度進(jìn)一步劃分為三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：

1.2 改進(jìn)的變異范圍法

變異范圍法只考慮各指標(biāo)在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)頻率的變化，而不考慮在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)數(shù)值分布情況的變化。集中趨勢(shì)和離散程度是反映數(shù)值分布特征的重要因素。本研究通過(guò)引入平均值及變異系數(shù)，識(shí)別目標(biāo)區(qū)間內(nèi)水文指標(biāo)值集中趨勢(shì)與離散程度等分布特征的變化情況，量化原有變異范圍法未考慮的水文情勢(shì)改變特征，提升河流水文情勢(shì)評(píng)估的全面性和準(zhǔn)確性。

（1） 參數(shù)引入。

本研究采用平均值（Mean Value，M）及變異系數(shù)（Coefficient of Variation，CV）表征目標(biāo)區(qū)間內(nèi)水文指標(biāo)的分布特征，主要包括集中趨勢(shì)與離散程度兩個(gè)方面。變異系數(shù)可以從宏觀的角度對(duì)水文指標(biāo)分布特征進(jìn)行解讀［12］。例如，變異系數(shù)越大，反映出水文過(guò)程隨時(shí)間的波動(dòng)性變化越強(qiáng)烈。同時(shí)，分布不均的流量可能對(duì)水資源配置及河流生態(tài)健康造成影響。Lin等［13］引入變異系數(shù)，計(jì)算月平均流量的離散程度，對(duì)流量的年內(nèi)分布特征展開(kāi)分析。均值則反映了一段時(shí)期內(nèi)河流水文指標(biāo)的集中趨勢(shì)，該參數(shù)從數(shù)值大小方面細(xì)化評(píng)估了水文情勢(shì)。

本研究將均值、變異系數(shù)與原有變異范圍法的水文情勢(shì)相結(jié)合，從集中趨勢(shì)、離散程度、頻率3個(gè)方面，綜合評(píng)估水文情勢(shì)。變異系數(shù)計(jì)算方法如下：

式中：σm為第m個(gè)指標(biāo)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差；Mm為第m個(gè)指標(biāo)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)的均值；Mmk為第m個(gè)指標(biāo)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)第k年的數(shù)值。

（2） 改進(jìn)的水文情勢(shì)評(píng)估方法。

本研究通過(guò)計(jì)算自然階段及擾動(dòng)階段下，水文指標(biāo)在目標(biāo)區(qū)間的均值及變異系數(shù)變化百分比，識(shí)別指標(biāo)值集中趨勢(shì)及離散程度等分布特征的變化情況。由于原變異范圍法主要針對(duì)水文指標(biāo)目標(biāo)范圍內(nèi)的頻率改變，為便于表示，將原水文情勢(shì)改變度表示為頻率改變度（D），并將其與均值（DM）、變異系數(shù)改變度（DCV）結(jié)合，計(jì)算綜合水文情勢(shì)改變度（OA）。

假設(shè)H={Hk}為擾動(dòng)前的水文序列，I={Ik}為擾動(dòng)后的水文序列（其中，k=1， 2，…， n， 代表第k年）。改進(jìn)后的水文情勢(shì)擾動(dòng)計(jì)算步驟具體如下：

步驟1：計(jì)算頻率改變度（D）。

基于IHA指標(biāo)體系確定目標(biāo)區(qū)間。分別計(jì)算擾動(dòng)前后水文序列的32個(gè)水文指標(biāo)值。利用擾動(dòng)前指標(biāo)數(shù)據(jù)集Hk={H1k，H2k，…，Hjk，…，H32k}（j=1，2，…，32；k=1，2，…，n）確定第25及第75百分位數(shù)作為RVA閾值，在該閾值內(nèi)的數(shù)值組成目標(biāo)區(qū)間。

根據(jù)原有變異范圍法計(jì)算頻率改變度（D）。利用擾動(dòng)后指標(biāo)數(shù)據(jù)集Ik={I1k，I2k，…，Ijk，…，I32k}（j=1，2，…，32；k=1，2，…，n）識(shí)別擾動(dòng)后各指標(biāo)在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)的實(shí)際年份數(shù)量。在確定目標(biāo)區(qū)間內(nèi)理論年份數(shù)量的基礎(chǔ)上，計(jì)算單個(gè)水文指標(biāo)改變度Dm，進(jìn)而以取均值的方式計(jì)算總體頻率改變度D。

步驟2：計(jì)算均值（DM）及變異系數(shù)改變度（DCV）。

首先，計(jì)算擾動(dòng)前后各水文指標(biāo)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)的均值及變異系數(shù)；其次，計(jì)算擾動(dòng)前后單一指標(biāo)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)均值及變異系數(shù)變化的百分比；最后，通過(guò)所有指標(biāo)變化的均值反映總體均值及變異系數(shù)改變程度。

式中：DMm為第m個(gè)指標(biāo)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)均值改變度；Me，m及Mo，m分別為擾動(dòng)前后水文序列第m個(gè)指標(biāo)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)的均值；DCVm為第m個(gè)指標(biāo)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)變異系數(shù)改變度；CVe，m及CVo，m分別為擾動(dòng)前后水文序列第m個(gè)指標(biāo)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)的變異系數(shù)；DM為總體均值改變度；DCV為總體變異系數(shù)改變度。

步驟3：計(jì)算水文情勢(shì)總體改變度（OA）。

將頻率改變度（D）、均值改變度（DM）及變異系數(shù)改變度（DCV）合并轉(zhuǎn)化為水文情勢(shì)總體改變度（OA）。水文情勢(shì)總體改變度（OA）計(jì)算方法如下：

2 研究區(qū)概況

漢江是長(zhǎng)江的一級(jí)支流。漢江流經(jīng)陜西、湖北兩省，在武漢市龍王廟匯入長(zhǎng)江。漢江全長(zhǎng)1 577 km，流域面積約17萬(wàn)km2。丹江口水庫(kù)以上為漢江上游，河谷狹窄，長(zhǎng)約925 km；丹江口水庫(kù)至鐘祥段為中游，河谷較寬，沙灘多，長(zhǎng)約270 km；鐘祥至漢口水庫(kù)為下游，長(zhǎng)約382 km，流經(jīng)江漢平原，河道婉蜒曲折逐步縮小。

本研究以漢江皇莊和仙桃水文站為例，對(duì)改進(jìn)的變異范圍法進(jìn)行了驗(yàn)證。皇莊水文站位于湖北省鐘祥市郢中鎮(zhèn)市郊，是漢江中下游主要控制站；仙桃水文站位于仙桃市，是漢江下游注入長(zhǎng)江前的最后一個(gè)流量控制站。

自然階段和擾動(dòng)階段的分割時(shí)間通常用M-K檢驗(yàn)等數(shù)學(xué)方法確定。自然階段和擾動(dòng)階段分割時(shí)間的確定不是本研究的重點(diǎn)。為了將研究的側(cè)重點(diǎn)聚焦于比較改進(jìn)的變異范圍法與傳統(tǒng)變異范圍法的區(qū)別，本研究不詳細(xì)確定自然階段和擾動(dòng)階段的分割時(shí)間，初步將1980～1999年作為自然階段，將2000～2021年作為擾動(dòng)階段。

3 結(jié)果分析

3.1 新方法與變異范圍法提供的信息比較

圖1顯示了皇莊和仙桃水文站月平均流量、極端水文事件流量、極端水文事件時(shí)間、高（低）流量頻率和持續(xù)時(shí)間、水文情勢(shì)變化率和變化頻率等指標(biāo)的均值變化。皇莊水文站的水文指標(biāo)均值的總體改變度（DM）為15.45%，為低程度改變;五大類(lèi)別IHA指標(biāo)的均值改變度有所不同。與自然階段相比，擾動(dòng)階段皇莊水文站月均流量和極端流量的均值有所減小，該指標(biāo)的減小將會(huì)引起水生動(dòng)植物棲息地的破壞，造成漢江生物多樣性的降低［14］；極端水文事件發(fā)生時(shí)間的均值有所推后（即時(shí)間數(shù)值變大），多種魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)卵活動(dòng)需要溫度上升和水位上升的聯(lián)合觸發(fā)，而流量極值出現(xiàn)時(shí)間的推后，可能擾亂這些魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)卵活動(dòng)；年際流量變化也會(huì)影響流域植被覆蓋率的穩(wěn)定性［15］，皇莊水文站低流量事件發(fā)生次數(shù)和持續(xù)時(shí)間的均值有所降低，而高流量事件發(fā)生次數(shù)和持續(xù)時(shí)間的均值有所增加；水文情勢(shì)變化率略有減小，而變化頻率基本持平。仙桃水文站的水文指標(biāo)均值的總體改變度（DM）為13.62%，為低程度改變；五大類(lèi)別指標(biāo)均值改變也有較為明顯的差異。仙桃水文站擾動(dòng)階段的月均流量和極端水文事件相較于自然階段數(shù)據(jù)較低，極端水文事件差異明顯；最大1 d流量出現(xiàn)時(shí)間提前，最小1 d流量出現(xiàn)時(shí)間推后；低、高流量次數(shù)雖然有所下降，但是低、高流量事件持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)；水文情勢(shì)變化率略有下降，但變化頻率基本保持不變。

圖2顯示了皇莊和仙桃水文站各指標(biāo)的變異系數(shù)變化?；是f水文站的水文指標(biāo)變異系數(shù)總體改變度（DCV）為29.27%，為低程度改變；各類(lèi)指標(biāo)變異系數(shù)的變化有所不同。相較于自然階段，擾動(dòng)階段皇莊水文站的月均流量和極端水文事件離散程度有所降低；低、高流量次數(shù)的離散程度基本持平，但是低流量持續(xù)時(shí)間偏離程度降低，高流量事件持續(xù)時(shí)間年差異較大；水文情勢(shì)變化率趨向于集中，而變化頻率分散程度顯著升高。仙桃水文站的水文指標(biāo)變異系數(shù)總體改變度（DCV）為13.62%，為低程度改變；相較于自然階段，擾動(dòng)階段的月均流量和極端水文事件離散程度降低；低、高流量次數(shù)的集中性增強(qiáng)，低流量持續(xù)時(shí)間偏離程度顯著減小，高流量事件持續(xù)時(shí)間離散程度增大；水文情勢(shì)變化率離散程度與自然階段類(lèi)似，但變化頻率趨向集中。

從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，新方法量化了原有變異范圍法可能低估的河流水文情勢(shì)改變度。在原有變異范圍法下，皇莊水文站河流水文情勢(shì)改變度為20.63%（D），屬低程度改變。而加入均值及變異系數(shù)考慮后，皇莊水文站水文情勢(shì)改變度為50.71%（OA），屬中度改變（見(jiàn)表2）。同時(shí)，原有方法中，32個(gè)水文指標(biāo)中只有1個(gè)指標(biāo)為高程度改變（占比3%），5個(gè)指標(biāo)為中度改變（占比16%），26個(gè)指標(biāo)為低程度改變（占比81%）。而改進(jìn)方法下，皇莊水文站6個(gè)指標(biāo)達(dá)到高程度改變（19%），17個(gè)指標(biāo)為中度改變（53%），9個(gè)指標(biāo)為低程度改變（28%）。同樣，仙桃水文站水文情勢(shì)改變度的計(jì)算也反映了兩種方法的區(qū)別。在原有變異范圍法下，仙桃水文站的水文情勢(shì)改變度為21.52%（D），屬低程度改變。而加入均值及變異系數(shù)后，仙桃水文站水文情勢(shì)改變度為48.19%（OA），屬中度改變（見(jiàn)表3）。同時(shí)，原有方法中，仙桃水文站32個(gè)水文指標(biāo)中只有1個(gè)指標(biāo)為高程度改變（占比3%），6個(gè)指標(biāo)為中度改變（占比19%），25個(gè)指標(biāo)為低程度改變（占比78%）。而改進(jìn)方法下，仙桃水文站7個(gè)指標(biāo)達(dá)到高程度改變（22%），20個(gè)指標(biāo)為中度改變（62%），5個(gè)指標(biāo)為低程度改變（22%）。

3.2 新方法與變異范圍法敏感性比較

以皇莊站月平均流量指標(biāo)為例，對(duì)改進(jìn)及原有變異范圍法的敏感性進(jìn)行比較。進(jìn)行敏感性比較時(shí)，保持自然階段河流流量不變，只生成新的擾動(dòng)階段流量。由于原有變異范圍法側(cè)重于目標(biāo)區(qū)間內(nèi)水文指標(biāo)頻率的變化，而新方法在頻率的基礎(chǔ)上，加入了對(duì)目標(biāo)區(qū)間內(nèi)指標(biāo)集中趨勢(shì)及離散程度等分布特征的考慮。因此，在生成新的擾動(dòng)階段流量時(shí)，應(yīng)保持目標(biāo)區(qū)間內(nèi)水文指標(biāo)的頻率不發(fā)生變化。具體而言，首先識(shí)別自然階段中月平均流量指標(biāo)第25百分位及第75百分位的數(shù)值（目標(biāo)區(qū)間范圍），以及區(qū)間內(nèi)數(shù)值出現(xiàn)的年份；然后以第25百分位及第75百分位的數(shù)值為限定范圍，隨機(jī)生成與自然階段頻率相同的數(shù)值量，并將其作為對(duì)應(yīng)該年份指標(biāo)值；最后以該指標(biāo)值為準(zhǔn)，隨機(jī)生成河流流量數(shù)據(jù)。構(gòu)建的擾動(dòng)階段數(shù)據(jù)能夠保證目標(biāo)區(qū)間內(nèi)指標(biāo)頻率未發(fā)生變化，同時(shí)區(qū)間內(nèi)指標(biāo)出現(xiàn)的時(shí)間未發(fā)生改變。

采用原變異范圍法和改進(jìn)的方法分別計(jì)算月平均流量指標(biāo)的改變程度。改進(jìn)變異范圍方法下，月平均流量指標(biāo)具有一定程度的改變（見(jiàn)表4）。這一改變是指標(biāo)集中趨勢(shì)及離散程度改變引起的。表4中頻率（Dm）即反映指標(biāo)頻率的變化，是采用原有變異范圍法計(jì)算的水文情勢(shì)改變度。在構(gòu)建擾動(dòng)階段流量時(shí)，保持目標(biāo)區(qū)間內(nèi)指標(biāo)頻率不變，因而頻率改變度皆為0。然而，隨機(jī)生成的日流量值使得指標(biāo)均值及變異系數(shù)發(fā)生變化，說(shuō)明原有變異范圍法忽略了這類(lèi)擾動(dòng)信息，而采用改進(jìn)的變異范圍法能夠更加敏感地捕捉其改變。

4 結(jié) 論

河流水文情勢(shì)改變程度評(píng)估是河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的基礎(chǔ)工作。變異范圍法是評(píng)估河流水文情勢(shì)改變程度的最經(jīng)典方法之一。原有變異范圍法只關(guān)注目標(biāo)范圍內(nèi)水文指標(biāo)出現(xiàn)頻率的變化，忽略了目標(biāo)區(qū)間內(nèi)指標(biāo)分布特征的變化，可能低估了河流流量改變程度。本研究通過(guò)引入各指標(biāo)在目標(biāo)區(qū)間內(nèi)的均值和變異系數(shù)兩個(gè)參數(shù)，改進(jìn)了原有變異范圍法，能夠從指標(biāo)頻率（原方法水文情勢(shì)改變度D）、集中趨勢(shì)（均值改變度DM）、離散程度（變異系數(shù)改變度DCV）3個(gè)方面綜合反映水文情勢(shì)改變程度。從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，新方法量化了原有變異范圍法未考慮的水文情勢(shì)改變特征，提升了河流水文情勢(shì)評(píng)估的全面性和準(zhǔn)確性。

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（編輯：謝玲嫻）

Calculation method of river hydrological regime alteration degree

YIN Xin′an1，2，WANG Jiaqi1，2，GAO Ting3，LI Hao1，2，TAN Yi1，2

（1.School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China； 2.State Key Laboratory of Water Environment Simulation，Beijing Normal University，Beijing 100875，China； 3.Beijing Xicheng District Urban Management Committee，Beijing 100044，China）

Abstract： The Range of Variability Approach （RVA） is an important method for assessing the river hydrological regime alteration degree.The original RVA only focuses on the frequency changes of hydrological indicators within target intervals，but ignores their distribution characteristic changes，which may underestimate the alteration degree of hydrological regimes.In order to quantify the degree of change of river hydrological regime more comprehensively，the mean value and coefficient of variation were introduced to reflect the changes of distribution characteristics such as central tendency and dispersion degree of hydrological index values in the target interval，and a new evaluation method for the degree of change of river hydrological regime was established by combining the original variation range method.The Hanjiang River was adopted to test the effectiveness of the improved RVA.The results showed that the improved RVA can quantify the hydrological situation change characteristics which was not considered in the original method.Taking Huangzhuang hydrological situation as an example，the original variation range method obtained a low degree of change of 2063%，the new method obtained a moderate degree of change of 5071%.The improved RVA can assess the river hydrological regime alteration more comprehensively and accurately，and provide more reasonable quantitative targets for ecological flow assessment.

Key words： hydrological regime；ecological flow；Range of Variability Approach；Hanjiang River

收稿日期：2022-11-01

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52079007，52279057）

作者簡(jiǎn)介：尹心安，男，教授，博士生導(dǎo)師，博士，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)水利。E-mail：yinxinan@bnu.edu.cn

特邀作者簡(jiǎn)介

尹心安，男，1981年生，教授，博士生導(dǎo)師，博士，國(guó)家級(jí)人才計(jì)劃入選者，主要從事生態(tài)水利以及水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)研究，重點(diǎn)關(guān)注水文過(guò)程、生態(tài)過(guò)程和社會(huì)經(jīng)濟(jì)過(guò)程的相互作用機(jī)理及聯(lián)合調(diào)控。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金、霍英東教育基金等科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，申請(qǐng)和授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利十余項(xiàng)，在水利和生態(tài)領(lǐng)域期刊上發(fā)表論文100余篇。擔(dān)任River Research and Applications副主編。