里奇和山谷省一个正在城市化过程中的喀斯特流域的径流动态

《Water Resources Research》：Streamflow Dynamics Across an Urbanizing Karst Watershed in the Ridge and Valley Province

城市化与喀斯特地下水交互作用对宾夕法尼亚州流域径流变异的影响研究。基于2000-2024年14站数据，量化发现城市化增加径流闪性（+15%-30%）、缩短消退期（-10%-25%），但地下水输入使低流稳定性提高（+20%-35%），过度开发导致部分区域低流减少。

　　

摘要

有效的淡水管理依赖于理解人类活动和地质过程如何影响径流动态。城市化扰乱了自然的水文过程，改变了暴雨径流和基流。喀斯特流域由于地表与地下水之间的复杂且不均匀的相互作用，在预测城市发展对径流的影响方面面临独特的挑战。本研究探讨了城市化和喀斯特地下水相互作用如何影响宾夕法尼亚州中部Ridge and Valley地区一个混合土地利用流域内的径流变化。我们分析了24年（2000–2024年）来自14个监测站的径流数据，这些站点涵盖了不同程度的城市化（10%–90%的建成区）和喀斯特地质特征。通过流量持续时间曲线、基流指数、Richards-Baker骤变指数、主消退曲线斜率以及低流量趋势等径流指标来评估土地利用和地下水的影响。城市化增加了径流的骤变性，加快了消退速度，并减少了基流的比例。城市化程度最高的河流对进一步增加的城市土地覆盖最为敏感。相比之下，具有大量地下水补给的河流基流更为稳定，对干旱条件的敏感性较低。雨水渗透和废水回收有助于维持低流量状态，部分抵消了城市化的影响；然而，最近的城市扩张加上地下水抽取导致某些地区的低流量减少。这些发现强调了在管理日益城市化的喀斯特流域水资源时，需要考虑水文复杂性和地下水补给因素。

要点

• 我们量化了宾夕法尼亚州中部一个喀斯特流域内土地利用对径流水文的影响

• 由于不透水覆盖面积增加和雨水排水系统效率提高，城市化加剧了径流的骤变性并缩短了消退期

• 地下水补给使河流在干旱条件下能够保持稳定的低流量

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性声明

此处提供的径流和降水数据是公开可用的。其中三个径流监测站点由美国地质调查局（USGS）运营，分别是：Milesburg, PA（https://waterdata.usgs.gov/monitoring-location/USGS-01547100/）、Axemann, PA（https://waterdata.usgs.gov/monitoring-location/USGS-01546500/）和Houserville, PA（https://waterdata.usgs.gov/monitoring-location/USGS-01546400/）。其他站点的径流数据可从HydroShare数据仓库获取（Orr & Boyer, 2026）。关于该流域径流监测的更多信息可从Keystone Water Resources Center获取（https://www.keystonewaterresources.org/monitoring）。降水数据来自NOAA气候数据中心的GHCND:USC00368449站点（https://www.ncei.noaa.gov/data/global-historical-climatology-network-daily/access/USC00368449.csv）。