塔里木河流域气候及径流变化特征研究

以塔里木河流域的26个气象站和8个水文站1961—2005年的观测资料为基础,对塔里木河流域的温度、降水,径流变化及它们之间的相关关系进行了分析。结果表明:塔里木河流域的年平均气温、降水量逐年代递增趋势。2000年后的平均气温与多年平均气温相比增加了0.75℃,增幅7.69%,其中平原区增幅大于山区;降水量增加了16.65mm,增幅17.89%,其中山区增幅大于平原区;在1961—2008年间塔里木河流域干流径流量逐年减少,2000年后平均径流量与多年平均径流量相比干流阿拉尔站减少了1.35亿m3,减幅为3.00%;叶尔羌河玉孜门勒克站增加了1.91亿m3,增幅为21.80%;和田河同古孜洛克站径流量增加了1.76亿m3,增幅7.88%;乌鲁瓦提站增加了1.75亿m3,增幅达8.06%;开孔河黄水沟站增加了0.58亿m3,增幅达19.48%;大山口站增加了5.43亿m3,增幅达14.33%。通过对20世纪80年代前后开孔河与叶尔羌河年平均径流与年平均气温、平均降水关系的分析发现,气候变化下温度升高对径流的影响较大,尤其是形成于塔北昆仑山水系的河流。     

金沙江流域水沙变化及其驱动机制

为了探究金沙江流域控制水文站屏山站水沙序列的趋势及突变特性,量化不同驱动因素对水沙变化的贡献。基于金沙江流域1954—2016年径流和输沙数据,从长时期及场次事件两个角度揭示了水沙关系的动态变化特征。结果表明：(1) 63年间,径流量年均变化速率为-1.16×10⁸m³/a;输沙量年均变化速率为-2.0×10⁶t/a; 1998年长江流域发生特大洪水,水沙序列在该年发生突变;(2)水沙关系的特征参数a值在1998年前后由上升改为下降趋势,退耕等坡面水保措施在1998年后发挥了重要作用;b值始终下降,河道影响因素始终发挥减沙作用;在场次降雨尺度上,流域径流-悬移质泥沙环路(C-Q环路)以顺时针形环路为主,表明坡面泥沙物源充足,是影响流域产沙的重要因素;(3)流域内降水、温度及NDVI与径流和输沙之间有明显的相关性,人类活动与降水因素对径流量的贡献比为-1∶2,而输沙量主要受人类活动影响,对应的贡献比为-6∶1。综上,金沙江流域63年间的径流输沙受多种因素综合影响,径流量的变化主要由于降水的变化,输沙量受人类活动影响更大。     

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系变化及其驱动因素

以长江干流寸滩水文站以上流域为研究对象,基于1953-2018年的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势检验和水沙关系曲线分析径流、输沙的时间趋势及其关系变化,并采用双累积曲线法分析水沙变化的驱动因素。结果表明:寸滩站以上流域多年平均径流量为3425亿m^3,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m^3,多年平均月输沙量为3013万t,且主要分布在6-10月,分别占年径流泥沙总量的70%和95%以上。趋势分析显示,流域年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势;月径流量在1-4月显著增加,其他月份变化不显著,而各月输沙量均呈显著减少趋势。水沙关系曲线均可用幂函数拟合,拟合参数受时间尺度影响,统计检验显示悬移质输沙量实测值与水沙关系曲线的估算值差异不显著。双累积曲线分析发现水利工程建设和水土保持等人类活动是寸滩水文站输沙减少的主要原因,其作用占69%~93%,其中2000年以来人类活动的贡献超过90%。     

窟野河水沙变化及驱动力分析

利用窟野河入黄控制站——温家川水文站1956-2012年降雨、径流、洪水、泥沙实测资料,采用线性趋势分析、滑动平均、累积距平、R/S分析、双累积曲线法等多种方法,分析了窟野河水沙变化特征,降水和人类活动对径流及输沙的影响。结果表明:1总体上,窟野河径流量和输沙量呈持续下降趋势。21世纪初,年径流量和输沙量下降显著,其值分别为多年均值的34.4%和5%;2受降水和人类活动影响,径流量和输沙量年际变化过程经历了3个阶段,其转折点分别是1979年和1997年;3降水对径流量和输沙量的影响越来越弱,而人类活动对其两者的影响日益增强,成为影响径流和输沙的主导因素;4温家川站径流和泥沙的Hurst指数分别为0.876 7和0.803 9,表明未来一段时间内窟野河径流量和输沙量变化趋势将与过去保持同一势态,有持续递减的特征。正确认识水沙变化特性及产生的原因可为流域水资源合理开发和综合治理提供科学依据。     

黄土高原粗泥沙集中来源区水沙变化特征及趋势性分析

黄土高原粗泥沙集中来源区为治理黄河泥沙的重点核心地区.根据1960-1999年黄土高原粗泥沙集中来源区皇甫川、孤山川I、窟野河,秃尾河和佳芦河径流及输沙资料,以流域为单元,分析了区内各流域径流量、输沙量的年内、年际变化特征及变化趋势.结果表明,区内径流量及输沙量的年际、年内变化较大.在季节上,除秃尾河径流量集中期为6月份外,其余4条流域径流量的集中期均为8月份;5条流域输沙量的集中期均为8月份.各流域径流量、输沙量的突变时间均在20世纪70年代,说明各流域水沙量呈现减少的趋势,尤以20世纪90年代减少最明显.人类活动和气候变化是影响该区内各流域水沙变化的主要因素.     

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系

以长江干流寸滩水文站以上流域为研究对象,基于1953-2018年的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势检验和水沙关系曲线分析径流、输沙的时间趋势及其关系变化,并采用双累积曲线法分析水沙变化的驱动因素。结果表明：寸滩站以上流域多年平均径流量为3 425亿m³,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m³,多年平均月输沙量为3 013万t,且主要分布在6-10月,分别占年径流泥沙总量的70%和95%以上。趋势分析显示,流域年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势;月径流量在1-4月显著增加,其他月份变化不显著,而各月输沙量均呈显著减少趋势。水沙关系曲线均可用幂函数拟合,拟合参数受时间尺度影响,统计检验显示悬移质输沙量实测值与水沙关系曲线的估算值差异不显著。双累积曲线分析发现水利工程建设和水土保持等人类活动是寸滩水文站输沙减少的主要原因,其作用占69%~93%,其中2000年以来人类活动的贡献超过90%。     

2000年以来长江流域水沙情势变化及成因分析

基于长江干流屏山、朱沱、寸滩、宜昌、汉口、大通6个水文站的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势分析和突变检验、Sen’s估计以及累积距平法,分析长江干流2001—2018年径流输沙年际、年内变化趋势及其成因。结果表明:2000年以来长江干流各水文站年输沙量较2000年前显著降低,降幅高于56%;年径流量下降不明显,降幅低于8%;输沙量变异程度高于径流量变异程度。2001—2018年,长江流域平均月径流量为718108 m^3,平均月输沙量为1247104 t,且主要分布在6—9月。趋势分析显示,年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势,其中屏山、朱沱、寸滩站分别在2010年和2012年左右发生突变,宜昌、汉口、大通站在2005年发生突变;屏山站月径流量无明显变化趋势,大通站1月径流量显著增加,其他4个水文站均在1—4月呈显著增加趋势;各水文站月输沙量主要在6—10月呈显著减少趋势。水利工程和水土保持生态环境建设等人类活动是长江流域输沙减少的主要原因。     

基于相似年降水的人类活动对延河水沙变化影响

定量评价人类活动对河流径流和泥沙的影响是目前地学研究热点之一.由于河流水沙变化受人类活动和气候变化共同作用,降水是径流的来源和产沙输沙的主要动力.通过选择降水条件相似的年份,比较河流水沙差异,可以反映人类活动对水沙变化的作用大小.利用1952年到2001年延河甘谷驿水文站逐月径流量、输沙量实测值和流域逐月降水量实测资料,通过分析和确定年、汛期降水量和年内降水过程相似的年降水条件相似年组,比较相似年降水条件下径流量和输沙量的差异.分析表明,与1954-1963年相比,延河1969-1977年年和汛期径流量分别减少18.03%和32.52%,输沙量分别减少47.08%和47.52%;1981-1984年年和汛期径流量分别减少29.77%和46.29%,输沙量均减少73.46%;1988-1996年年和汛期径流量分别增加71.72%和97.79%,输沙量分别增加162.07%和161.88%.     

半干旱区降水-土地利用变化与水沙响应关系

为进一步研究年降水量、土地利用方式影响年径流量、输沙量的内在机制和关系,以定西市安定区为研究区,运用Mann-Kendall趋势检验与突变检测法研究区域年降水量、年径流量与年输沙量的变化趋势,检测突变发生的时间;对年降水量、土地利用与年径流量、输沙量之间进行拟合和回归分析。结果表明:(1) 1957—2016年内年降水量稍有下降且不显著(p0.05),年径流量、输沙量总体呈波动下降趋势且达极显著水平(p0.01)。年降水量、径流量和输沙量之间的关联性,1957—1985年水沙对年降水量变化响应强烈,趋势协同性强;1986—2016年水沙对年降水量变化响应减小,趋势协同异化,说明研究区水沙变化受其他因素(水土保持措施)影响越来越大。(2)未治理地中坡耕地、未利用地及其他用地逐年递减,与年径流输沙呈正相关且具有较好的指数、幂函数关系(p0.01);而治理地中梯田、人工造林、人工种草、封育及建设用地逐年递增,与年径流输沙呈负相关;淤地坝呈先增后维持不变,与年径流输沙呈负相关。治理地及淤地坝与年径流量、输沙量均具有较好的指数关系(p0.01)。该研究可为降水量、土地利用与水沙变化的内在机制研究提供一定依据。     

大凌河中上游水沙演变趋势及突变特征分析

结合大凌河中上游朝阳站和大城子站1956—2016年实测水沙数据,应用M-K非线性统计方法对大凌河中上游近61 a的水沙演变趋势及突变特征进行分析。结果表明:1958—1966年,输沙量有明显上升趋势,主要原因可能是1958年大跃进对植被破坏较多。1966—1995年,输沙量逐渐减少,但随降雨径流量而波动,可能是由于植被逐渐恢复的缘故;1995年后,虽然降雨径流仍波动,但输沙量逐年减少,其原因是随着1991年《中华人民共和国水土保持法》的出台,水土流失得到较强控制,区域水土流失显著下降。两站年水沙相关系数分别为0.8055(朝阳站)和0.6231(大城子站),属强相关;两站在汛期水沙相关关系为0.7596~0.8892,高于年相关系数,但非汛期水沙相关系数为0.1562~0.249 6,水沙相关性较差;大城子站径流量突变点分别在1989、1992、1997年,输沙量突变年份为1997年,朝阳站径流突变年份为1987、1994年,输沙量突变年份为1992年;大城子站水沙双累积曲线在1965年出现斜率偏移,而朝阳站分别在1968年、1993年出现偏移。     

基于SWAT模型的阿克苏河流域径流模拟

阿克苏河流域地处中国西北干旱区域,受高寒气候影响,其冰川和积雪融化补给对流域径流量变化、区域水资源合理优化及生态环境的保护影响重大。结合阿克苏河流域融雪径流的产流、汇流的独特之处,应用SWAT分布式水文模型对其月均径流进行了模拟研究。收集阿克苏河流域7个气象站点1980—2013年的逐日观测数据和阿拉尔水文站2000—2013年月均实测径流数据,基于DEM数据、土地利用数据、土壤数据,建立适合阿克苏河流域的融雪径流模型并进行月均径流的模拟。结果表明:SWAT模型在阿克苏河流域具有良好的适用性,校准期和验证期相对误差R_E均在8%以内,决定性系数R²和Nash-Sutcliffe效率系数NS均高于0.82,达到了模型的评价标准,为高海拔干旱区建立分布式水文模型提供了参考。     

近60年湘江流域水沙特性及其对人类活动的响应

湘江流域人类活动对湘江水沙变化具有显著影响。利用M-K次序法、Pettitt非参数检验法和双累积曲线法分析湘江干支流1953-2014年的年径流量、汛期径流量和非汛期径流量与输沙量的关系,并分析水土保持和水库建设等人类活动与水沙演变的关系。结果表明:1)湘江干支流水文站的年径流量、汛期径流量与输沙量的相关性强,且1990年后湘潭站径流量-输沙量的相关系数为0.83,而非汛期相关性较弱。1990年前,干流站点径流量和输沙量处于波动状态,1990年后干流站点径流量总体呈增加趋势,但输沙量呈减小趋势,且老埠头站的输沙量发生微幅突变。除个别站点之外,支流站点的径流量和输沙量发生突变的年份与变化规律均一致。2)水土保持以及水库建设对湘江流域的拦沙作用是输沙量减少的主要原因。相比支流,水土保持对湘江干流流域的输沙量减少影响更显著,水库建设与湘江干支流输沙量减少均密切相关。3)根据湘江流域输沙量突变点可划分A(1960-1987年)、B(1988-1996年)、C(1997-2013年)3个时期,在不考虑温度变化的影响下,以A时期1960-1987年为基准期,利用累积量斜率变化率比较法可知,相比基准期A时期,B、C时期水土保持和水库拦沙等人类活动对输沙量的减少的贡献率为88.58%和94.01%,人类活动为输沙量减小的主要因素。     

黄河中游窟野河流域水沙关系变化特征及其成因分析

为探讨人类活动和气候变化对窟野河流域水沙情势的影响,基于1956—2019年窟野河流域降水量、径流量和输沙量等监测数据,运用累积距平法、双累积曲线等方法对窟野河流域水沙变化的特征及其成因进行了分析。结果表明:窟野河流域降水量随时间变化呈不明显减小趋势,而径流量和输沙量随时间变化却呈显著减小趋势,流域水沙减少的因素不是气候变化引起的降水因素; 径流量和输沙量年际变化的转折年份为1979年和1997年; 同基准期A(1956—1979年)相比,B时期(1980—1997年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为14.25%,14.22%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为85.75%,85.78%,C时期(1998—2019年)气候变化对径流量和输沙量的贡献率分别为8.76%,6.65%,人类活动对径流量和输沙量的贡献率分别为91.24%,93.35%,降水变化和人类活动都是造成窟野河流域水沙减少的影响因素,其中流域内逐年增强的人类活动是窟野河流域径流和输沙减少的主要因素,而气候变化引起的降水减少是次要因素。     

基于小波分析的开都河径流变化周期研究

基于开都河1956—2010年径流量资料,采用小波分析法对开都河径流变化特征进行研究,讨论开都河年径流在不同时间尺度下的小波变换时频分布特征及其丰、枯交替变化的周期规律。研究结果表明,开都河年径流变化具有同步性,现正处于偏丰期;年内径流分配主要集中于6—8月,各站点最大月径流量均出现在7月。55 a来开都河流域大山口站年径流量呈现递增趋势,变化率为1.382 m³/s,、焉耆站年径流量呈现下降趋势,变化率为-0.113 m³/s。开都河大山口和焉耆两站20~30 a左右时间尺度的周期震荡最显著,其次,11~17 a左右时间尺度的周期震荡也较为显著;开都河流域径流量变化的主周期为27 a,次周期为16 a。     

黄河(内蒙古段)水沙运动过程特征及演变趋势

近年来受上游水库、河道控导工程和气候变化等因素影响,黄河(内蒙古段)呈现水沙异源、水少沙多的特性,导致河道萎缩和泥沙淤积严重,河道形态演变剧烈,严重威胁夏汛及凌汛行洪安全,也对河道及两岸的生态环境造成严重影响。选取黄河(内蒙古段)干流入境石嘴山水文站和出境头道拐水文站水沙过程为研究对象,分别采用频谱分析法、R/S极差分析法和Markov链分析法系统研究2009-2016年两站逐月水沙运动变化的时序、运动状态和演变特征,讨论影响水沙运动变化过程的关键因素。结果表明:石嘴山站和头道拐站输沙量的变化周期均为1年,而径流的变化周期分别为1年和6个月;石嘴山和头道拐站径流Hurst指数值分别为0.576和0.515,输沙量Hurst指数分别为0.519和0.249;黄河(内蒙古段)丰水低沙和枯水高沙概率之和约为50%;水沙运动演化过程中,丰水高沙与枯水低沙极限概率之和大于0.8。受期间特殊的来水来沙过程、水文气候特征及人类活动的影响,黄河(内蒙古段)水沙运动时序特征呈现非同步性和不协调性,未来水沙运动过程趋势逐渐向协调演变。     

泾河流域径流-泥沙的尺度效应研究

[目的]分析泾河流域径流和泥沙的尺度效应,并通过突变检测确定突变时间点,对比突变前后水沙尺度效应的变化,为气候变化和人类活动对水沙尺度效应研究提供支持。[方法]收集整理了泾河流域1958—2013年的水沙资料,基于流域水沙异源的特性,将流域分成南北两个分支,分别探讨2条分支水沙的尺度效应,并通过Mann-Kendall突变检验方法计算出突变时间点,对比突变前后尺度效应的异同。[结果](1)南北两分支的径流—泥沙之间的尺度效应具有反向关系。北支(洪德—张家山)的产流模数随面积增加表现为线性增加,南支(三关口—张家山)的产流模数随面积增加表现出对数函数关系,随集水面积增大产流模数先快速减小后缓慢减小。北支的产沙模数随面积增加表现为线性减少,南支的产沙模数随面积增加表现出幂函数关系,即随面积增大产沙模数先快速增加后缓慢增加;(2)突变后水沙都比突变前出现了不同程度的减少,突变前后水沙的尺度效应大部分具有相同的拟合函数关系式,仅南支的产沙模数由突变前的最优二项式函数拟合转变为突变后的线性函数。[结论]气候变化和人类活动的共同作用不同程度的改变了泾河流域径流—泥沙的尺度效应。     

不同水平年塔里木河流域灌溉面积超载分析

为探讨不同水平年塔里木河流域可承载最大灌溉面积及超载情况,该文依据水量平衡原理,以当地实际情况调用水原则为基础,计算出2010年和2020年塔里木河流域4条源流和1条干流(四源一干)可承载的最大灌溉面积及实际灌溉面积。结果表明:1)2010年四源一干实际灌溉面积有17.1×105 hm2,而流域可承载最大灌溉面积只有12.9×105 hm2,共超载了4.33×105 hm2,超载了33.6%,其中有4个流域超载严重,叶尔羌河、阿克苏河、开-孔河流域和塔里木河干流灌溉面积分别超载了21.0%、35.2%、84.6%、66.7%;2)与2010年相比,2020年预计只有3个流域超载而且各流域的超载比例均大幅度下降,超载面积总共减少了2.98×105 hm2,减少了68.86%。2020年环境承载力增加的主要原因可能在于:水资源利用水平提高和规划灌溉面积减少。该研究可为塔里木河流域绿洲规模的研究提供参考。     

柳河流域径流、泥沙时变过程研究

柳河是东北地区泥沙问题最为严重的河流之一,具有河道泥沙淤积严重、大量沉积以及向辽河泥沙输出量高等特点。对柳河流域径流、泥沙要素从20世纪中叶到21世纪初的年内分配及年际变化进行了时变过程分析,并研究了径流量与泥沙输沙量的相关关联系数及关联度,结果表明,柳河流域径流量年内及年际分配都很不均匀,且有随时间的发展更不均匀的趋势。径流量与输沙量之间有着很密切的相关关系,各站的关联度由0.560～0.921不等,但总体上,关联度较大。     

气候变化对开都河流域径流的影响研究

利用SWAT模型模拟开都河流域的径流变化,并采用1990—2009年的水文站点径流数据进行精度验证,然后设定气候变化情景,模拟不同气候条件下径流的响应特征。结果表明:模拟结果与实测径流较吻合,剔除异常年份（1994年、1995年）后,校准期（1990—2000年）效率系数为0.58,平均相对误差为-5.7%,线性拟合度为0.8;验证期（2000—2009年）的结果与校准期接近,均达到了模型的评价标准,说明SWAT模型在开都河流域的适用性较好。基于此,采用任意情景设置方法,设置了25种气候变化（气温和降水）组合情景,研究了该流域对气候变化的响应,结果表明,气候变化对径流量的影响较为显著,降水增加或气温降低均会导致径流量增加,流域未来年均径流变化的主要影响因素是降水,温度的影响相对较弱。     

渭河流域水利水保措施减沙水代价分异特征与水沙调节模拟

 不同水利、水保措施减沙水代价研究,对于评价水利、水保措施减水、减沙效应和解决流域水沙问题,有着重要意义。通过对渭河流域梯田、造林、种草和坝地等坡面和沟道水土保持措施、洪水期和年均灌溉及水库等水利措施减流减沙比的比较,分析了渭河流域1970—1996年,不同措施减沙水代价的差异和区域分异特征,并根据不同假设,模拟了通过措施数量和区域调整,对渭河径流量的影响。研究表明,灌溉措施的减沙水代价最大,其次是种草、造林和梯田等坡面措施,水库和坝地的减沙水代价较小。措施减沙水代价,区域分异特征非常明显,除坝地外,各类措施的减沙水代价,均与洪期输沙模数呈显著负相关。模拟研究表明,在假定各区间水利措施不变,通过不同水保措施面积变化和不同区间水保措施调整,可以在减少泥沙量不变时,明显增加渭河径流量。