延河流域径流和输沙周期变化特征的小波分析

 用延河流域甘谷驿站1953—2000年实测月径流深和输沙模数数据和1957—2000年月均面降雨数据,采用小波多尺度方法,分析延河流域主要水文要素的周期及其变化特征。结果表明:延河流域降雨、径流和输沙存在着显著的周期,且其大小非常接近,为3.0、6.5、13.0和23.0a。降雨、径流和输沙主周期分别是3.0、23.0和23.0 a。延河流域20世纪70年代后降雨量年际分配趋于均匀。3a对应的小尺度上,70—80年代初3个水文序列对应曲线出现紊乱现象,与该时期大规模水利水土保持措施的修建有关。80年代后,由于水利水土保持措施减水减沙效益的削弱,3条曲线重新趋于一致。13a对应的中尺度和23a对应的大尺度上,均出现径流和输沙曲线不同步,或者滞后于降雨曲线现象。降水是径流和输沙周期性变化的主要外动力因子,人类活动导致的流域下垫面变化则是不可忽视的另一重要原因。     

辽河流域夏季降水的变化特征分析

采用Lepaga检验、Morlet小波、线性回归、滑动T检验和滑动平均法,依据辽河流域1963—2019年夏季降水数据分析了其年代际变化特征与周期性特征。研究表明:大部分时段内流域夏季降水的年际震荡特征明显,其中最为突出的时段起始于1990年代;流域夏季降水的年代际变化周期与年际变化周期以18~24a、2~3a为主,周期震荡非常明显的时段有1963—1969年、1999—2008年和1990年代以后;2000年前后局部区域的年代际突变现象极为显著,夏季降水较突变前增大40%~60%,2010年的年代际突变使得降水下降幅度超过20%,此次具有更加显著的突变范围,仍需进一步研究其物理成因。     

嘉陵江流域降水及径流演变规律分析

流域降水与径流演变规律的异同性,可有效表征人类活动对流域径流的影响。基于嘉陵江流域1958—2008年水文、气象资料,探寻流域年降水量、年径流量的空间分布规律,采用经验正交函数和时间序列分析法,研究年降水量、降水量年内分配指数和年径流量的演变规律,对比演变规律的同步及异步变化特征。结果表明:年降水量自流域东南向西北递减,年径流深分别于涪江、渠江上游和流域北部、涪江中游、流域中游干流段出现相对高值和低值。流域年降水量、降水量年内分配未呈现显著变化趋势,无突变点,把口站北碚站年径流量下降趋势明显,于1990年产生突变;年降水量和年径流量主周期一致,均为35a和21a,但主周期显著程度不同;年降水量和年径流量于2002—2008年丰枯状态不同,径流相对于降水呈现强减少趋势。流域自然条件和水利水保措施、城市化等人类活动造成降水与径流主周期显著程度的差异,以及降水与径流趋势性、突变性及阶段性变化的不同步。     

北盘江流域降雨量和径流量年际变化研究

对北盘江流域的降雨和径流实测序列进行多尺度时频分析,可为喀斯特地区流域的综合治理、水资源的合理利用、水电设施设计标准的制定及地区的可持续发展提供保证,尤其对解决喀斯特地区的季节性干旱具有一定的指导意义.采用小波变换方法对北盘江流域年均降雨量和径流量的变化周期性进行分析,研究结果表明:北盘江流域1956-2000年降雨量和径流量均具有中等程度的变异,且径流量的增加速率大于降雨量;降雨和径流存在明显的年际和年代变化,且降雨量和径流量的变化周期具有同步性;降雨量的主周期依次为23,45,5,12 a,而23 a尺度的周期具有全局性;径流量的变化周期大致为24,6,13,40 a,而24 a尺度的周期具有全局性.     

渭河流域极端降雨变化趋势及其对水沙情势的影响

为探究渭河流域极端降雨变化趋势及其对水沙情势的影响,采用非参数趋势检验、突变检验和连续小波变换诊断了渭河流域1960—2019年的极端降雨指数及径流输沙序列的变异特征,通过双累积曲线法和相关分析法定量评估了流域极端降雨对水沙变化的影响。结果表明:各极端降雨指数呈阶段性波动变化,总体上PRCPTOT,RX5day和RX1day呈不显著下降趋势,R95pTOT,SDII和FSPTOT呈不显著上升趋势。各极端降雨指数均存在以4～6 a,11～12 a,28～29 a为周期的变化特征。径流与输沙量均呈显著减少趋势,分别在1993年、1999年发生突变,其中径流存在5 a和12 a的周期。各极端降雨指数均与径流、输沙量正相关,相比之下,输沙量与各极端降雨指数之间的相关系数偏低。极端降雨变化对径流与输沙量的减少具有重要影响。其中,PRCPTOT对径流减少的影响最大(29.65%),其次是RX5day(25.68%)和FSPTOT(25.95%)。PRCPTOT对输沙量减少的影响也是最大的(10.02%),其次是RX5day(7.12%)。综上,渭河流域水沙情势的变化受极端降雨的显著影响。     

富春江流域径流量变化及其气候因子影响分析

为掌握富春江流域径流变化特征,从气候变化角度对水资源影响的研究做出了科学分析。利用该流域1969—2016年实测入库流量资料分析了流域径流的年、月际变化特征;同时结合流域内18个水文站的降雨资料及8个气象站点的气象要素资料等作为分析因子,利用相关分析方法分析了径流与降水、气温和蒸发等气候因子对径流的响应情况。结果表明:富春江流域的径流自20世纪60年代末至今均经历了两个丰—枯年的转换,目前进入第3个丰水年的阶段。年降水量的年际变化与径流一致,其多雨期与径流的偏丰期对应,少雨期与偏枯期对应。降水量是影响富春江流域径流量的最主要因子,气温因子仅在7—8月对流域径流的影响达到显著水平,年蒸发与年径流呈显著负相关,对径流的减少有一定影响。本研究结果可以为富春江流域的水资源优化开发和合理利用提供参考。     

基于Budyko假设的金溪流域径流变化归因分析

[目的]探究金溪流域径流变化特征及其原因,对于水库运行调度及水资源管理具有重要指导作用。[方法]基于1982—2015年流域气象水文数据以及植被NDVI数据,采用线性回归法、Mann-Kendall突变检验及滑动T突变检验法分析径流变化特征,进一步采用Budyko水热耦合平衡方程计算各影响因子对流域径流变化的贡献率。[结果]金溪流域年径流深、降雨量均呈不显著上升趋势,变化速率分别为3.89 mm/a, 8.43 mm/a。潜在蒸散发量呈显著上升趋势,变化速率为1.17 mm/a。通过突变检验可将金溪流域径流序列分为基准期1982—2002年和变化期2003—2015年。金溪流域径流变化归因分析表明：下垫面变化对径流变化的贡献率为123.55%,潜在蒸散发的贡献率为33.83%,降雨贡献率为-57.38%,流域下垫面变化主要源于植被情况显著改善,其中NDVI在基准期上升速率为0.005/10 a,在变化期上升速率为0.024/10 a。[结论]导致金溪流域径流变化的主要源于植被情况的显著改善,金溪流域径流变化的归因分析为金溪流域的水资源利用提供了理论支持。     

中西河流域降水变化与径流关系研究

根据中西河流域近40年的降水、径流资料，分析了流域的降水、径流变化及降雨与径流的关系。结果表明，中西河流域年均降水量为507．68mm，年均径流量为1．86亿m^3，年降水量离差系数为Cv=0．24，径流量离差系数为Cv=0．59。流域降水年际变化是影响径流年际变化的主要因素。     

淮河上游山区迎河小流域年降雨与径流特征分析

根据1981~2004年连续24a的降雨、径流实测资料,采用数理统计方法分析了淮河流域上游迎河小流域的年降雨、径流变化特征及降雨与径流的关系.结果表明:迎河小流域降雨、径流的年际变异程度均较大,离差系数分别为0.28和0.45,显示出区域旱涝灾害出现机率大;降雨年内分配集中,汛期降雨量占年雨量82.1%;典型年份雨次的分析表明,流域次降雨雨型以均匀型为主;年降雨量同年径流量存在很好的线性正相关关系,可以用年降雨量对径流量进行预报;径流率与汛期雨量存在良好的线性正相关关系.     

黄河上游主要干支流近期降水、径流统计特征变化分析

根据降水对径流的影响,利用假设统计检验法对黄河上游干流唐乃亥和支流洮河、湟水河、大通河四个流域——即刘家峡以上黄河主要干支流流域,近30年来的降雨径流变化趋势进行了分析与检验。为探讨流域蓄水特征和产流特征变化,考察总径流量变化趋势,分别对枯季径流、汛期径流、年径流及相应时段降水做了同步分析,并分区域探讨了降水和径流的变化趋势及其变化原因,得出黄河上游径流在这四个流域有减少的趋势,但程度各不相同的结论。湟水和大通河在降水和径流方面的变化均不显著,洮河流域降水减少最为明显,且下游减少最为厉害。在径流方面,洮河汛期径流量变化趋势不同于降水,人类用水量的行为已改变了径流序列的时程变化特性。唐乃亥降水特性有所变化,但更为突出的是枯季径流显著减少,对造成此现象的原因尚需进一步调查研究。     

赣江流域1966-2015年降水量多尺度时空变化特征分析

为研究全球气候变化影响下的赣江流域降水量时空分布特征,基于赣江流域及其周边的27个气象站1966-2015年逐日降水量数据,采用Mann-kendall、累积距平法及Morlet小波分析等方法研究了不同时间尺度降水量变化特征。结果表明:赣江流域年、汛期、夏季和秋季降水量呈不显著的增加趋势(p>0.05),而春季和冬季呈不显著的减少趋势(p>0.05);不同时间尺度降水量均具有明显的阶段性特征,且进入21世纪00年代后降水量多为枯水阶段;赣江流域降水量变化主周期多在8~10 a,20~22 a,26~30 a。赣江流域全年和春季降水量呈南少北多的分布格局,汛期和夏季降水量空间分布较均匀,无明显的空间差异,秋季降水量呈南北两端少、中部相对较多的分布格局,而冬季降水量呈由北向南递减的变化趋势。     

淮河流域不同量级降雨时空分布特征及其影响因素

采用淮河流域1965—2016年67个气象站点52 a的逐日降水资料,应用Mann-Kendall趋势检验法、反距离权重插值法和Morlet小波分析法,研究了不同量级降雨时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）淮河流域各量级降雨的年降水量均呈增大趋势,其中暴雨的年降水量年际变化波动相对较大。（2）整个淮河流域的降雨以中、大和暴雨为主,且比较集中。（3）淮河流域小雨和中雨的年降水量由南向北的递减较为平均,各级雨量带呈条带状分布,而大雨和暴雨的各级雨量带无条带状分布的规律。此外,不同量级降雨的降水日数和降水量空间分布一致,均具有“由南向北,依次递减”的特点。（4）1965—2016年,太阳黑子出现极值的年份与淮河流域各量级降雨的降水量极值年份并不完全对应。淮河流域暴雨的年降水量和太阳黑子数都在15 a左右尺度上震荡明显,虽然尺度上不能完全对应,但有交叉,说明暴雨的年降水量和太阳黑子数存在相似的振荡周期变化。     

黄土高原清水河流域降水-径流的响应关系

宁夏清水河流域地处黄土高原干旱、半干旱地区,选取清水河流域出口泉眼山水文站及气象站1989—2019年逐日径流和降水数据,并通过Chapman-Maxwell法对清水河流域径流时间序列进行基流分割,并将基流分割的结果应用于径流事件的分离,来探究径流事件对降水的响应特征。结果表明：(1)宁夏清水河流域降水量、径流量和基流量整体上均呈现上升趋势,经Mann—Kendall检验未发现突变显著的时间点,日降雨量10 mm以下的降水呈现增加趋势,年内降水主要分布在5—9月,占比达81.72%。(2)基于日径流时间序列,在清水河流域近30年间共分离出58次径流事件。在旱季降水总量与降雨强度显著相关,在土壤湿度和流域内水量存储条件的影响下,干旱时期的径流过程对事件前期降水响应较为敏感;在雨季,降水总量和降水强度是径流量的主要影响因素。(3)土壤水分对径流事件特征的影响具有阈值的变化,当前10天降水量未达5 mm时,峰值流量对其响应敏感。     

关川河流域1995-2010年降雨特征及其水土流失效应

依据定西关川河流域1995-2010年的水文站监测数据,分析了该地区降雨特征及其水土流失效应。结果表明:(1)流域降雨事件主要发生在5-9月,7-8月降雨量达到全年最高值,而侵蚀性降雨主要发生在7-8月15a间侵蚀性降雨日数占总降雨日数的9.53%侵蚀性降雨量占总降雨量的39.41%。(2)15a间共观测到1|123d降雨,降雨总量达4866.98mm多年平均降雨量304.19mm,年际变化趋势不明显,每年约10%的侵蚀性降雨事件造成土壤侵蚀。(3)河川径流量与输沙量呈极显著正相关关系(p<0.001),二者均呈波动减少的趋势当表层土壤处于缺水状态时,降雨对土壤侵蚀的影响延迟。(4)由于影响土壤水蚀的因素错综复杂,降雨量、侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力均不能独立反映流域土壤侵蚀过程。     

天山北坡呼图壁河流域积雪水文过程对气候变化的响应

积雪是干旱区水资源的重要组成部分,气候变暖引起的降水形态和积雪消融的改变势必会对流域径流过程及其组分变化产生重要的影响。选取天山北坡呼图壁河流域作为干旱区积雪补给典型流域,利用站点气象数据及IPCC CMIP5气候情景数据,驱动改进雨雪划分方案、融雪径流计算模块的VIC模型,以观测径流和MODIS积雪面积数据进行模型多目标参数优化,定量解析呼图壁河流域径流组成、变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明:(1)呼图壁河径流呈暖季集中的单峰型分布,融雪径流、降雨径流和冰川径流分别占径流总量的27.7%,66.1%,6.2%。1978—2010年呼图壁流域在气温、降水量显著增加,降雪量变化不大,降雪占降水比例显著下降的背景下,总径流和降雨径流显著增加,融雪径流微弱增加。(2) RCP4.5情景下,预估未来呼图壁河流域气温将显著升高,降水缓慢增加,而降雪明显减少;流域总径流将缓慢增加,其中降雨径流显著增加,而融雪径流将显著减少;径流年内分配亦将改变,将表现为春季径流和峰值流量的下降,枯水期流量增加,融雪径流峰值前移。(3)春季融雪径流的占比最高,其变化直接决定着总径流的丰枯变化;预估未来融雪径流显著减少将导致3—6月灌溉期总径流减少,在现有农业生产模式下将进一步加剧灌溉用水矛盾。     

祁连山大野口流域降水-土壤水-河川来水相关性分析

[目的]对祁连山大野口流域降水、土壤水和河川来水的相互关系进行分析,旨在为掌握流域水文过程及河川径流形成机理提供理论支持。[方法]运用祁连山大野口流域18a人工和2a自动监测的38万多个数据,采用特征参数算法、相关和多元回归等方法进行分析。[结果](1)降水量、空气湿度和河川径流18a平均为374.06mm,60.91%,166.73mm。降水的44.57%最后形成了河川径流。降水和河川径流上升率均为18mm/10a,空气湿度上升率约为1.2%/10a。(2)降水、空气湿度、土壤水、河川来水在一年中的变化步调基本一致。(3)在森林高度范围内,距地面越高,空气湿度越大,受降水的影响越小;在0—80cm深度范围内,土壤越深,降水对土壤水分的影响越小。(4)降水、空气湿度、土壤水、河川来水的相互关系较紧密,建立的回归模型可预测降水、土壤水、河川来水量变差的95.2%,88.8%,97.6%,准确率可达93.4%,84.6%,96.7%。[结论]降水、土壤水、河川来水的分配比例可量化和可调控流域水资源需水量方面的分配比例;将人工观测和自动监测数据同化分析,解决了流域生态水文过程研究中的数据短缺问题。     

半干旱黄土区降水和气温对北川河径流的影响

[目的]揭示山西省方山县北川河上游流域降水和气温对北川河径流的影响,为分析三川河上游流域乃至黄河中游流域径流量的变化原因提供参考。[方法]利用圪洞控制站数据,采用回归分析、累计距平、多元线性回归模型等方法分析了山西省方山县北川河上游流域1985—2009年间的气象数据、北川河径流变化特征及其相关性。[结果]北川河流域1985—2009年年降水量变化波动性大,整体呈现不明显的下降趋势。最高、最低气温2003年出现骤变,与气温的升高趋势相反,潜在蒸散发呈逐渐下降趋势。北川河年径流量变化差异较大,具有一定的阶段性和突变性,整体呈不明显的下降趋势。[结论]年降水量与温度是影响北川河径流量的主要因子,降水量中汛期降水量占主导地位。     

曲线数值法(SCS模型)在北京温榆河流域降雨－径流关系中的应用研究

为研究北京城市化进程中降雨-径流关系变化,在温榆河流域应用SCS模型,对该流域部分实测次降雨-径流过程及不同频率年降雨-径流进行模拟,得出SCS模型在温榆河流域预测径流是可行的,无论哪种前期土壤湿润条件,不同频率降雨的年径流量随着时间的推移有增大的趋势,相同前期土壤湿润情况下年径流量绝对增量顺序为,丰水年＞平水年＞枯水年,而相对增量是枯水年＞平水年＞丰水年.相同前期土壤湿润程度及相同频率降雨条件下,城市化水平越高,径流量越大.