1955-2009年澧水流域径流泥沙演变及影响因素

为了掌握澧水长时间序列的径流泥沙演变规律,运用Pearson相关系数法分析了1955-2009年澧水年径流量和年输沙量。结果表明:近55 a来澧水年径流量没有发生明显变化,而年输沙量呈显著下降趋势,并在1983年发生了突变。通过分析降雨、径流及输沙量之间的变化关系可知,在1955-2009年澧水年降水量无明显变化的情况下,人为因素是年输沙量显著减少的主要因素,水土保持综合治理和水利工程拦沙导致澧水进入洞庭湖的泥沙量每年相应减少约4.59×10⁶ t。     

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。     

气候变化及人为活动对湘江流域径流和输沙的影响

湘江是洞庭湖流域最大的支流,在全球气候变化以及高强度人为活动影响的背景下,明确湘江流域水沙关系及其影响因素,对洞庭湖流域水资源安全以及洞庭湖湿地生态环境保护具有重要意义。以湘江控制站湘潭水文站1982—2011年水沙数据为基础,综合考虑气候和人为活动变化等因素,结合趋势分析、突变分析、相关分析等方法,分析了湘江流域年径流量、输沙量、植被覆盖和气候(降雨量(R)、降雨强度(R_i)、最大日降雨量(R_(x1))、最大5d降雨量(R_(x5))、干旱情势(Palmer Drought Severity Index(PDSI)和Standardized Precipitation Evapotranspiration Index(SPEI)的变化规律,并分三个阶段气候突变前(1981—1990年)、气候突变后至退耕还林前(1991—2002年)和退耕还林后(2003—2011年)探讨了湘江流域水沙变化的影响因素。结果表明,在1982—2011年期间,总体上湘江流域降雨呈下降趋势,但降雨强度、干旱情势和植被覆盖上升。流域径流与气候因子(降雨、PDSI,SPEI)波动步调基本一致,但输沙量呈持续下降趋势。径流和输沙量与气候和植被因子有良好的相关性。进一步分析表明,气候变化是径流变化的主要原因;对于输沙量而言,1995—2002年泥沙降低的主要原因是水利工程建设,而2003—2011年之间输沙量降低则主要因为退耕还林等生态保护措施的综合效应。     

皇甫川流域1955-2013年水沙变化趋势与周期特征

为揭示黄河流域重要的产沙支流皇甫川在新时期水沙如何变化,采用Mann-Kendall检验、Pettitt检验及Morlet小波变换,分析了皇甫川流域1955-2013年水沙变化的趋势、突变和周期变化特征.结果表明:在99％显著性水平下,皇甫川流域的年径流量和输沙量均呈显著减少趋势,且径流量的减少大于输沙量的减少,进入21世纪以来,水沙年际变异更为显著;径流量、输沙量序列一级突变点均发生在1984年,二级突变点有所不同,年输沙量序列突变时间(2003年)晚于年径流量序列突变的时间(1998年);水沙演化过程中均存在4个尺度的周期变化,分别为22～32,13～21,7～12,3～6 a和23～32,13～22,7～12,3～6 a;在径流量和输沙量整体减少的趋势下,2011-2020年径流量将处于相对偏丰阶段,而输沙量在2013-2018年将处于相对偏多沙时期.研究表明,皇甫川流域径流量和输沙量的减少是气候的暖干化和渐强的人类活动综合作用的结果,而大规模的水土保持措施是水沙减少的重要影响因素.     

1951—2015年洞庭湖水沙演变及人类活动对径流影响的定量评估

运用线性趋势法、M-K非参数检验法、滑动T检验法、小波分析法等对1951—2015年洞庭湖水沙演变特征进行了分析,并通过构建降水-径流经验模型,定量估算了气候变化和人类活动对洞庭湖入出湖径流量的影响率。结果表明:(1)洞庭湖入出湖水沙时间序列均呈现出下降趋势,其中以入湖输沙量的下降趋势最为显著,以404.46万t/a的速度减少,在研究时段内入出湖水沙均发生了突变并表现出不同尺度的周期性变化规律;(2)洞庭湖入湖水沙的Pearson相关系数为0.800,出湖水沙为0.696,表明洞庭湖水沙序列之间呈现出极显著的正相关关系;(3)在整个变异期,降水对入湖径流量变化的影响率为-1.03%、人类活动为101.03%,降水对出湖径流量变化的影响率为-7.67%、人类活动为107.67%,洞庭湖入出湖径流量减少主要是受人类活动的影响。     

近40年赣江年径流泥沙变化及影响因素分析

为了掌握鄱阳湖水系第一大河——赣江长时间序列的径流泥沙演变规律,运用Mann-Kendall秩次相关趋势分析法和均值差异T检验法对1970-2009年赣江年径流量和年输沙量进行分析。结果表明:近40年来赣江年径流量没有发生明显变化,而年输沙量呈显著下降趋势;年输沙量分别在1984,1992年发生了突变,1970-1983年、1984-1991年和1992-2009年这3个阶段的年均输沙量分别为2 281.27×107,803.75×107,462.72×107 kg,相应变点的跃度依次为1 477.52×107,341.03×107 kg,这与利用径流—泥沙双累积曲线法得到的年输沙量阶段性分析结果一致。在1970-2009年赣江年降水量无明显变化的情况下,其年输沙量显著减少主要系人为作用,主要是水土保持综合治理和水利工程拦沙导致赣江入鄱阳湖泥沙量每年减少约40.53×107 kg。     

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。     

大通水文站水沙变化特征分析

[目的]分析大通水文站水文泥沙的趋势性、突变性和周期性,揭示其长时间序列的特征,为河口三角洲的发育及演变研究提供理论依据。[方法]采用Mann-Kendall趋势分析法、有序聚类分析法和小波分析法,对大通站近60a来径流量和输沙量时间序列进行特征分析。[结果]大通站年径流量无明显的趋势性变化特征,年际波动较大,年内分配极不均匀;年径流量不存在显著的突变性特征,但具有6和44a的周期性变化特征。年输沙量具有显著的线性下降趋势,同时年内分配不均;年输沙量存在显著的三级突变性变化,2002年为一级突变,1984年为二级突变,1968和1991年为两个三级突变;年输沙量还存在明显的12和30a周期性变化特征。[结论]大通站年径流量无明显的趋势性和突变性,存在一定的周期性;年输沙量存在显著的下降趋势,具有明显的突变性和周期性。     

乌兰木伦河1960—2015年水沙周期性分析

采用Mann-Kendall检验、Pettitt检验以及小波周期分析等方法对乌兰木伦河流域王道恒塔站1960—2015年的降水、径流和输沙过程进行了分析。结果表明:乌兰木伦河流域降水量变化趋势不显著(Z=1.19),在2010年之后有增加趋势。Mann-Kendall检验结果表明年径流量(Z=-5.62)和年输沙量有显著减沙趋势(Z=-5.56),采用Pettitt检验结果表明年径流量和年输沙量突变点均发生在1996年。相比60年代,2010年之后径流量从2.5亿m~3减少到0.9亿m~3,输沙量也从2 965.1万t减少到1.5万t。年降水量周期与年径流年输沙的周期不同步,仅在2～4a和8～10a时间尺度上具有周期性同步,而径流量和输沙量的周期有一定的同步性。研究表明,流域径流量和输沙量的短周期变化主要受降雨、太阳活动等自然因子调控,同时受到人类活动的影响,而更长周期的水沙变化特征则有赖于百年以上的水文序列。     

鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化特征及影响因素分析

为探讨鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化特征,以便为流域水土保持生态建设和湖泊水资源的合理利用提供科学依据,根据鄱阳湖五河流域5个入湖水文控制站1959—2012年径流量和1980—2012年输沙量数据资料,采用过程线法、滑动平均值法、相关系数检验法和年不均匀系数法进行了分析。结果表明:五河入湖径流量整体无明显上升或下降趋势;五河年平均输沙量均有整体显著下降趋势;赣江流域的年均输沙量从80年代初开始有显著减少趋势,而其他的抚河、信江、饶河、修河四个流域的年平均输沙量均是从21世纪初有显著减少趋势;水利、水保及林业工程是鄱阳湖五河流域入湖径流泥沙变化的主要影响因素。     

1951—2014年洞庭湖水沙阶段性演变特征及驱动因素分析

基于洞庭湖1951-2014年实测径流量和输沙量数据,采用Mann-Kendall检验、滑动t检验和有序聚类分析等多种统计方法分析洞庭湖水沙演变特征,并以回归曲线拟合及归-化曲线对降水量、径流量和输沙量之间的相互关系进行分析,以期确定影响洞庭湖水沙变化的驱动因素.结果表明:(1)入出湖径流量、输沙量的突变年份有差异,入湖径流量、出湖径流量为1971年,入湖输沙量为1985年,出湖输沙量为1970年;(2)洞庭湖入湖径流量具有以分段衰减为特征的演变过程,1972-1977年表现最明显;(3)入湖输沙量呈现分段衰减的阶段性演变特征,2004-2014年间多年平均输沙量减幅最大,衰减率为75.34％;(4)入湖、出湖径流量在1951-1971年和1978-1985年主要受降水量变化驱动,1972-1977年和1986-2014年主要受沙滩子自然裁弯、葛洲坝水电站、五强溪水库、三峡工程等人类活动影响;(5)1951-1971年入湖径流量的多寡对入湖输沙量产生一定影响,1972-2014年影响输沙量减少的主要因素是水利枢纽工程.因此,洞庭湖流域水沙过程的不同阶段其主导驱动因素有所差异.其中,入湖径流1972-1977,20042014年2个阶段及出湖径流1976-1985,2004-2014年2个阶段以水利枢纽工程驱动为主,其余2个以降水量变化驱动为主.     

宁夏清水河流域近60年降水量及入黄沙量变化

为了揭示黄河上游水沙变化成因,根据清水河流域的降雨、径流、输沙等实测资料,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、“水文法”、“水保法”等方法,分析了不同时段降雨特征值及入黄沙量的变化情况及沙量变化成因。结果表明:1958-2015年,年雨量、汛期雨量、主汛期雨量未发生显著变化及突变;流域控制站泉眼山的多年平均沙量为0.248亿t,1990-1999年来沙量最大,2010-2015年来沙显著减少;流域人类活动减沙量随时间呈先减小后增大的趋势,主要与下垫面的水利水保工程建设及流域坡面治理密切相关;2000年以来,流域水土保持坡面措施及淤地坝数量大幅增加,减沙效益日益显著,其中2010-2015年流域面上的水土保持措施减沙量为733万t,减沙贡献率达12%。清水河近期入黄沙量减少的主要原因是人类活动导致的下垫面变化,流域自2000年起逐步加大水土流失治理力度,2010年以来减沙效益显著增加。     

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。     

近30年苦水河水沙变化特征及成因分析

苦水河是宁夏境内重要的黄河一级支流,河流含沙量高,为了探究近30年来流域内水沙变化情势及其驱动机制,文章选取1989—2019年苦水河流域郭家桥控制站水文数据、吴中气象站降雨数据和Lansat系列卫星遥感数据,采用Mann-Kendall趋势检验、集中度分析、构建水沙关系曲线和土地利用转移矩阵等统计分析方法,分析了近30年苦水河流域水沙序列和水沙关系的变化特征。结果表明：(1)苦水河年径流(p<0.1)和输沙量(p<0.05)均显著减少。年径流和泥沙集中在5—8月,且输沙集中度很高。(2)分析水沙关系曲线,参数a有显著下降的趋势,表明流域内侵蚀程度降低。洪水场次下,顺时针和正“8”字滞回类型增加,显示河流输沙能力减弱,由短而急促渐渐转向平缓长久的输沙模式。(3)近30年苦水河流域内径流量和输沙量的减少,人类活动都是首要驱动因素,贡献度分别达到73.65%和95.67%。综上,流域南部山区大范围的农田转变为草地有效降低了苦水河流域上游来沙量,退耕还草措施对促进水土保持、协调水沙关系具有积极意义。     

近70年黄河流域水沙情势及其成因分析

深入剖析黄河水沙现状及成因是精准预测黄河未来水沙情势的前提与基础。为此,以黄河干流潼关断面以上4个主要干流水文站及7个主要一级支流把口站1950-2016 年水沙实测资料为基础,采用双累积曲线等多种统计分析方法,系统剖析了黄河流域水沙演变规律及水沙主要源区变化特征,定量评估了不同环境要素对黄河水沙变化影响。结果表明：1）黄河干流兰州、头道拐、龙门及潼关水文站年径流及年输沙量均呈显著减少趋势（P<0.05）,其中,年径流减幅17.93%~40.79%,年输沙量减幅均在46.74%以上。受多种因素影响,黄河水沙在20世纪80-90年代发生减少突变;2）兰州-潼关区间年均径流量沿程变化表现为由总体递增状态向递减趋势转变,年均输沙量递增状态虽未转变,但递增幅度平均减小90%以上;3）黄河泥沙主要来源区由头龙区间向龙潼区间发生转移特征明显,龙潼区间水土流失治理有待进一步加强;4）人类活动对黄河中游水沙锐减占据主导作用,平均贡献率达到90%以上。而上游兰州站年均径流量受气候影响较大,贡献率达到66.57%。研究结果可为深刻认识黄河水沙时空现状及成因提供依据,并对未来水土流失治理区位方向确定提供参考。     

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。     

黑河流域上游水沙变化特征及成因分析

[目的]研究黑河流域上游干流的水沙时空变化特征及其成因,为流域生态保护和水资源开发利用提供科学依据。[方法]选取黑河上游干流主要水文站近60a的实测径流、输沙及降雨资料,通过采用Mann-Kendall秩相关检验法、累积距平法和相关分析法,研究水沙变化特征及驱动因子。[结果]黑河上游干流径流量总体上从20世纪80年代以后呈增加趋势;输沙量从20世纪70年代开始呈不显著增加趋势,但莺落峡水文站输沙量从2001年开始呈显著下降趋势。[结论]降水增加是影响黑河上游径流量增多的重要原因;水土流失导致了札马什克站和祁连站输沙量的增加,而水库拦沙是莺落峡水文站输沙量显著减少的主要原因。     

人类活动对韩江水沙径流变化的影响

选取位于韩江中下游交界处的潮安水文站作为控制站,从径流量和输沙量两个方面,开展人类活动对韩江水沙径流变化的影响研究。利用潮安水文站1954—2012年系列年径流量、年输沙量以及其上游地区的年降水量数据,T检验结果表明,两个时段的年降水量和年径流量并没有发生统计上显著的变化,而两个时段的年输沙量发生了统计上显著的变化,然后采用双累积曲线法进行进一步分析。分析结果表明,20世纪60年代,由于梅河上游五华河水土流失严重,使得韩江输沙量和径流量均有所增加。而自2006开始,潮安站输沙量明显减少,总减沙量达到3 215.19万t,年均减沙量为459.32万t,主要原因是其上游韩江干流上大型的东山水利枢纽工程的兴建,其次是上游水土保持减沙和水库拦沙。本文可为韩江流域水利工程建设、生态环境保护和水资源合理利用提供科学依据。