长江源区沱沱河流域1961-2011年径流特征及其对降水的滞后效应

[目的]分析51 a来长江源区沱沱河流域径流量在降水的年代、年代际、季节等时间尺度上的变化,以及径流对降水的滞后效应,为流域水资源管理和利用提供理论依据。[方法]利用1961-2011年长江源区沱沱河流域沱沱河水文站和气象站的径流量和降水数据,在此基础上结合累积距平、变差系数、集中度、集中期等统计方法开展分析研究。[结果]沱沱河流域51 a来年际及四季径流量均呈增加趋势,其中年际、春季、夏季增加显著,气候倾向率分别为1.00×10⁸ m³/10 a,6.00×10⁶ m³/10 a,6.30×10⁷ m³/10 a;径流量和降雨量主要集中在5-10月,尤其集中在7月下旬至8月中旬之间。径流量与降水之间存在极显著的相关性;径流对降水均具有滞后效应,多年平均滞后时间为10 d左右,且滞后天数随着时间的推移呈扩大趋势。[结论]近51 a来研究区径流量和降水量的变化趋势均呈增加趋势,径流对降水具有10 d左右的滞后效应。     

1960-2013年广东省梅江流域径流特征及其对降水的滞后效应

[目的]全面了解梅江流域的水文特征及其变化趋势,为河流水量调节、防洪防汛及流域生态环境保护等方面提供决策依据。[方法]以该地区的典型河流梅江为例,利用1960—2013年流域的径流、降水数据,结合累积距平、变异系数、集中度和集中期等数理方法,对梅江的径流量、降水量在年代、年际、季节等时间尺度上进行分析,并用集中期来反映径流对降水变化的滞后效应。[结果]梅江径流量年际变化整体呈下降趋势,递减率为5．79 mm／10 a ;流域径流主要集中在4—9月,季节上主要集中在夏季和春季,径流集中期主要集中在5月下旬至7月中旬;流域内多年降水量呈波动减少趋势,但减少幅度很小,降水集中期主要集中在5—6月;流域内年径流量与降水量存在极大的相关性,并呈线性回归关系（r ＝0．824＞0．428＝ R0．001,54,回归显著水平超过0．001）,流域径流对降水具有滞后效应,多年平均滞后时间为21 d ,且滞后天数随着时间推移呈扩大趋势。[结论]可以推测是人类活动改变了地表覆被状况或者是气候的变化。     

植被恢复对青海省北川河流域水循环演变趋势的影响

[目的] 研究植被恢复对流域水循环的影响,明确植被恢复条件下流域水资源的演变趋势,为指导干旱半干旱地区开展科学的植被恢复工作提供数据支撑。[方法] 结合青海省北川河流域植被覆盖变化及长序列气象、水文数据,分析流域尺度水循环要素的演变趋势,分析植被恢复对关键水循环要素演变的影响作用。[结果] 20世纪80年代以来,北川河流域丘陵山区植被覆盖快速增加,仅2000—2019年期间平均增幅14.98%,最大增幅52.2%。1956—2019年,流域年降水量相对平稳,但年径流量呈不显著衰减趋势,平均降幅1.60×10⁷ m³/10 a,流域生态用水量增加是造成径流衰减的主要原因;植被恢复改变了流域大气降水的时空分配,在空间上更多降水用于流域内部生态消耗,减小了对下游的水源供给量,在时间上更多降水参与土壤水—地下水循环,延长了向流域外的排泄周期;地表风速、水面蒸发量、干旱指数等气象要素显著降低。[结论] 植被恢复影响下,北川河流域生态用水量增大,径流量衰减,降水—土壤水—地下水循环过程的水量比例增加,流域水源涵养能力不断提高,半干旱的气候条件有所改善。     

1970-2016年气候变化对渭河源头清源河流域降水和地表径流的影响

[目的]探究1970—2016年渭河源头清源河气温、降水、径流变化特征及相互关系,为明确该区域气候变化对降水和径流的影响及模拟研究径流演变过程提供依据。[方法]在分析气候要素变化和径流等年际变化规律和相互关系的基础上,采用3种气温修正气候水文模型与流域基本水文模型相比较的方法研究气候变化对径流的影响。[结果]1994—1995年是清源河流域主要气象水文要素变化的分界线,1970—1994年,流域年平均气温、年降水量、径流量变化不大;1995年之后,气温持续升高,而降水、径流则出现了整体降低趋势,2010—2016年平均温度比1970—1974年升高0.9℃,升幅15.79%;年降水量、径流量分别减少13.48%,31.82%。3个气候水文模型MQPT_1-1,MQPT_2-1和MQPT_3-1对年降水—径流过程模拟精度均比一般水文模型高,尤其是气温扰动法修正模型MQPT_2-1平均模拟误差仅为3.03%,比不考虑气候变化的流域水文模型精度提高11.62%。[结论]渭河源头清源河小流域近50 a气温变化对径流影响非常明显,尤其是1995年之后;在径流模拟分析中必须考虑气温等主要气象因子的影响。     

艾比湖流域径流水文特征及其对降水变化响应——以博尔塔拉河为例

在干旱区研究分析流域径流量的变化特征,是流域管理的重要科学问题。利用1964—2012年艾比湖流域博尔塔拉河径流、降水数据,采用变异系数、集中度和集中期等指标,对艾比湖流域博尔塔拉河的径流量、降水量在多时间尺度上进行分析,并用集中期来反映径流对降水变化的响应。结果显示,博尔塔拉河径流年际变化较平稳,增长趋势不明显;流域径流主要集中在6—8月,季节上主要集中在夏季。径流集中期主要集中在6月下旬至7月中旬之间。降水集中期主要集中在5—7月;年降雨和年径流间存在较高的相关关系,(r=0.23720.23292=R0.1,49,回归显著水平超过0.1),径流对降水具有滞后效应,多年平均滞后时间为21d左右,且滞后天数随着时间推移呈缩小趋势。     

基于HEC-HMS模型的兰江流域径流预测

[目的] 分析兰江流域径流对气候变化的水文过程响应,为区域水资源可持续发展和防洪抗旱提供科学基础。[方法] 利用2015—2018年日降雨径流过程和6场暴雨洪水过程率定并验证HEC-HMS水文模型在该流域的适用性;基于SDSM统计降尺度模型,对2030—2100年CanESM2模式下RCP2.6,RCP4.5和RCP8.53种情景的气候数据进行降尺度,生成兰江流域6个气象站点未来日降水序列以预测未来气候变化下的径流响应。[结果] HEC-HMS模型对场次洪水和逐日径流模拟的相关系数平均值达到0.89,0.77,平均效率系数达到0.86,0.76;RCP2.6情景下研究区面降水量较于基准期（2015—2018年）减小0.82%,在RCP4.5,RCP8.5情景下分别增大6.18%,18.17%;RCP2.6,RCP4.5,RCP8.53种情景下多年平均径流相较于基准期分别增幅为17.00%,26.22%,41.93%。[结论] HEC-HMS模型在兰江流域有较好的适用性;未来兰江流域径流呈显著上升趋势,增幅程度随辐射强迫度的增加同步增大。当辐射强迫度升高至8.5 W/m²时,流域径流量平均每10 a上升49.49 m³/s。预计21世纪末多年平均径流量达到1 101 m³/s,年径流变化起伏剧烈,汛期径流占全年比例较高,旱涝事件趋于频繁,对人民福祉威胁较大。     

基于SWAT模型的湘江流域土地利用变化情景的径流模拟研究

土地利用变化对径流产生重要影响, 显著影响到流域生态的可持续发展。本文应用流域分布式水文模型SWAT, 对湘江流域内5个水文站点(湘潭、株洲、衡山、衡阳、归阳)的月径流进行了模拟。选取1998~2002年作为模型校准期, 以Nash-Sutcliffe效率系数(NSI)和决定系数(R²)为评价指标, 率定出7个模型敏感参数, 并用2003~2007年的月径流进行模型验证。研究表明, 除归阳站点外, 其余4个站点月径流模拟的R²和NSI都高于0.82, 有的甚至达到0.92, 说明模拟效果较好。在此基础上, 以《湖南省土地利用总体规划(2006-2020)》为依据, 设置了3种土地利用情景模式, 以研究不同土地利用方式对径流的影响程度。结果显示, 土地利用变化对水文过程影响比较显著, 情景1中, 随着165.40 km²的耕地转为林地以及793.91 km²的耕地转为草地, 径流深模拟输出减小1.28 mm; 情景2中, 随着8 173.96 km²的林地转为耕地以及337.56 km²的耕地转为建设用地, 径流深模拟输出增加15.61 mm; 情景3中, 随着500.02 km²的未利用地转为耕地, 径流深模拟输出增加1.16 mm。因此, 增加林地和草地面积将减少径流, 而耕地和建设用地的增加导致径流的增加。在对湘江流域进行土地利用规划时需要综合考虑水文效应和经济效益, 充分认识人类活动对水资源的影响。     

白龙江上游径流变化特征及其对降水和人类活动的响应

[目的]研究近50a来白龙江上游径流变化特征,并进一步分析径流对降水的滞后效应以及降水与人类活动对径流变化的影响。[方法]以1961—2010年白龙江上游武都水文站的月径流数据和白龙江上游气象站月降水量数据为基础,采用集中度和集中期、Mann—Kendall法、R/S分析法等多种数理统计方法,分析了近50a来白龙江上游径流量在年际、季节和月尺度上的变化特征,并预测了其未来可能的变化趋势。[结果]白龙江上游径流年内分配极不均匀,多年平均集中度Cd达34.92%。近50a来白龙江上游年径流量呈极显著减少趋势(p0.001),变化率为-3.942×108 m3/10a,Hurst指数为0.980.5,表明未来一段时间内白龙江上游年径流量可能继续呈减少趋势。四季和1—12月径流量均呈显著减少趋势(p0.05),年径流量在1990年发生由多到少的突变。白龙江上游径流对降水的响应存在滞后效应,且滞后时间有微弱延长趋势。近50a来白龙江上游径流系数呈显著减小趋势(p0.001),降水量转化为径流的部分逐年减少,径流系数在1990年后减少了0.14。[结论]1990年之前,白龙江上游径流变化主要受降水影响;1990年以后,人类活动逐渐成为影响白龙江上游径流变化的主要因素。     

HBV水文预报模型在白龙江流域的应用研究

[目的]在白龙江流域武都站以上区域构建HBV水文模型,通过对区域日径流模拟研究,来评估模型在该区域的适用性。[方法]在参数敏感性分析的基础上,对模型参数进行率定和验证,并分析径流和降水量的年际变化特征。[结果](1)在率定期Nash—Sutcliffe效率系数Ens=0.65,确定性系数R2=0.74,验证期Ens=0.60,R2=0.70,HBV模型在该流域模拟精度较高,具有较好的适用性;(2)降水量与模拟径流变化趋势对应,HBV模型较好地模拟出了洪水对降水的响应过程。[结论]HBV模型可进一步用于研究气候变化对白龙江流域水资源的影响。     

基于SWAT模型的喀斯特流域产流特征对

为探讨适合于西南喀斯特地区石漠化治理的有效生物措施，以典型喀斯特流域——打邦河为研究区，以SWAT模型模拟为基本研究手段，以打邦河流域黄果树水文站、高车水文站连续多年实测水文数据作为基础率定资料，设置6种石漠化治理措施情景，分别模拟各治理措施的产流特征，从产流特征探讨不同措施的生态效益。结果表明：（1）率定期（2008—2013年）黄果树水文站R²=0.86，NSE=0.77，高车水文站R²=0.76，NSE=0.63；验证期（2014—2018年）黄果树水文站R²=0.79，NSE=0.57，高车水文站R²=0.75，NSE=0.54，均符合模型的评价标准，表明SWAT模型在打邦河流域具有较好的适用性；（2）坡度15°以上有林地、经济林和牧草地较坡耕地蓄水截流效果较好。坡度15°~25°，以及25°以上，蓄水截流效果均表现为经济林>牧草地>有林地；（3）经济林+牧草地措施一方面可以有效缓解打邦河流域工程性缺水的问题，另一方面基于潜在的经济效益，优化调整当地坡耕地种植结构，可实现区域农业可持续发展。结果可为西南喀斯特地区石漠化治理、生态恢复和乡村振兴提供理论参考，对促进喀斯特流域社会经济可持续发展具有一定的参考意义。     

1960-2010年延河水沙特征及其对退耕工程的潜在响应

河流水沙特征与流域降水量和下垫面变化密切相关.为揭示流域降雨以及退耕还林对延河流域水沙特征的影响,本文以延河甘谷驿站控制区1960-2010年流域降水量、河流径流量和输沙量实测数据为基础,统计分析了延河水沙变化特征及其对流域降水量的响应,并对比分析了退耕前、后(以2002年为界)延河水沙变化.结果表明:在1960-2010年间,延河甘谷驿站控制区年及汛期(6-9月)降水量、径流量和输沙量呈波动递减趋势,汛期降水量、径流量和输沙量值约占年值的64.8％、71.7％和98.1％;年及汛期输沙量与径流量呈极显著正相关关系,径流量变化可分别解释年及汛期87.6％和92.2％的输沙量变化,降水量变化可分别解释年及汛期22.7％和23.6％的输沙量变化;退耕后流域年及汛期平均输沙量、径流量和径流系数显著低于退耕前,剔除退耕前后降水量差异影响,退耕工程对年及汛期累计输沙量变化分别贡献87.5％和86.9％,对年及汛期累计径流量变化分别贡献77.4％和75.4％.研究阐明退耕可显著降低年及汛期平均径流量、径流系数和输沙量.     

1960-2013年中国东南沿海地区年内降水集中度和集中期的时空变化特征

[目的]揭示中国东南沿海地区降水集中度(PCD)和集中期(PCP)时空变化特征,为科学应对旱涝灾害和水资源利用等提供依据.[方法]基于东南沿海地区46个气象台站的逐日降水量资料,采用Morlet小波分析、EOF等气候分析方法对1960-2013年东南沿海降水集中度和集中期时空变化特征进行分析.[结果]在时间变化上,PCD波动幅度介于0.10～0.25,存在13～16 a,19～23 a和33～35 a的周期变化;PCP波动幅度介于139.5～208.2,存在13～16 a和25～30 a的周期变化.在空间变化上,PCD具有明显的地域分异特征,PCP空间差异性大.[结论]1960-2013年中国东南沿海地区降水集中度在增强,且沿海地区值大于内陆地区;降水集中期稳定波动,空间上变化具有一致性.     

淮河流域汛期候尺度降水集中度与集中期的时序变化特征

降水分布的不均匀性特征是水循环研究的热点问题,也是区域旱涝防灾与水资源利用的重要依据。基于淮河流域30个气象测站点1960-2014年汛期（5-8月）的逐日降水数据,采用降水集中度指标、趋势与突变检测以及小波周期方法,分析了淮河流域近55 a来汛期降水集中特性的时序变化特征。结果表明:（1）汛期降水年际间波动频繁,变幅较大,1970s和1990s为汛期雨量偏低时期,而2000s以来是汛期降水量最高的时代。（2）降水集中度波动较大,呈微弱减小趋势,以1960s为最集中,1980s最低,1983年出现一次较为明显的突变过程。多年平均降水集中期出现于7月上旬的38候;集中期以1980s为最偏早,1990s以来都较为偏迟,在1990年为明显的突变过程,此后集中期总体推后。（3）集中度在1960s中期具有2 a左右的周期,在1991-2004年存在3~5 a左右的周期。集中期在1970s后段存在2 a左右短周期,而在1970-1982年存在显著的6~9 a左右稍长周期。集中度与集中期在1975-1985年还具有显著的4~5 a左右正相位共振周期。     

基于分布式水文模型的阿伦河流域降雨-径流计算

[目的]为黑龙江省西部半干旱区季节性地表径流计算提供科学的方法,并推求该区雨季各月的径流系数。[方法]基于对阿伦河流域下垫面的实际调查,对土壤垂直剖面模型化,利用GIS构建研究区DEM及河网,以运动波理论的基础方程式构建降雨—径流计算方法,以对观测流量的数值模拟检验模型实用性。通过对2012和2013年5—10月降雨—径流计算结果的分析,分别推求了各月径流量和径流系数。[结果]模型计算精度可以达到误差基准允许的范围之内(0.03);7,8月的月径流系数在0.5以上,计算时段内的径流量分别占各年总降水量的34.2%和34.7%。[结论]构建的降雨—径流数值模型,量化了计算时期内各月的径流系数,适用于对研究区降雨—径流过程的计算。     

悖牛川径流年内分配变化规律研究

[目的]分析悖牛川径流年内分配变化特征,为流域水资源规划、管理和开发利用提供科学依据。[方法]根据悖牛川控制性水文站—新庙站1966—2010年实测月径流资料,分析年内分配不均匀系数、完全调节系数、集中度(期)等特性。并采用累积滤波器和Mann—Kendall秩相关法诊断各月径流量的变化趋势。[结果](1)总体上,悖牛川径流年内分配呈双峰型分布,其峰值分别出现在3和8月。径流年内分配很不均匀,8月份径流量达到最大值,占年径流量的37.63%;1月份降到最低值,仅占到年径流量的0.65%;(2)20世纪60—70年代的不均匀性和集中程度最大,80年代最小。最大径流出现在7月中下旬到8月上中旬,相对比较集中;(3)对于1966—2010年系列,各月径流量都处于显著减小的趋势。[结论]受气候和人类活动的影响,悖牛川月径流量年内分布不均且均呈现减少趋势。     

基于洛伦兹曲线的图们江干流区间径流分布不均匀性分析

[目的]为水土流失、旱涝灾害等的成因分析提供科学依据。[方法]采用构建的基尼系数径流分布不均匀性模型,对图们江干流区间南坪、开山屯、河东及圈河站1959—2011年的(年)径流量、(月径流年内分配)基尼系数和(月径流年内分配)洛伦兹不对称系数的系列进行统计分析,应用Mann—Kendall方法进行趋势分析与检验。[结果]4个水文站的年径流量均呈下降趋势。南坪和开山屯站的基尼系数呈上升趋势,河东和圈河站呈下降趋势;4个水文站点的(月径流年内分配)洛伦兹不对称系数均呈上升趋势。4个水文站在1961,1965和1979年洛伦兹不对称系数均波动较大且大于1。这主要由径流量大的月份引起的,另外,同期也是历史上水旱灾害发生的年份。[结论]洛伦兹曲线可以以一种新视角量化评价径流分配的时间不均匀性及其成因。