1951-2011年湘江径流泥沙演变过程与特征分析

根据湘江主要控制站1951-2011年长时间序列径流与泥沙资料,运用Mann-Kendall非参数检验法、小波分析法和均值差异T检验法等,揭示了湘江年径流量和年输沙量演变特征与规律,并分析了其驱动因素。结果表明:(1)径流量呈微弱增加趋势,而输沙量下降趋势明显; (2)时间序列上径流量未发生突变,而输沙量在1997年发生了突变,表现为1997年后有显著下降趋势; (3)小波分析表明径流量和输沙量均存在20和7 a的周期性变化规律; (4) 60 a来湘江年径流量可以分为1951-1954和1992-2002年两个多水期,1955-1991和2003-2011年两个少水期。径流泥沙集中度与集中期分析表明输沙量年内分配不均匀性更为明显,输沙主要集中在每年6月; (5)年输沙量显著减少主要是水利工程拦沙和水土保持工程措施所致。     

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。     

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%。     

黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

长江支流嘉陵江水沙变化趋势及其驱动因素分析

近20年来,嘉陵江流域输沙量明显减少,其变化将对长江三峡库区水沙运动以及泥沙冲淤变化等产生重要影响。根据嘉陵江控制水文站实测水沙资料,采用定量分析的方法,分析了嘉陵江流域年降水量、河道径流量和输沙量的变化趋势及其发生显著变化的临界年份。结果表明:嘉陵江流域的径流量和输沙量都有显著的减少趋势;年降水量没有表现出明显的变化趋势。年径流量及输沙量发生显著趋势性减小的临界年份分别为1993年和1984年。同时,利用历时曲线和双累积曲线两种方法,量化了嘉陵江流域径流量与输沙量的减少量,定量分析了降水和人类活动对嘉陵江径流及输沙量的影响,进一步探讨了嘉陵江流域水沙变化的驱动因素。     

昕水河流域综合治理及水沙变化分析

<正> 昕水河流域是山西省临汾地区西山最大的入黄一级支流,面积4326km~2,占临汾西山地区总面积的42％。统计该流域葛口水文站1955～1989年径流泥沙资料,可知1973～1989年的17年,水沙变化较大,年平均径流量、输沙量分别比1955～1972年减少了39.6％和54.8％。特别是1981～1989年,年平均径流量减少了47.8％,输沙量减少70.8％。本文拟对该流域的水沙变化原因作一初步分析。     

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。     

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.     

黄土高原吕二沟流域土地利用/覆被和气候变化对径流泥沙的影响

为了研究气候变化和土地利用/覆被变化对流域生态水文的影响,以吕二沟流域为研究对象,采用非参数统计秩检验法的分析方法,根据研究区1982-2010年的气象数据,对其中的径流量和输沙量进行了突变点检验,分析了不同时期的径流量和输沙量的变化,以及不同时期土地利用和气候变化对流域径流泥沙的贡献。结果表明：（1）径流泥沙在非显著变化期内的减少量和幅度均小于其在显著变化期。（2）在非显著变化期内,径流的减少,气候因素的贡献率为40.98%,而土地利用的贡献率为59.01%,即流域土地利用变化是导致流域径流量减少的主要原因;人类活动使泥沙量减少1.38万t,而气候变化使泥沙量减少0.81万t。（3）在显著变化期内,径流的减少气候因素的贡献率为65.57%,而土地利用的贡献率为34.43%;人类活动使泥沙量减少4.80万t,而气候变化使泥沙量减少4.37万t。（4）在研究期内,人类活动对生态水文影响作用逐渐减小,而气候变化对其影响逐渐加剧。     

气候及下垫面变化对嘉陵江流域径流与输沙的影响

为定量评价气候、下垫面2种驱动因子的变化对嘉陵江流域产流输沙变化的贡献率,采用SWAT模型,对嘉陵江流域1975年以来的径流和输沙过程进行模拟,通过模型控制变量的方法,分析嘉陵江流域径流和泥沙变化的驱动因子.结果表明:1988-2010年的23年间,由于下垫面变化,导致嘉陵江流域径流总量比1956-2010年的平均径流总量减少了1718.54亿m3,输沙总量减少了14.62亿t,下垫面变化对径流量减少的贡献率为76.19％,对输沙量减少的贡献率高达91.8％;因此,说明下垫面变化是造成嘉陵江流域径流量和输沙量变化的主要原因.     

土地利用和气候变化对黄土区典型流域水沙变化的影响

为了探究土地利用和气候变化对黄土高原地区水沙情势的影响,选择生态恢复效果非常显著的汾河上游岚河流域为研究区域,采用Mann-Kendall非参数检验法、滑动t检验法和YAMAMOTO指数法对该流域1955—2018年的年降水量、年径流量和年输沙量进行变化趋势分析和突变检验,在此基础上,利用径流/输沙历时曲线分析黄土高原生态恢复背景下流域水沙的演变规律,并根据双累积曲线法定量评价土地利用和气候变化对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:岚河流域年降水量在1955—2018年期间呈现不显著的增加趋势,而同时期年径流量、年输沙量均呈现极显著的减少趋势,年均减少率分别为0.65 mm和38.95 t/km²,并均在1983年和1999年附近发生突变,具有较好的水沙变化同步性。与基准期(1955—1982年)相比,水土保持效应期(1983—1998年)的年均径流量减少29.07 mm,年均输沙量减少5917.88 t/km²,退耕还林效应期(1999—2018年)两者相应减少33.18 mm和6967.34 t/km²,而分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期、平水期和枯水期径流量和输沙量均呈现减少趋势,且输沙量的减少程度大于径流量的减少程度。流域水土保持效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为83.21%和83.52%,退耕还林效应期土地利用变化对减水减沙的贡献率分别为117.88%和103.48%。由此可见,各时期土地利用变化是流域水沙变化的主导因素,而气候变化对流域水沙变化影响较小。在全球气候变化的大背景下,通过调整流域土地利用结构、优化土地利用方式,开展以植被恢复为主的水土保持措施,是实现黄土高原水土流失治理及生态保护的根本途径。     

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。     

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。     

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.     

近150年来长江入海流量变化的趋势、阶段与多尺度周期

[目的]分析近150a来长江入海流量变化的长期趋势、阶段性、突变性以及多尺度周期变化过程,为揭示长江入海流量的长期变化特征提供理论支撑。[方法]基于长江汉口站长时间实测水文数据,利用现代汉口站和大通站流量一元回归模型,恢复以长江大通站为代表的1865—2014年长江入海流量序列。综合利用多种方法开展多尺度分析。[结果]长江近150a入海流量序列表明,平均值为29 432m~3/s,变异系数为14.72%。趋势分析表明,近150a来长江入海流量呈现下降趋势,变化速率为-23.7m~3/(s·a)(p0.01)。阶段性分析表明,长江入海流量变化具有一定的波动性特征,大体上以1955年为分界点,在1865—1955年为流量上升阶段,1955—2014年为流量下降阶段。突变性分析表明,长江入海流量在1940s发生了突变,由丰水期转变为枯水期。多尺度周期性分析表明,长江入海流量变化过程表现出明显的非线性和非平稳性,具有150和60a的长期趋势,以及34,22,3~7a的中高频振荡周期,其中22a周期最为明显,可以通过99%置信度检验。[结论]近150a来长江入海流量总体上呈下降趋势;其中自1955年以来长江入海流量处于一个显著的下降期;长江流域降水量变化是影响长江入海径流变化的重要因素。     

1957-2009年乌鲁木齐河径流与气候变化的对应关系

以1957—2009年乌鲁木齐河径流量、气温和降水量数据为基础,采用线性分析、Mann-Kendall检验方法、相关性分析和灰色关联度分析法等方法,研究乌鲁木齐河年径流量、气温和降水量的变化特征以及影响径流量的气象因子。结果表明:（1）50多年间乌鲁木齐河年径流量变化呈增加趋势,气温显著升高而降水量缓慢减少。从径流量的年际变化来看,乌鲁木齐河年径流量变化出现平水期（1957—1990年）、丰水期（1991—2000年）和平水期（2001—2009年）,总体呈现波动增加趋势;从年内分配来看,乌鲁木齐河年径流量主要集中在夏季和秋季,而春季和冬季较少;从月分布来看,6月、7月、8月份径流量最大,其他月份较少。（2） Mann-Kendall检验表明,1957—2009年乌鲁木齐河年径流量、春季径流量和冬季径流量均显著上升,而夏季和秋季径流量上升趋势不显著。（3）相关性分析和灰色关联度分析表明,乌鲁木齐河年径流量变化主要受降水的影响。     

绵远河流域地震侵蚀与泥沙输移特征

汶川地震引发大量的崩塌滑坡、泥石流,为震区河流提供了丰富的泥沙来源。对处于地震极重灾区的绵远河流域进行了地震侵蚀与流域内的泥沙输移状况的调查统计。绵远河山区河段地震时产生了1.15×108 m3的松散堆积物,相当于正常年份土壤侵蚀量的约100倍。5a实地调查的结果显示,崩塌滑坡体绝大部分堆积在支沟中。在震后水文气候条件不变的情况下,松散堆积物中占多数的大粒径颗粒超过了河流输运能力,仅少量细颗粒物质以悬移质形式被输送到下游。研究表明,虽然绵远河上游地震侵蚀产沙总量巨大,但汶川地震后与震前进入绵远河平原河段的泥沙量变化不大,近期内对绵远河下游及沱江的泥沙输移没有明显影响。