渭河水文情势变化评估及归因分析

河流水文情势关系着河流生态健康,对河流生态系统的完整性和稳定性具有重要影响。采用线性回归法、Mann-Kendall法、累积距平法及双累积曲线法分析了渭河流域咸阳、华县与状头3个水文站径流变化特征(1965—2018年),结合IHA-RVA法综合评估河川径流水文指标改变程度,揭示了人类活动对水文情势的影响。结果表明：1965—2018年渭河主干及子流域北洛河流域年径流量呈显著减少趋势(p<0.05),干流咸阳和华县站年径流减少速率分别为5.5×10⁷ m³/a和6.8×10⁷ m³/a,北洛河状头站年径流减少速率为8.0×10⁶ m³/a;咸阳和华县站年径流量突变年份均为1993年,状头站年径流量突变年份为1994年。对比突变前后水文指标变化程度,咸阳、华县与状头站水文整体改变度分别为48%,46%和50%,为中度改变。流量变化改变率及频率改变最为显著,水利工程与水土保持措施是河川水文情势变化的主因。研究结果可为流域水资源可持续利用与水土保持措施合理...     

九寨沟流域森林覆被变化对径流的影响

覆被变化引起的径流响应研究不仅是流域水文学的热点之一,在九寨沟更是与流域的水景观核心遗产价值保护紧密相关,因此九寨沟流域水资源的研究是迫切需要关注的问题。以SWAT模型模拟为基本研究手段,对九寨沟流域2009—2017年森林覆被变化下的流域水文做定量研究,探究了九寨沟流域对森林覆被变化的响应机理。结果表明：(1)模型率定期的决定参数R²和纳什效率系数E_ns均为0.83,验证期的R²和E_ns均为0.7,说明SWAT模型对九寨沟流域径流量模拟具有较高的适用性。(2) 2016年九寨沟流域内森林覆被面积较2004年有增加的趋势,其中针叶林面积增加明显(增加了10.56 km²),而阔叶林面积有所减少(减少了2.57 km²)。(3)相比2004年,2016年的森林覆被下的9年内年均径流量增加0.13 m³/s。年际变化中显示阔叶林的调蓄能力强于针叶林,而在年内变化中针叶林有更好的调洪补枯能力。(4)在气象条件相同的前提下,2016年月径流相...     

沂河流域暴雨径流变化特征研究

[目的]探究气候因素驱动下沂河流域暴雨径流的变化规律,阐释流域暴雨径流的影响因素,为深入理解流域水文响应过程和水资源管理提供科学参考。[方法]利用改进后的Lyne-Hollick数字滤波法估算了沂河流域的暴雨径流量,通过水文信号方法与皮尔逊相关系数法,定量分析沂河流域暴雨径流的变化特征及影响因素。[结果](1) 1975—2000年,流域年均暴雨径流指数SFI呈缓慢下降趋势(R²=0.37,p<0.01),年际SFI下降率0.048/10 a,暴雨径流占河川径流比重下降;(2)年均暴雨径流量呈波动增加趋势(R²=0.04,p=0.35),于1998年达到研究时段峰值;(3)暴雨径流量年内季节分配差异显著,年内暴雨径流量峰值出现在7—9月,夏季暴雨径流Q₍s(sf))与冬季暴雨径流Q₍w(sf))差异较大,高暴雨径流变化指数Q_HV、暴雨径流变差系数C₍V(sf))总体呈上升趋势,低暴雨径流量变化指数Q_LV呈下降趋势;(4) 198...     

黑河流域水循环特征研究

为了系统地研究黑河流域的水量平衡,该文应用Penman-Monteith模型和波文比公式估算黑河流域的蒸散发量,并结合流域的流量观测与已有的研究成果,首次将流域的大气输送水量与地面水循环结合起来研究分析:黑河流域上空大气水汽输送净收入量约288亿m³;上游山区为多降水中心,成为河流的发源地,降水总量约有141.68亿m³;中下游内陆盆地成为低降水极值中心,降水总量约有55.13亿m³;黑河流域总蒸散量约为195.6亿m³,其中在上游山区蒸散约95.44亿m³的水分,中下游蒸散损失的水量达到100.16亿m³。结合黑河流域水资源量的时空变化情况,从分析内陆河水循环主要环节出发,揭示了黑河流域水循环在山区形成水资源、在中下游内陆盆地散失水资源的特征。     

黑河流域水资源供需平衡与配置研究

水资源合理配置是水资源高效利用的重要手段,同时是水资源可持续利用的核心问题。针对黑河流域水资源利用现状与存在的问题,运用系统分析理论与方法,对黑河流域水资源需求、供水能力、水资源配置与供需平衡进行了分析与讨论。结果表明:在50%保证率下,黑河流域2015年、2020年和2030年需水量分别为3.271×10⁹ m³,3.041×10⁹ m³和3.071×10⁹ m³,供水量分别为2.841×10⁹ m³,2.972×10⁹ m³和3.033×10⁹ m³,缺水量分别为4.30×10⁸ m³,0.69×10⁸ m³和0.38×10⁸ m³,缺水率分别为13.15%,2.27%和1.24%。针对流域水资源现状,应采取提高工业用水重复利用率、调整农业种植结构、大力发展高效节水技术等措施。继续加强流域水资源高效管理,改善流域生态环境,提高流域内水资源可持续利用能力。     

天山北麓地下水基于生态水位的调控模拟分析

针对地下水资源可持续利用与表生生态协调发展的问题,在对天山北麓野外调查及已有研究结果分析的基础上得出细土平原区生态水位埋深为3～6 m。应用数值模拟技术对现状及调整开采布局后地下水位引起的表生生态效应进行对比,结果表明:现状地下水资源开发布局不仅易诱发表生生态负效应,而且造成了水资源浪费;通过调控地下水状态可以实现地下水资源可持续利用与表生生态协调发展的目的,并确定了不同地貌单元地下水开采阈值即山前戈壁带、细土平原区和沙漠边缘分别为7.3亿m³/a,16.4亿m³/a和2.4亿m³/a。     

滹沱河岗黄段湿地生态需水量与水资源安全分析

通过数学模型确定了滹沱河岗黄段湿地的生态需水量及缺水量,其最小生态需水量及缺水量分别为4.93亿m³,2.20亿m³,适宜生态需水量及缺水量分别为8.87～16.04亿m³,6.14～13.31亿m³,最大生态需水量及缺水量分别为38.96亿m³,36.23亿m³。同时分析了研究区水资源安全问题,滹沱河湿地存在着水资源供需矛盾突出、水土流失与生态退化、水资源紧张与水污染、水资源利用率低与用水浪费和农村饮水安全等问题,针对这些问题提出了相应的对策。     

水循环模拟与水资源配置云模型服务平台构建与应用

水利云模型研究仍处于起步阶段,缺乏水循环模拟、水资源配置云模型服务平台。该研究构建水循环模型、水资源多目标优化配置模型,采用模块化建模方式,以模型库为核心,基于B/S开发架构,设计研发多模型云服务平台,实现两个模型的双向耦合,并以渭河流域陕西段为例,构建渭河流域陕西段水循环模拟与水资源多目标配置云模型服务平台,模拟分析研究区水循环演变规律,开展规划水平年水资源多目标优化配置研究。结果表明：1)状头以上率定期和验证期的相对误差分别为-4.32%和-1.62%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.80和0.82,林家村—咸阳率定期和验证期的相对误差分别为-4.96%和-1.71%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.79和0.81,云模型服务平台的水循环模型较好地刻画了径流变化过程;2)调用云模型服务平台的水资源配置模型,利用遗传算法(NSGA)-Ⅲ、群体多属性决策模型筛选出渭河流域水资源合理配置方案,2025年需水量63.35亿m³,供水量为58.30亿m³,缺水5.05亿m³,缺水...     

土地利用和气候变化对流溪河水库流域径流的影响

[目的]探究径流对土地利用与土地覆被变化(LUCC)和气候变化的响应，为华南地区流溪河水库流域未来水资源的合理利用开发及社会经济可持续发展提供依据。[方法]通过构建分布式生态水文模型CHESS和设置情景模式，定量分析了土地利用和气候变化对径流的影响，同时结合CA-Markov模型，对流域未来径流变化进行了预测。[结果]CHESS模型在流溪河水库流域径流模拟中有很好的适用性，率定期的纳什系数(NS)为0.82,R²为0.91,验证期的NS为0.74,R²为0.86;土地利用变化方面，耕地转化为林地或草地会导致年均径流量减少，林地或草地转化为耕地会导致年均径流量的增大，耕地、林地、草地对径流形成的贡献能力为耕地>草地>林地；气候变化方面，年均径流量与降水量成正比，与温度成反比；2000—2020年，流域年均径流量逐渐增大，气候变化促进了径流的形成，土地利用变化抑制了径流的形成，且气候变化的影响占主要地位；未来预估情景下，2030年、2050年流域内建筑用地面积会增大，林地、草地面积会减小，耕地、水体面积变化不大，且在2040—2050...     

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。     

1956-2017年黄河干流径流量时空变化新特征

河川径流是组成水资源的重要部分,同时也是区域水资源开发利用的基础。为了探究整个黄河流域径流量时空变化新特征,基于黄河干流9个主要控制水文站（唐乃亥、兰州、河口镇、龙门、潼关、花园口、高村、艾山和利津站）的实测径流量资料,采用Mann-Kendall趋势检验法、Pettitt突变检验和距平累积等方法,研究了1956-2017年黄河干流径流量时空变化规律。结果表明:黄河上、中、下游年径流量整体呈逐年减少趋势,区间年径流量减少的倾向率分别为-20.16亿m³/10 a,-30.23亿m³/10 a,-16.98亿m³/10 a。上、中、下游年径流量发生突变的临界年份分别为1986年、1990年（1968年）、1976年（2002年和2010年）。黄河干流径流量大致经历了丰水期、平水期和枯水期3个阶段的变化。上游唐乃亥站的年均径流量无长期变化趋势,而其余水文站的年径流量均呈现显著下降趋势,下降幅度基本沿程增加。年径流量临界年份除了唐乃亥站,其余站点主要集中在1985年、1990年。黄河干流9个主要控制站不同年代平均径流量沿程分布特征基本一致,表现为先增加至花园口站达到最大值随后下降趋势,且代际间表现为逐阶段波动下降趋势。     

基于EEMD-SVM模型的北洛河上游径流预测

[目的]提高北洛河上游径流预报精度,为流域管理及水资源合理配置提供依据。[方法]以1971—2014年北洛河上游吴旗水文站实测径流资料为基础,采用EEMD-SVM耦合模型对吴旗站月径流序列进行了模拟预测,并与EEMD-ARIMA和EEMD-NAR两种耦合模型的预测结果进行对比。[结果]EEMD-SVM模型的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)最低,决定系数(R²)和纳什系数(NSE)最高。其中,相比于EEMD-ARIMA和EEMD-NAR模型,EEMD-SVM模型的决定系数(R²)分别提高了186.63%,49.49%。[结论]EEMD-SVM模型具有更高的预测精度和更强的非线性拟合能力,可以成功地应用于北洛河上游的月径流预报。同时,研究表明EEMD-NAR模型的预测性能高于EEMD-ARIMA性能。     

退耕还林措施对滇中尖山河坡地氮磷流失的削减效应

[目的]探究滇中尖山河流域退耕还林措施下不同地类侵蚀性降雨、氮磷流失浓度、流失量的动态变化特征,对评价退耕还林生态工程对流域水体保护和面源污染的削减效应具有重要的指导意义。[方法]选择抚仙湖湖区典型流域尖山河小流域为研究区,以流域内退耕还林/坡耕地、人工林、灌木林和次生林为研究对象,对流域不同土地利用类型径流小区进行连续三年(2017—2019年)雨季(5—10月)定量监测。[结果]退耕还林后年侵蚀性降水量和年径流量分别降低37.16%和42.75%,产流量降低95.88%和94.29%。各态氮磷输出浓度分别削减：总氮34.32%、硝态氮32%、铵态氮61%、总磷73.4%和磷酸盐70.4%;各态氮磷输出量分别减少了总氮70.40 mg/m²,硝态氮41.24 mg/m²,铵态氮20.56 mg/m²,总磷162.16 mg/m²和磷酸盐107.38 mg/m²,削减率分别为：79.29%,80.48%,88.20%,95.66%和97.06%。未退耕还林前坡耕地总氮、硝态氮、...     

水力侵蚀下砒砂岩区植被格局对微地形和侵蚀的影响

[目的]研究植被格局下微地形与侵蚀的关系,可为砒砂岩地区坡面侵蚀规律研究和水土流失防治提供理论参考。[方法]以砒砂岩区鲍家沟流域内的3种植被格局(均匀分布、聚集分布、随机分布)坡面为研究对象,通过自然降雨条件下采用野外径流小区实测结合三维激光扫描技术,分析了植被格局对微地形和侵蚀的影响。[结果]降雨后不同植被格局坡面的产流量、产沙量依次为裸坡坡面>聚集分布坡面>随机分布坡面>均匀分布坡面,与裸坡相比,均匀分布坡面的产流量、产沙量分别减少了64%,75%,其径流泥沙的拟合函数为Y=0.3619x^0.7309,R²=0.9866;不同植被格局坡面侵蚀—沉积的空间分布存在一定差异,与其他坡面相比,均匀分布格局坡面的土壤侵蚀强度最弱,侵蚀区面积最小,为12.38 m²,沉积区面积最大,为3.44 m²。不同植被格局坡面地形因子均随降雨呈现增大的趋势,且与裸坡坡面相比,聚集分布坡面地表粗糙度、地表起伏度、地表切割度、微坡度增幅最小,分别为5%,2%,0.5%,9%。聚集分布坡面地表粗糙度与产...     

九龙江流域生态需水量时空变化趋势分析

为了维持和保护流域生态系统健康,避免流域生态环境退化,进行流域生态需水量的确定和研究是有必要的。根据九龙江2000—2018年2个水文站实测数据,结合Tennant法确定河道内生态基流,选择面积定额法,利用流域内土壤质地分布状况,以及基于遥感开发的MCD12Q1土地利用产品和MOD16A2蒸散发产品估算植被生态需水量,并对区域生态环境需水量进行时间变化趋势分析和空间分布分析。结果表明：(1)在2000—2018年,九龙江流域有林地、草地面积整体呈现增加趋势,农田、疏林地面积呈现下降趋势;(2)九龙江流域内北溪、西溪河道内多年平均生态需水量分别为22.68亿m³,10.67亿m³,植被多年平均生态需水量为105.27亿m³;(3)有林地、草地的生态需水量呈显著上升趋势,疏林地、农田生态需水量呈下降趋势,前者显著,后者不显著。受人类活动影响,九龙江流域土地覆盖/利用类型年际变化剧烈,因此在区域生态需水量变化中其作用不可忽略,随着遥感/GIS技术的发展,对土地覆盖/利用类型以及植被蒸发量的高时空分辨率观测变得可能,有助于准确预...     

近60年大凌河中上游水沙变化特征

辽西地区土壤侵蚀严重,一直是区域水土流失治理的重点。大凌河是辽西地区最大的河流,对大凌河流域水沙关系进行分析,可为流域水土流失防治及生态建设提供理论依据。朝阳水文站为大凌河中游控制站,采用1960-2016年大凌河朝阳水文站实测水沙数据,结合主要气象站汛期（6-9月）逐日降雨量,应用滑动平均和累积距平等方法,分析了大凌河中上游近60年水沙变化情况。结果表明:（1） 20世纪60年代,大凌河多年平均径流量和输沙量最大,输沙量变化极为显著,径流量在2010-2016年变化极为显著;（2） 流域水沙变化呈现阶段性特征,径流量年际变化表现为丰-枯-丰-枯4个阶段;输沙量年际变化表现为上升期-动荡期-上升期-下降期,且动荡期内下降时段持续时间较长;（3） 从线性趋势来看,径流量和输沙量在总体上呈下降趋势;（4） 自1993年大凌河中上游流域实施大规模水土保持措施开始,该段流域1993-2016年径流减少总量为51.47亿m³,平均每年减少2.14亿m³;输沙减少总量为9 703.15万t,平均每年减少约404.23万t。说明大凌河流域水土保持措施实施取得显著成效。     

基于不同水文学方法的河流生态基流研究——以渭河甘肃段为例

[目的]明确渭河甘肃段生态基流推荐值,揭示不同水文学方法计算渭河甘肃段生态基流的适用性,进而为渭河甘肃段生态基流保障提供参考。[方法]基于北道水文站近65年月径流资料,采用Tennant法、传统年内展布法、改进年内展布法及基流比例法对渭河干流甘肃段的河流生态基流值进行了计算对比。[结果]Tennant法计算的渭河甘肃段控制站生态基流应控制在1.12～12.38 m³/s;传统年内展布法计算生态基流应控制在0.72～4.13 m³/s;改进年内展布法计算的渭河甘肃段控制站生态基流应控制在1.48～8.19 m³/s;基流比例法计算的渭河甘肃段控制站生态基流应控制在1.76～12.37 m³/s。4种方法计算得出的河流平均生态基流分别占多年平均流量的16.89%,6.59%,12.69%,15.83%。[结论]基流比例法与改进年内展布法对于非汛期基流分配效果较为良好,基流比例法计算结果可作为渭河甘肃段生态基流推荐值,未来应加强河道的生态基流保障研究。     

台风“利奇马”暴雨引发的流域产流产沙特征——以山东省临朐县为例

为了明确极端暴雨下不同尺度流域的产流产沙特征,为应对极端暴雨事件提供技术支撑。基于2019年9号台风“利奇马”导致的暴雨洪水事件,采用暴雨中心的辛庄控制站和弥河干流黄山水文站的水文数据,分析了本次暴雨中两个不同尺度流域的径流、泥沙总量及过程特征。结果表明:2019年8月10—17日,辛庄观测站次洪水径流总量为123万m³,实测洪峰为40.96 m³/s,洪水泥沙总量为4600 t,产沙模数为1285 t/km²。黄山水文站实测洪峰流量为2210 m³/s,是自1988年建站以来的最大流量,重现期为33.3年一遇。黄山水文站输沙量为36.23万t,输沙模数为966 t/km²。本次暴雨洪水的输沙量是多年平均输沙量(19.50万t)的1.65倍,与2018年夏季汛期洪水泥沙过程的水沙关系曲线相关性较好。综上,基于水沙关系的黄山水文站流域场次洪水输沙量预测方法是准确的,说明在极端暴雨事件中采用历史洪水泥沙关系预测输沙量是可行的。