黄土高原典型流域河川径流水文情势变化及其归因分析

[目的] 分析黄土高原典型流域河川径流水文情势变化及其原因,为该区域水土保持与水资源高效利用提供科学支撑。[方法] 选取渭河支流散渡河与无定河支流大理河为研究区,利用甘谷站和绥德站1965—2018年的气象水文资料,采用线性回归、Mann-Kendall检验、累积距平和双累积曲线法分析散渡河和大理河的径流变化特征及其驱动因素,采用改进的RVA法分析梯田和淤地坝为主的水土保持措施对不同河流水文情势变化的影响。[结果] 两条河流的年径流量呈显著减少趋势（p<0.01）,并在20世纪90年代前后发生突变。采用改进的变异性范围（RVA）法计算散渡河和大理河的径流综合改变度分别属高度改变（90.12%）和中度改变（60.66%）,32个水文变化指标中,流量变化改变率指标受到的影响最为显著。[结论] 以梯田措施为主的散渡河月中值流量和年最小流量均大幅减小,年最小流量发生时间明显延迟且低流量脉冲历时增加。以坝库工程为主的大理河月中值流量受季节变化影响,年最小1 d和3 d流量增加且低流量脉冲次数减小。     

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。     

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m³减少到0.9亿m³,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2～4 a和8～10 a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。     

西汉水流域径流泥沙演变特征及其归因研究

自20世纪90年代开始西汉水流域实施了一系列的水土保持治理工程，下垫面发生了明显改变，对流域水沙造成了显著影响。利用西汉水流域1965—2017年径流泥沙资料，采用Mann-Kendall趋势检验、Lee-Heghinian突变检验和双累积曲线等方法，研究了西汉水近50 a水沙演变特征及其原因。结果表明：近50 a西汉水流域降雨量无显著变化趋势，而径流量和输沙量分别以0.177亿m³/a和50.202万t/a的速率显著减少(P<0.05);径流量和输沙量显著减少的突变点分别在1993年和1990年，这与流域实施水土流失治理的时间相对应；与突变前相比，突变后径流量减少47.64%,输沙量减少71.19%;降雨量和人类活动对径流量减少的贡献率分别约为15%和85%,对输沙量减少的贡献率分别约为10%和90%;人类活动引起的下垫面条件变化是西汉水流域水沙减少的主要原因。     

1970—2015年秦岭北麓径流重建及变化

渭河流域能否高质量发展的一个关键就是水资源的问题,而秦岭北麓是渭河的重要产水区。为探究秦岭北麓近年水资源的变化特征,采用VIC(Variable Infiltration Capacity)模型,基于水文相似性原理,运用典型流域参证法,重建了1970—2015年秦岭北麓径流变化。结果表明:VIC模型在观测流域有着较高的适用性,在月径流模拟中,纳什系数(N_S)大于0.76,相关系数(R²)大于0.91,相对误差(RE)小于±15%; 通过水文参数移植法模型可以真实还原无观测流域径流变化,在验证期N_S,R²,RE分别为0.81,0.94,4.6。近46 a来北麓径流总量在(16.01～65.4)亿m³/a波动,1983年径流量最高达到65.4亿m³,而1977年最小值仅为16亿m³,丰水年份是枯水年份的4倍,径流年际变化明显,过去46 a秦岭北麓多年平均径流值为35.2亿m³/a。降水是径流变化的主导因素,并且也是水文模拟中最重要的影响要素。     

嘉陵江流域输沙时空变化及归因分析

河流输沙过程变化对河流系统的功能发挥具有重要意义,因此探究嘉陵江流域输沙时空变化及其驱动因素,对嘉陵江流域进一步治理具有重要指导作用。基于嘉陵江流域实测降雨输沙资料,采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验分析输沙时空变化特征,采用双累积曲线法定量分析了典型区间内水文站点气候变化与人类活动对输沙变化贡献率。结果表明：嘉陵江流域各子流域年代输沙模数整体呈减少趋势,2007—2015年,仅武都—碧口区间输沙模数高达3 323.48 t/(km²·a)。典型区间内北碚、武胜、罗渡溪、小河坝4站1960—2015年输沙量呈极显著下降趋势,分别以3.40×10⁶,1.80×10⁶,4.0×10⁵,3.40×10⁵t/a的速率下降,以水土保持与水利工程措施为主的人类活动减沙贡献率为75.93%～96.43%,其输沙序列分别于1990年、1990年、1988年、1984年发生极显著突变。嘉陵江流域各子流域年代输沙模数整体呈减少趋势,干流修建多座大型控制性水库对河道输沙的影...     

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。     

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。     

三工河流域气候、水文变化及其影响

选取三工河流域内的山区和平原区40 a来气候资料和流域内三条河流20 a来径流资料,对气候和径流资料进行计算和相关性分析,结果表明:山区和平原区气温总体都呈上升趋势,90年代是升温幅度最大的年代,冬季气温升高幅度最大;山区和平原区降水整体呈增湿趋势,80年代增加显著,秋季是山区降水增多的季节而平原区降水增加最多的是夏季;三条河流径流量年内分配比较集中,主要出现在汛期,春冬两季径流量很少,90年代较80年代径流量减少,减少310.9×10⁴m³;夏季的降水是影响流域各季节的径流量主要季节,季节气温对流域的径流量变化影响不大。     

近80年来北洛河流域径流变化特征及其归因分析

为了探究北洛河流域径流变化特征及其驱动因子,对流域治理规划和生态环境建设提供科学依据,基于北洛河流域1937—2018年径流数据,采用现代数理统计方法对径流特征进行了分析,并结合1952—2019年气象资料分析了气候变化对径流的影响。通过降水—径流双累积曲线法定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：北洛河流域1937—2018年年均径流量显著减少(p<0.01),在1970年、1994年发生突变,且存在54 a的主周期变化。1956—2019年北洛河流域降水变化趋势不显著(p>0.05),气温显著增加(p<0.01),气候变化对北洛河径流量起到减小作用。与1957—1970年相比,1971—1994,1995—2018年人类活动对于径流减少的贡献率分别高达92%和97%,人类活动是使北洛河径流量发生减少和突变的关键因子。     

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。     

渭河中游气候变化及其对水文要素的影响

为了探究渭河中游气候变化及其对水文要素的影响,基于渭河中游1970-2017年气候与水文要素资料,运用线性回归、Mann-Kandall检验、小波分析等方法分析了50年来气候及水文要素的时空变化趋势、周期及突变特征。采用双累积曲线法判定径流量突变点,累积量斜率变化率法探讨了气候变化与人类活动对径流量变化的影响程度。结果表明:渭河中游年均气温、气压、水汽压和潜在蒸发量分别呈0.349℃/10 a,0.96 hPa/10 a,0.11 hPa/10 a,2.66 mm/10 a的上升趋势;风速与大气相对湿度每10 a呈-0.16 m/s,-0.65%的下降趋势,各气候要素冬春季节的变化幅度更大;除水汽压外各气候要素均存在明显的周期变化;气温、水汽压及大气相对湿度分别在1996年、1983年和2003年发生显著突变。水文要素中径流量与降水量呈显著下降趋势。气候要素与水文要素的变化有较强相关性。人类活动对径流量减少的贡献率大于气候变化的贡献率,但气候变化的贡献率近年来有增长趋势。     

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。     

基于HIMS模型的西营河流域河道内生态基流估算

运用国内自主研发的HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）水文系统构建石羊河流域上游分支——西营河流域的分布式水文模型,模拟西营河流域九条岭水文站的径流量。以1900—1999年为率定期,以2000—2004年为验证期,月过程模型率定期和验证期分别为0.81和0.85;使用 HIMS模型模拟数据计算得到的河道内生态基流为0.523亿 m³,与其它方法计算得到的结果基本一致,说明使用HIMS模型研究生态基流的可行性,为石羊河流域的生态需水计算提出新方法,也为石羊河流域的水资源科学管理和合理分配提供理论依据。     

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。     

洮河流域径流输沙演变与降雨及降雨侵蚀力的关系

[目的]揭示气候变化、人类活动耦合作用下复杂的水沙变化、水沙关系,探明降雨侵蚀力的影响及径流输沙变化的响应机理,为流域水土流失防治和生态建设提供科学参考依据。[方法]基于洮河流域及周边6个气象站点逐日降水和下游控制站逐月径流输沙数据,采用多元统计分析法、水沙曲线、相关系数、灰色关联度、弹性分析法等方法分析研究了径流、输沙、降雨(P)、降雨侵蚀力(R)演变规律,及其相互作用关系。[结果]洮河流域1956—2019年径流整体呈显著下降趋势,线性变化率-2.8×10⁷m³/a, 1987年发生突变,输沙整体呈显著下降趋势,线性变化率-4.61×10⁵t/a, 2003年发生突变,降雨、降雨侵蚀力均呈不显著上升趋势,且未出现明显突变。洮河流域R上中游小于下游,夏季(626.33)>秋季(125.31)>春季(122.22)>冬季(0),夏季降雨侵蚀力占比71.67%,夏季对泥沙侵蚀影响最大。P与R分布相反,P相对较小的下游流域R较大,P相对较大的上中游R较小,流域水沙异源,上中游产水,下游产沙。对输沙量影响最大...