黄河(内蒙古段)水沙运动过程特征及演变趋势

近年来受上游水库、河道控导工程和气候变化等因素影响,黄河(内蒙古段)呈现水沙异源、水少沙多的特性,导致河道萎缩和泥沙淤积严重,河道形态演变剧烈,严重威胁夏汛及凌汛行洪安全,也对河道及两岸的生态环境造成严重影响。选取黄河(内蒙古段)干流入境石嘴山水文站和出境头道拐水文站水沙过程为研究对象,分别采用频谱分析法、R/S极差分析法和Markov链分析法系统研究2009-2016年两站逐月水沙运动变化的时序、运动状态和演变特征,讨论影响水沙运动变化过程的关键因素。结果表明:石嘴山站和头道拐站输沙量的变化周期均为1年,而径流的变化周期分别为1年和6个月;石嘴山和头道拐站径流Hurst指数值分别为0.576和0.515,输沙量Hurst指数分别为0.519和0.249;黄河(内蒙古段)丰水低沙和枯水高沙概率之和约为50%;水沙运动演化过程中,丰水高沙与枯水低沙极限概率之和大于0.8。受期间特殊的来水来沙过程、水文气候特征及人类活动的影响,黄河(内蒙古段)水沙运动时序特征呈现非同步性和不协调性,未来水沙运动过程趋势逐渐向协调演变。     

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。     

三江源区近数十年河流输沙及水沙关系变化

河川径流及泥沙在保障水资源、塑造河道形态、维持区域环境及生态系统等方面起着重要作用.为探讨三江源区河流输沙及水沙关系,基于三江源区9个水文站径流泥沙观测资料,采用Mann-Kendall趋势检验、Mann-Kendall突变检验方法分析输沙量、含沙量的变化趋势及突变特征,利用评级曲线法,分析水沙关系.结果表明:1)从输沙量来看,仅长江源区的新寨输沙量呈显著减少趋势,并在1998年发生突变;2)长江源区新寨含沙量显著减少,黄河源区的黄河沿、同仁及唐乃亥含沙量显著增加,其他水文站含沙量没有显著变化趋势,新寨和同仁含沙量分别在1999和1989年存在突变特征;3)直门达以上的长江源区及澜沧江源区水沙关系未发生明显变化,长江源区的新寨水文站控制区及黄河源区水沙关系发生变化;4)水流挟沙能力的变化表现出了明显的空间差异性,主要分为减弱、增强及稳定3种类型.河流输沙及水沙关系发生的变化,可能与气候变化和人类活动等有关,研究成果可为三江源区流域规划和生态保护,以及下游水库泥沙淤积研究等提供参考.     

基于下游河流健康的黄土高原土壤容许流失量

 在总结分析前人有关黄河下游冲淤平衡时不同含沙量的临界流量和水体污染物质量浓度研究成果的基础上,利用花园口、高村水文站逐日水沙资料,推算不同水文年黄河下游水沙冲淤平衡时的临界输沙量为平水年6.54亿t、丰水年8.83亿t、枯水年3.95亿t,平均6.44亿t。以氨氮和全磷为指标,分析三门峡、花园口和高村断面因水土流失引起的非点源污染状况,参照地表水环境质量标准,得到黄河下游河道达到Ⅲ类和Ⅱ类水质标准的临界输沙量三门峡至高村河段平均为7.93亿和5.20亿t。同时,以黄河下游河道水沙平衡和满足某一水质标准为河流健康的约束条件,结合水利水土保持措施减沙量、头道拐水文站多年平均输沙量和黄土高原泥沙输移比的研究成果,推算黄河下游河道水沙平衡且分别达到Ⅲ类或Ⅱ类水质标准时,黄土高原土壤容许流失量相应为9.41亿和8.41亿t。研究结果可为黄土高原水土流失治理提供科学依据。     

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。     

小凌河流域近52 a水沙演变特性分析

结合小凌河流域干流水文站近52a实测水沙数据,分析了小凌河流域水沙演变特征。分析结果表明:①小凌河干流缸窑口站、锦州站年均流量均呈减少趋势,两站点的径流突变点均出现在1980年和2000年,其径流量出现从增加到递减的的转变,与1980年代前相比,小凌河年流量降低约70%;②小凌河干流锦州站的输沙量总体呈现下降变化趋势,相比于2000以前,下降趋势显著,与1980年代前相比,小凌河年输沙量降低90%以上;③各站洪峰总体呈现下降趋势,相比于1980年代,小凌河年最大洪峰流量下降80%以上。     

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。     

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。     

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系变化及其驱动因素

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3425亿m^3,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m^3,多年平均月输沙量为3013万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%。     

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%。     

长三角区麻栎树干液流的季节变化特征

2012-05-2013-04,利用树干液流仪和小气象站对南京东善桥林场的麻栎（Quercus acutissima）树干液流速率及环境因子进行连续观测,研究分析麻栎树干液流的季节变化特征.结果表明：1）春、夏、秋季晴天与阴天的液流速率日变化表现出明显的昼夜变化规律,白天液流速率高于晚上,晴天液流速率高于阴天,而冬季则波动较大;2）春季液流速率平均峰值约为5.69 kg/h,夏、秋、冬季的平均峰值分别约为春季的1.58、1.08、0.012倍;3）春、夏、秋季液流速率峰值与太阳辐射峰值主要存在滞后效应,约1 ～2h,与空气温度、饱和水汽压差、土壤温度的峰值主要存在置前效应,约1 h;4）春、夏、秋季液流速率及日液流量与环境因子的相关系数较高,而冬季的相关系数则较低;5）春、夏、秋季液流速率及其日液流量与环境因子的回归模型决定系数均在0.8左右,而冬季的决定系数较低.     

高寒草地植被与土壤水源涵养功能的时空耦合关系

探究草地植被格局与土壤水源涵养功能的关系,对于评价和有效利用土壤及草地植被资源起着重要的作用。以黄河源区的高寒草地生态系统为研究对象,运用MODIS数据构建土壤水源涵养功能模型并探究其时空变化特征,明确草地植被的时空变化规律,以耦合协调度理论为基础探讨二者耦合关系的季节性变化和空间分布特征。结果表明：(1)2000—2021年土壤水源涵养功能指数和综合植被指数在各个季节上均呈增加趋势,22年的季平均值表现为夏季和秋季高于春季和冬季;(2)2000—2021年各个季节土壤水源涵养功能—植被(SWCF—VEG)的耦合协调度基本上均呈增加趋势,同时各土层深度耦合协调度值的空间分布差异明显,且在季节上表现为夏季>秋季>春季>冬季;(3)2000—2021年季节上各草地类型的SWCF—VEG耦合协调度均为增加趋势;各季节温性草原不同土层深度耦合协调度的平均值均最大,且夏季、秋季和冬季各草地类型的值均表现为10—20 cm>0—10 cm;各草地类型不同季节的耦合协调发展类型各异。研究结果为黄河源区草地植被与土壤水源涵养功能的耦合关系提供高效定量的时空分析方法,可为草地植被...     

Temporal Dynamics of Sediment Transport and Transient In‐channel Storage in a Highly Erodible Catchment

Elucidating the links between catchment and channel geomorphic processes helps the understanding of landscape evolution and the geomorphic development of river basins, and then the land degradation processes. In this study, we analyse suspended sediment dynamics and its relationship with rainfall, discharge and in‐channel sediment storage in a highly dynamic Mediterranean montane catchment (the River Isáben, Southern Pyrenees, NE Iberian Peninsula). The aim is to assess hydrological controls on and temporal patterns of the suspended sediment load. High loads in this basin occur as a consequence of intense erosion in badlands located in the middle of the catchment. This study focuses on a reach located downstream from the main badland areas, where rainfall, discharge (Q), sediment transport (SSC) and in‐channel sediment storage were monitored for a 1‐year period. Marked seasonality in water and sediment load was observed; whereas most of the discharge occurred in winter and spring, most of the sediment was transported during summer and autumn. Q‐SSC hysteretic loops revealed the importance of sediment availability (whether stored in the channel or originating from wider catchment source areas) in the river's sedimentary response. Clockwise loops dominated during winter and spring, whereas counter‐clockwise loops occurred mostly in summer and autumn, when in‐channel storage reached its maximum. There were significant correlations between rainfall intensity in the sediment source areas, in‐channel sediment storage and sediment yield. These correlations emphasize the importance of understanding sediment availability when analysing the temporal dynamics of sediment transport, especially in catchments where different source areas (slopes and riverbed) may contribute to the load to differing degrees and at different times of the year. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

定量分解气候变化与人类活动对季节径流变异的贡献率

变化环境下径流序列可能发生变异。当前径流变异的贡献率分解研究多集中于年尺度,而对季节尺度的关注不足。以黄土高原典型流域——泾河流域为研究对象,应用小波分析方法揭示其季尺度径流序列的演变规律,采用有序聚类法和累积距平法对其径流序列进行变异诊断,最后采用累计斜率变化率比较法定量分解气候变化和人类活动对其四季径流变异的贡献率。结果表明:(1)泾河流域夏季和冬季径流的周期变化均在20世纪90年代左右有发生转变,均由小尺度周期变化转变为较大尺度周期变化;(2)春、夏、秋和冬季径流分别在1969年、1996年、1985年和1990年发生变异;(3)人类活动对春、夏、秋和冬季径流变异的贡献率分别为50.40%,89.69%,39.14%和84.59%,在夏季和冬季人类活动(主要是水土保持措施的不断深入)对泾河径流变异的贡献占主导地位,且干扰影响了径流的周期变化。     

基于SPI的近53 a宁夏干旱时空演变特征研究

利用宁夏回族自治区9个气象站点1959-2011年的逐月降水数据计算其标准化降水指标(standardized precipitation index,SPI)值,并结合干旱站次比、干旱强度、气候倾向率及ArcGIS中反距离加权插值等方法,分析了研究区干旱的时空变化特征。结果表明,近53 a来,宁夏回族自治区年SPI在波动中呈降低的趋势,其变化倾向率为-0.131/10 a,呈更加干旱趋势,且干旱增幅以21世纪最大;从季节SPI变化来看,春、夏、秋季干旱呈增重趋势,但冬季有所缓解。从干旱发生的范围和强度来看,宁夏回族自治区重旱发生范围略有扩大,而轻旱和中旱略有减小,强度微呈减弱趋势;四季中,总体呈现出冬季干旱强度略增,范围缩小,春季干旱范围扩大。强度增强,而夏秋干旱范围缩小。宁夏回族自治区存在季节连旱频发现象,持续时间长,尤其是春、夏、秋跨季节连旱对农业生产影响最大。年和季节SPI的空间差异明显,表现为由北向南干旱的加重幅度逐渐增大,尤以南部山区对区域干旱变化的响应最为敏感。     

近50年长三角地区季节的气候变化特征

根据长三角地区31个站点1961-2010年逐日气温资料,按照国家标准进行季节划分,在研究四季长度和起始时间变化特征的基础上,利用Mann-Kendall检验、等值线等方法对季节的时间变化趋势和空间分布特征进行研究。结果表明,时间变化上,长三角地区夏季长度有极显著的增加趋势(P0.01),春、夏两季的起始日期有显著的提前趋势(P0.01和P0.05)。空间分布上,春、秋季节长度由内陆向沿海增加,夏季长度由北向南递增,冬季长度由北向南递减。四季长度变化趋势的空间结构为:春、夏季以延长为主,秋、冬季主要表现为缩短,其中夏季长度的延长最为显著(P0.01)。四季起始时间空间分布为:春、夏季南部入季早,秋、冬季北部入季早;起始时间变化趋势的空间结构为:春、夏季为一致的提早趋势;秋、冬季以延后为主。     

基于无人机技术黄河沿岸沙丘移动速度监测及影响因素分析

为更便捷地监测乌兰布和沙漠黄河沿岸沙丘移动速度并解析其影响因素,该研究以乌兰布和沙漠沿黄段沙丘为研究对象,应用无人机航拍技术开展沿岸沙丘的季节性地貌过程和影响因素研究。结果表明:1)研究区沙丘年移动速率1.08～2.27 m/a,多年平均输沙势为78.82 VU,年合成输沙势为25.92 VU,处于低风能环境,8～12 m/s等级风输沙势是年输沙势的主要部分,约占73.24%。方向变率(合成输沙势(Resultant Drift Potential,RDP)与输沙势(Drift Potential,DP)的比值)RDP/DP保持在0.30～0.46之间,属于中等变率。合成输沙方向RDD为57.83°～107.39°,与沙丘移动方向较为一致,西风组占全年输沙势的52.09%,是沙丘年移动的主要驱动力。2)沙丘移动速率具有明显的季节特征,整体呈现春季移动速率快,冬末-春初次之,秋季与秋末-冬末相近,夏季移动速率最慢。其中,秋末-冬末、春季和秋季输沙势DP 8.48～20.49 VU,合成输沙势方向在90.02°～95.54°之间,RDP/DP值均在0.3～0.8之间,属于中等变率,西风组作用显著,这与年合成输沙方向及沙丘走向较为一致;冬末-春初和春末-夏季分别受东北风(NE)和南风组(SSE、S、SSW)作用,沙丘通过形态变化适应风向,移动速度降缓。季节输沙势主要集中在8～10m/s风速等级,约占整个季节输沙势的40.76%～56.93%。3)综合各季节和年际输沙势与沙丘移动距离呈线性正相关,拟合方程为y=1.02+0.006 62x(R~2=0.339,F=5.616,P=0.045),方程总体显著,输沙势可以表征该地区沙丘移动距离。基于无人机监测的沙丘运动研究综合显示,风况是该地区影响该地区沙丘移动的主要动力,其中西风组8 m/s以上风速是研究区沙丘移动的主要驱动力。风向变率和合成输沙势方向与沙丘移动方向一致时沙丘移动则快,不一致时则缓;无人机可在较大尺度上为沙丘移动提供更为便捷的监测服务,研究结果可为同类地区沙丘移动的无人机监测提供参考依据。     

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。