关中地区主要河流丰枯变化特征分析

为了揭示关中地区主要河流天然径流系列丰枯状态及其变化规律,研究结合游程理论、Markov过程和时间序列方法,对关中地区渭河干流及其十余条重要支流的丰枯变化进行了系统分析。结果表明:偏枯状态是关中地区河流的主要状态,大多数河流的单独丰水概率要比单独枯水概率大,而多年连续枯水游程概率大于连续丰水概率,即关中河流较易发生单独丰水年和连续干旱年。这些表明关中地区河流的径流变化大,旱涝并存且干旱缺水问题相对突出。     

黑河上游山区径流变化特征分析

河川径流的演变既呈现一定的趋势性,又存在一定的突变性。趋势可以反映径流序列总体的演变规律,突变则可以说明径流序列的某些统计规律何时发生变化。文中分别采用Mann-Kendall检验法和非参数累积和检验法针对黑河上游山区径流序列的趋势和突变特征进行了探讨。结果表明:扎木什克站春、夏、秋季径流和年平均径流量略有增加,冬季径流显著减少;莺落峡站春、夏、秋季径流有所增加,冬季显著减少,年平均径流呈微弱减少趋势。扎木什克站1、2、12月平均径流及冬季径流序列在90年代初出现变点,变点后径流序列的均值较变点前有所减少;莺落峡站4月份径流在1992年存在变点,变点后径流序列的均值较变点前有所增加。     

近53 a黑河流域水文气象要素时空演变特征

基于黑河流域及周边17个气象站点和2个水文站点近50 a的观测资料,采用Pettitt、Mann-Kendall(MK)、Yamamoto和累积距平曲线等多种方法,探讨黑河流域水文气象要素时空演变规律。结果表明:黑河流域各气象要素的空间分布随地势变化明显,平均气温、最低气温、最高气温、日照时数和平均风速由南至北呈逐渐增加趋势,降水和平均相对湿度则呈逐渐减少趋势;黑河流域降水、平均气温、最高气温、最低气温和莺落峡径流量呈显著上升趋势,平均风速和日照时数呈显著下降趋势,正义峡径流量下降趋势并不显著,平均相对湿度则没有检测到明显的变化趋势;平均气温、最高气温和最低气温的突变点集中在20世纪90年代,降水和莺落峡径流量交互验证,确定二者的突变点均为2004年。结合多种变点检测方法共同分析,可有效提高结果的可信度和确定性。     

利用多条树轮重建黑河上游地区540年径流量

通过黑河上游不同地区的多条树轮年表及该区域降水量、气温和径流量的统计分析,探讨了黑河上游地区树木年轮与径流量的对应关系,重建了黑河上游地区自1450年以来径流量的变化,并进行了变化特征分析,结果表明:径流量的枯水年份稍高。统计得到13个丰水段,累计年份273年,约占总年数的50.6%,相应的枯水段12个,累计年份267年,约占总年数的49.4%,并发现降水量的变化趋势与径流量的变化趋势一致。径流量的中、短周期(45、39、34、3、2a)变化明显。     

张掖市水资源利用现状及未来趋势预测

利用张掖市1951-2006年的降水量、气温、蒸发量等气象资料,以及黑河上游莺落峡水文站的径流量,分析了张掖市降水、气温、蒸发量、黑河年径流量与水资源总量的关系,以及水资源总量的年代际变化,并以2004年为现状年,对城市发展的用水状况进行了对比分析。在分析水资源利用历史和现状的基础上,利用均生函数方法建立了张掖市水资源预测模型。结果显示:未来20年,张掖市水资源呈现出缓慢下降的趋势,水资源短缺仍将是一个十分严重的问题。     

西北干旱区近50年气候变化对出山径流的影响分析——以黑河流域为例

对黑河上游山区1956—2004a祁连站气温与降水数据、莺落峡水文站出山径流进行各季年均值变化分析、基于MathCAD对气温和降水分别与出山径流的关系进行相关分析,发现近50a黑河流域气温与降水的变化没有显著的相关性,降水变化与径流的变化表现出正相关,而气温与径流则没有相关性。近50a降水各季变化没有一致性,却出现一定的规律,即春季持平,夏秋下降,而冬季增加。相对于降水而言,气温变化则表现出各季之间的一致性趋势,即近10a表现出明显的增温趋势,而且增温幅度相似,都在2℃左右。另外对气温与降水对出山径流的影响做了量化,降水与径流的相关系数为0.557,而气温与径流的相关系数只有0.045左右;根据影响径流的气候因子所占权重,集成气候(无量纲)变化曲线,显示出与径流变化的一致性,即气候变化对径流变化有明显的影响;依据本文分析和总结,预计今后10—20a气温、降水都将有升高或增加趋势,届时出山径流将相应增加。     

新疆玛纳斯河径流时间变化特征及其趋势分析

依据新疆玛纳斯河肯斯瓦特水文站近46年实测月径流量资料,采用Morlet小波分析,径流集中度、轮次分析、游程检验、极差分析、气候趋势系数法等方法分析了玛纳斯河径流系列多时间尺度变化特征及其未来变化趋势。结果表明:玛纳斯河年径流系列存在7年及25年主周期;极限枯水历时达8年,平均缺水4.40m3/s;单独丰水年概率高于单独枯水年概率,发生3年及以上连枯年概率均高于连丰年,易发生持续干旱;玛纳斯河年径流和夏季径流显著增加(P=0.01),幅度分别为2.24m3/(s·10a)及7.45m3/(s·10a),夏季径流增加尤为明显;秋季和冬季径流也呈现增加趋势(P=0.05),幅度分别为0.45m3/(s·10a)及0.49m3/(s·10a)。     

黑河流域出山径流模拟

国际水文科学协会已提出针对干旱半干旱区的"无资料地区的水文预测"项目。水已成为制约西北干旱半干旱区社会经济发展和生活改善的主要因素。预测全球变化和人类活动下的水循环过程和水资源变化格局是重要的。文中以黑河上游为研究区,应用IHACRES模型模拟黑河上游降水-径流过程。结果表明:IHACRES模型可以较好地模拟研究区的日出山径流量;率定期确定性系数达0.766,验证期确定性系数为0.71;确定黑河上游地区的基流指数为0.539;黑河上游经莺落峡水文站向中游输送水量为14.9亿m3,其中地表径流与基流分别占46.1%和53.9%;模型模拟受流域面积大及降雪等因素影响,使模拟精度降低;最后指出IHACRES模型适合缺乏资料地区水文模拟的研究。     

河西走廊3大内陆河近51年出山径流分布特征

以河西走廊疏勒河、黑河和石羊河1955～2005年时段的河流流量和气象实测数据为资料,应用多种数值诊断方法,系统分析了流域内51年间出山径流的季节及年际变化等.结果表明,走廊内出山径流的年内分配差异较大;三大河流的夏汛流量的峰值出现在同一时期,出山径流量自西向东疏勒河、黑河和石羊河分别占年总出山径流量的74.75%、75.04%和80.94%;径流的年际变化,平水年份最多,占总序列的38.56%,偏枯年大于偏丰年7.84%,说明出山径流量呈减少趋势;累积滤波器和Kendall秩次相关分析结果表明,年出山径流的变化趋势总体呈缓慢下降趋势,三大河流的年出山径流系列累积平均曲线在2005年趋于重合;Morlet分析结果预示未来径流量将处于相对偏少期.     

河西走廊三大内陆河流域出山径流变化特征及其影响因素分析

以1961-2010年河西走廊三大内陆河流域出山年径流资料为基础,综合运用趋势分析、MannKendall突变检测、Morlet小波分析、R/S分析、降水-径流深度双累积曲线等多种数理分析方法,研究了河西走廊三大内陆河流域出山年径流的变化特征、影响因素及未来可能的变化趋势。结果表明:(1)1961-2010年,石羊河流域出山年径流呈微弱减少趋势,黑河流域和疏勒河流域出山年径流呈显著增加趋势,50年来黑河流域和疏勒河流域出山年径流存在显著突变特征;(2)1961-2010年,石羊河流域和黑河流域出山年径流经历了"枯-丰-枯-丰"4次交替,疏勒河流域出山年径流经历了"枯-丰"2次交替;(3)1961-2010年,石羊河流域、黑河流域、疏勒河流域出山年径流变化的主周期分别为5年、22年和15年,但不具有统计显著性;(4)河西走廊三大内陆河流域出山年径流变化受祁连山区降水影响较大,山区人类活动对年径流变化影响较小;(5)未来石羊河流域出山年径流可能呈减少趋势,黑河流域和疏勒河流域出山年径流可能呈增加趋势。     

基于R/S分析法的黑河调水及近期治理效果分析

黑河流域由于中游过度用水而导致下游生态严重恶化,引起国际国内的广泛关注。国务院从2000年开始在黑河流域实行水资源统一调度并投资23.6亿元进行综合治理。本文利用R/S分析法对莺落峡来水量和正义峡下泄水量进行对比分析,得出黑河治理效果显著的结论,并对R/S分析法的应用细节进行探讨。     

黑河流域近2000年的旱涝与降水量序列重建

黑河流域有大量近2000年来旱涝史料记载资料,通过提取和处理旱涝记载信息,建立近2000年来的旱涝等级序列。利用统计分析得到黑河流域近2000年来旱涝阶段。近40年旱涝灾害与降水量具有较高的负相关性,相关系数为-0.892,建立旱涝等级与降水量距平百分率关系,依据黑河流域近2000年的旱涝序列重建2000年来降水量序列。得到结论:从1～5世纪降水量不断增加,5～15世纪降水量不断减少,15～20世纪降水量不断增加。     

近2000年黑河流域旱涝变化研究

文中利用黑河流域近2000年来丰富史料和档案资料,将旱涝信息提取和处理后,建立黑河流域近2000年旱涝等级序列,并进行统计分析得到黑河流域2000年旱涝阶段。结果表明:(1)以世纪时间尺度旱涝气候变化是波动的,多数世纪干旱发生的次数多于洪涝。干旱有逐渐增加趋势。(2)划分7个偏旱期和6个偏涝期,偏旱期依次是1~170年、251~425年、481~640年、951~1340年、1391~1650年、1691~1890年、1921~2000年,偏涝期依次是171~250年、426~480年、641~950年、1341~1390年、1650~1690年、1891~1920年。     

黑河流域干旱化驱动力机制及其趋势预测

干旱与水资源短缺是黑河流域的基本环境特征。候变暖的背景下,该地区的降水量虽然有所增加,但是远远不能抵消气温升高带来的蒸发量。在气候干旱化增强的背景下,黑河流域的径流量在上游呈现增加的趋势,由于中上游对水资源的开发利用,使得黑河流域越往下游,径流量减少越明显,下游的水文干旱进一步加剧。受气候干旱、水文干旱、人为干旱的影响,近50a干旱灾害面积急剧扩张,选取1957—2004年的张掖市旱灾面积统计资料,采用马儿可夫预测方法,预测了2005—2010年的旱灾面积的状态概率,并提出一些对策。     

开都河源区径流变化的气候响应

气候变化下的山区径流时空变异特征是干旱区水文水资源研究的热点之一。本研究选择天山南坡开都河流域源区为典型研究区,基于1958-2017年大山口水文站和巴音布鲁克水文站径流数据,及巴音布鲁克气象观测数据,采用TFPW-MK趋势检验、小波分析与小波相干等方法分析径流序列的趋势、突变和周期特征及其对气候变化的响应。结果表明:近60 a来,开都河源区径流、降水、气温呈显著增加趋势,并且径流量、降水量与最高气温的增率在加快,而平均气温与最低气温的增率减缓;径流量、降水与平均气温的突变年份集中在20世纪90年代,并且均存在28 a的周期;夏季径流量增加主要受夏季升温的影响,而早春径流量增加主要与冬季降水增加、早春升温有关;在年尺度上,降水是影响开都河径流变化的主要因素,气温主要以积温形式影响着径流的变化;在月尺度上,积温与降水均与径流呈显著正相关关系,且源区上游径流较下游径流对气温变化更为敏感。     

Spatio-temporal variation of hydrological drought under climate change during the period 1960–2013 in the Hexi Corridor,China

In recent years, climate change has been aggravated in many regions of the world. The Hexi Corridor is located in the semiarid climate zone of Northwest China, which is particularly affected by climate change. Climate change has led to the spatial and temporal variations of temperature and precipitation, which may result in hydrological drought and water shortage. Thus, it is necessary to explore and assess the drought characteristics of river systems in this area. The patterns of hydrological drought in the Hexi Corridor were identified using the streamflow drought index(SDI) and standardized precipitation index at 12-month timescale(SPI12) from 1960 to 2013. The evolution of drought was obtained by the Mann–Kendall test and wavelet transform method. The results showed that both the mean annual SDI and SPI12 series in the Hexi Corridor exhibited an increasing trend during the study period. According to the results of wavelet analysis, we divided the study period into two segments, i.e. before and after 1990. Before 1990, the occurrence of droughts showing decreased SDI and SPI12 was concentrated in the northern part of the corridor and shifted to the eastern part of the corridor after 1990. The probability of drought after 1990 in Shule River basin decreased while increased in Shiyang River basin. The wavelet analysis results showed that Shiyang River basin will be the first area to go through the next drought period. Additionally, the relationships between drought pattern and climate indices were analyzed. The enhanced westerly winds and increased precipitation and glacier runoff were the main reasons of wet trend in the Hexi Corridor. However, the uneven spatial variations of precipitation, temperature and glacier runoff led to the difference of hydrological drought variations between the Shule, Heihe and Shiyang River basins.     

黄河流域径流演变的持久性测度

把握径流波动规律、对径流演变趋势做出准确判断,是当前水文学研究的有益课题。综合考虑径流序列演变的时变性、随机性和非线性特点,引入R/S分析法及其时变Hurst指数,并以黄河干流为例,深刻描述了径流时间序列演变过程的持久性测度。计算结果表明:黄河干流径流时间序列在时间和空间分布上具有分形特征,径流演变存在状态持续性及其内在的周期循环长度,从而为河川径流的非线性和复杂性研究提供了新的研究视角和实证结论。