泾河水沙变化特征及其影响因素分析

近年来,泾河水沙出现明显减少的趋势,为研究其变化特征及原因,选取泾河张家山站1960-2019年水文资料,采用Mann-Kendall检验、Pettitt检验、历时曲线法和双累积曲线法等方法对流域年降水量、径流量和输沙量的变化特征及其影响因素进行分析。结果表明：近60年来,泾河流域径流量和输沙量呈现明显减少的趋势,且输沙量的减少更为明显。流域年径流量突变年份为1996年,年输沙量突变年份为1990年。人类活动和降水量对泾河流域的减水贡献率分别为98.3%和1.7%,减沙贡献率分别为91.8%和8.2%;人类耗水量的增多是泾河径流量减少的主要原因,退耕还林、水土保持措施及水库建设是泾河泥沙量减少的主要原因。     

基于GRID的流域动态水平衡模型研究

水量平衡研究是水资源评价、规划与管理的基础。以往的水平衡模型大多是基于流域、子流域,为了以网格为单元动态模拟水平衡过程,在本文中利用GIS工具建立了基于GRID的泾河流域动态水量平衡模型,该模型空间尺度为1km×1km网格,时间尺度为月。模型的率定是利用泾河流域马莲河把口水文站的1995至1997年逐月实测径流数据,由此获取了模型的主要参数。模型率定结果表明模拟径流曲线与实测径流曲线的变化趋势基本吻合,模拟值和监测值的中值绝对误差为6.72m3/s,相关系数为0.932。最后,将所建模型用于泾河流域逐月逐网格的降水、蒸发、土壤蓄水与地下蓄水,以及形成的径流总量的动态模拟。模拟结果表明泾河流域的径流量主要集中在流域南部与中部,流域北部径流相对较低,这与流域降水分布关系密切。泾河流域的土壤蓄水与地下蓄水量的分布类似,且与径流有一定相关性。该模型模拟精度较高,基本可以满足水资源评价、规划与管理的要求。     

气候变化对干旱缺水区中尺度流域水文过程的影响

基于1997-2003年的气象水文资料,选择了黄土高原泾河流域上游,对半分布式生态水文模型SWIM进行了率定和验证,并以流域历史气象条件为基准,固定其它气候因素不变,针对单一气候因素变化(降水或温度)进行了情景模拟,分析、评价了降水和温度对流域径流量、蒸散量和土壤蓄水量各水文过程的影响。结果表明:流域降水量增加(减少),年径流、蒸散及蒸散分量、土壤蓄水量均增加(减少),且降水转化为各水量平衡分量的比例大小依次为径流量(蓝水)>蒸散量(绿水)>土壤蓄水量;流域温度升高,蒸散及其分量随之增加,但径流和土壤蓄水量则随之相应减少。研究结果对于变化环境下的干旱区流域水资源管理具有一定的意义。     

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。     

内蒙古巴拉格尔河径流变化的驱动因素

基于巴拉格尔河流域1959—2015年的水文、气象和社会经济等数据,采用累积距平法、改进的Mann-Kendall趋势检验法和累积量斜率变化率比较法等,定量分析了年代、水文年、季和月尺度下的径流变化规律及主要驱动因素。结果表明:巴拉格尔河流域径流量在各时间尺度均呈现显著减少趋势,而各气候要素的波动变化趋势不明显,流域内社会经济快速发展,人类活动显著;径流量在2000年代最小,相对于1960年代来说减少了74.78%;流域径流变化最显著的突变点为1998年,变化期(1999—2015年)与基准期(1959—1998年)相比,该流域气候波动对径流减少的贡献率仅为28.86%,而人类活动对径流减少的贡献率达到71.14%,因此,人类活动是引起径流量减少的主要驱动因素。     

全球气候变化下黄土高原泾河流域近40年的气候变化特征分析

全球气候变化对于农业生产活动和生态环境保护有着深刻的影响。本文用时间序列分析中的距平曲线和短期预测方法分析了泾河流域内14个气象站点1960~1999(1971-2000)年气温和降水量的变化趋势,并用简单气候偏差指数计算了逐年的降水量变差;同时用变异系数计算了14个站点1960~1999(1971-2000)年的降水量年际变差。结果表明:近40年来14个站点的年均温度呈现明显的上升趋势,平均增温0.7℃略高,年平均增温率为0.0225℃/a;年降水量呈现微弱的减少趋势,但是波动幅度和变异系数都在增加,降水量年际间偏差呈现先减少后又增加的趋势。年内气候变化的趋势变化表现为:冬季温度升高;春季、夏季降水量占全年的百分比有显著增加趋势,而秋季降水所占的百分比显著减少。最后分析了全球变化背景下泾河流域近40年来气候出现的这种暖干化趋势对流域农业生产和生态环境的可能影响,可为相关部门调整农业结构、种植结构,优化种植模式等决策提供指导。     

诺敏河流域植被覆盖时空演变及其与径流的关系研究

基于GIMMS/NDVI数据对诺敏河流域1982-2006年间植被覆盖的时空演变特征进行了研究,并结合SCS模型模拟地表径流,在流域和像元尺度分析植被NDVI变化与径流的关系。研究表明:诺敏河流域植被NDVI值较高,但25a间整体呈下降趋势,NDVI减少的区域占总面积的82.5%,植被覆盖有所降低;NDVI空间差异明显,NDVI的高值区主要分布在中上游林区,而耕地分布较多的下游地区NDVI值相对较低。流域尺度上植被NDVI与径流不具有明显的相关性。但从像元尺度来看,植被NDVI和径流的正相关和负相关共存,流域不同空间位置的植被变化与径流的关系并不一致。     

黑河流域40多年来生态环境变化驱动力分析及对策

结合黑河流域40多年来水文,社会经济等方面的资料,采用趋势分析法估算人为因素对流域地表径流的影响,通过相关和主成分分析等数学方法分析人类活动诸因子与流域地表径流之间的关系。研究结果表明:随着从上游至中下游的顺序,各水文站年径流量差积曲线先上升,而后呈长时期连续下降的趋势,而且顺河流方向越往下,曲线的坡度越明显,即径流量减少的趋势越明显,但黑河干流上游地表径流在过去的几十年里并没有减少,且有一定程度的增加,这说明各水文站径流的差积曲线主要是由于人类活动的影响,导致下游生态环境受损。     

漳河上游径流变化特征及其归因分析

基于漳河上游流域周边台站的气象水文数据,综合运用Mann-Kendall突变检测、Hurst指数、流量历时曲线和气候弹性系数法等,分析了流域径流的年际变化特征和年内格局变化,探讨了气候变化和人类活动对径流减少的作用。结果表明:1955-2016年,流域径流的年际变化呈显著减少趋势,减少率为0.316×10~8m~3/a。年径流序列在1973年发生突变,突变前径流的减少趋势显著,其主要原因可能是气候变化;突变后减少趋势有所减缓,其主要原因是人类活动,具体表现为1970s-1980s的水利工程建设和土地改革兴起,1990s之后的工农业用水激增和城镇化加速推进。突变前后各月平均径流减少十分显著,相对减少率均超过70%,径流年内分布更加趋于不均,季节变化差异加大。基于气候弹性系数法,气候变化和人类活动对径流减少的贡献率分别为29.7%和70.3%。     

基于网格水文单元的流域水资源自然再生能力评价

首先,从水资源自然再生能力的基本概念探讨入手,提出了一种网格水文单元水资源自然更新率概念,用以表证该网格水文单元的水资源自然再生能力;在此基础上,建立了一种全新的水资源自然再生能力评价方法。其次,在基于GRID的泾河流域水量动态平衡模拟基础上,通过逐网格计算泾河流域1996年各月水资源自然更新率,来对泾河流域1996年水资源自然再生能力进行评价。评价结果表明:泾河流域水资源自然再生能力在年内时间尺度上存在明显的准周期运动规律。泾河流域水资源自然更新率在-1.5到1.5之间,4月为最低值,6月为最高值,整个趋势受降水量的影响较大,丰水期与枯水期差别明显。与此同时,泾河流域水资源自然再生能力也存在明显的空间分布规律,具体表现为泾河流域中部的水资源自然再生能力最高,流域南部地区中等,流域北部水资源自然再生能力较弱。水资源的这种空间分布规律主要取决于该流域降水、蒸发,以及植被与土壤等下垫面空间分布规律。     

Impacts of climate change and human activities on water resources in the Ebinur Lake Basin,Northwest China

Changing climatic conditions and extensive human activities have influenced the global water cycle. In recent years, significant changes in climate and land use have degraded the watershed ecosystem of the Ebinur Lake Basin in Xinjiang, Northwest China. In this paper, variations of runoff, temperature, precipitation, reference evapotranspiration, lake area, socio-economic water usage, groundwater level and water quality in the Ebinur Lake Basin from 1961 to 2015 were systematically analyzed by the Mann-Kendall test methods(M-K) mutation test, the cumulative levelling method, the climate-sensitive method and land-use change index. In addition, we evaluated the effects of human activities on land use change and water quality. The results reveal that there was a significant increase in temperature and precipitation from 1961 to 2015, despite a decrease in reference evapotranspiration. The Wenquan station was not significantly affected by human activities as it is situated at a higher altitude. Runoff at this station increased significantly with climate warming. In contrast, runoff at the Jinghe station was severely affected by numerous human activities. Runoff decreased without obvious fluctuations. The contributions of climate change to runoff variation at the Jinghe and Wenquan stations were 46.87% and 58.94%, respectively; and the contributions of human activities were 53.13% and 41.06%, respectively. Land-use patterns in the basin have changed significantly between 1990 and 2015: urban and rural constructed lands, saline-alkali land, bare land, cultivated land, and forest land have expanded, while areas under grassland, lake, ice/snow and river/channel have declined. Human activities have dramatically intensified land degradation and desertification. From 1961 to 2015, both the inflow into the Ebinur Lake and the area of the lake have declined year by year; groundwater levels have dropped significantly, and the water quality has deteriorated during the study period. In the oasis irrigation area below the runoff pass, human activities mainly influenced the utilization mode and quantity of water resources. Changes in the hydrology and quantity of water resources were driven primarily by the continuous expansion of cultivated land and oasis, as well as the growth of population and the construction of hydraulic engineering projects. After 2015, the effects of some ecological protection projects were observed. However, there was no obvious sign of ecological improvement in the basin, and some environmental problems continue to persist. On this basis, this study recommends that the expansion of oasis should be limited according to the carrying capacity of the local water bodies. Moreover, in order to ensure the ecological security of the basin, it is necessary to determine the optimal oasis area for sustainable development and improve the efficiency of water resources exploitation and utilization.     

Long-term variations in runoff of the Syr Darya River Basin under climate change and human activities

In this study,we analyzed the hydrological and meteorological data from the Syr Darya River Basin during the period of 1930–2015 to investigate variations in river runoff and the impacts of climate change and human activities on river runoff.The Syr Darya River,which is supplied by snow and glacier meltwater upstream,is an important freshwater source for Central Asia,as nearly half of the population is concentrated in this area.River runoff in this arid region is sensitive to climate change and human activities.Therefore,estimation of the climatic and hydrological changes and the quantification of the impacts of climate change and human activities on river runoff are of great concern and important for regional water resources management.The long-term trends of hydrological time series from the selected 11 hydrological stations in the Syr Darya River Basin were examined by non-parametric methods,including the Pettitt change point test and Mann-Kendall trend tests.It was found that 8 out of 11 hydrological stations showed significant downward trends in river runof f.Change of river runoff variations occurred in the year around 1960.Moreover,during the study period(1930–2015),annual mean temperature,annual precipitation,and annual potential evapotranspiration in the river basin increased substantially.We employed hydrological sensitivity method to evaluate the impacts of climate change and human activities on river runoff based on precipitation and potential evapotranspiration.It was estimated that human activities accounted for over 82.6%–98.7%of the reduction in river runoff,mainly owing to water withdrawal for irrigation purpose.The observed variations in river runoff can subsequently lead to adverse ecological consequences from an ecological and regional water resources management perspective.     

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。     

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。     

阿克苏河流域近46年气候变化研究

利用线性回归、突变分析和小波分析方法,分析了阿克苏河流域1961-2006年6个地面台站的平均气温和降水量的变化。结果表明:1)46 a来阿克苏河流域气温呈上升趋势,气候倾向率为0.18℃/10 a;2)阿克苏河流域46 a来年降水量以13.1mm/10 a的变化倾向率呈增加趋势;3)阿克苏河流域的年平均气温在1993年发生了由低向高的突变,降水在1987年发生了由低向高的突变;4)阿克苏河流域年降水量较大尺度12-16 a和8-12 a左右的振荡周期非常明显。     

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。     

黑河中游张掖地区近48a气候变化及径流的响应

将现代气候统计诊断与预测技术和地理信息系统(GIS)的地学统计方法中的Kriging插值结合,分析了位于黑河中游张掖地区6个气象站的近48a的气温和降水的时空变化,并且空间显示了各季节的气温和降水变化。结果表明:张掖地区6站的年均气温在3.97-8.04℃之间,变暖最快的是山丹站气温倾向率为0.47℃/10a,变暖最缓慢的是高台站气温倾向率为0.19℃/10a。年均气温最低出现在1956年,为2.5℃,最高值出现在1998年,为9.06℃;降水地域分布不均衡,地区降水差值可达200mm以上。夏季张掖地区的降水变化范围为67.11-193.30mm,冬季降水是4.69-10.48mm,表明降水季节分配不均,且冬、夏降水变化幅度大;张掖地区气温在1991年开始发生突变,气温增加趋势明显。西支流地区和整个张掖地区气温突变时间一致,东支流气温突变是在1993年和整个张掖地区相比推迟了2年。整个张掖地区包括西支流和东支流在降水的时间的变化上没有发生突变。张掖地区年水变化周期现象明显,第一主周期为15年第二主周期为7年,但年均气温变化周期现象不明显;平原地区气温不是影响径流最根本的决定因素,但对河流径流的影响是正向的。降水和径流虽然在时间上拟合,径流总体的变化趋势在减少,但径流的降幅比降水要大。     

1960-2018年博斯腾湖水位变化特征及其影响因素分析

结合博斯腾湖1960—2018年水位、出入湖径流以及气象站点实测资料,采用集合经验模态分解(Ensem?ble Empirical Mode Decomposition,EEMD)、水量平衡和气候弹性方法,对近60 a博斯腾湖水位变化及其影响因素进行了详细分析。结果表明:(1)1960—2018年博斯腾湖水位总体呈下降态势,具体表现为“下降-上升-下降-上升”四个阶段。(2)在年际尺度上水位存在准3~4 a、准8~9 a的周期性振荡,而年代际尺度上表现出准29~30 a和准33~34 a的周期性变化。(3)1960—2018年降水、气温和潜在蒸散发对开都河、黄水沟和焉耆径流的累积贡献率分别达85.1%、42.1%和23.8%,而下垫面、其他气象变量和人为等因素累积对径流的贡献率分别约为14.9%、57.9%和76.2%。(4)对不同阶段博斯腾湖水位变化原因分析:1960—1987年水位急剧下降的主要原因同入湖径流减少和湖面蒸发量大有关;气温升高和降水量增加导致入湖水量增加是1988—2002年水位显著升高的主要原因;入湖径流减少和出湖水量增多,导致2003—2014年水位显著下降;博斯腾湖入湖水量的显著增加及对出湖水量的严格控制是2015—2018年水位明显上升的主要原因。     

泾河上游典型站近45年参考作物蒸散量变化特征

为了更好地探讨泾河上游地区植被耗水的变化情况,利用泾河上游4个典型站点近45 a的逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式,计算了日参考作物蒸散量,并对ETo的日、月、年值的变化特征进行了分析,同时分析了影响ET0的主要气候因子.结果表明:泾河上游ET0的日均值和月均值与大气温度、日照时数等气象要素均达到极显著相关,与风速的相关程度最低,ET0日变化和月变化均呈现为相似的单峰型变化趋势,峰值出现在夏季7月份.近45年来,只有隆德ET0年值呈显著性增加,其他站ET0年值变化不明显.固原的夏季,隆德的冬、夏、秋季的ET0呈显著性变化,其他站各季节变化均不明显.     

胶东半岛大沽河流域径流变化特征

大沽河是胶东半岛最大的河流,被称为青岛市的“母亲河”,近年来受气候变化与人类活动的共同影响,河川径流量急剧减少,河道断流形势严峻。基于1964-2008年大沽河3个水文站点（南村、产芝水库和尹府水库）的径流资料以及青岛气象站点的气象资料,初步探讨了大沽河流域径流的年际年内特征、变化趋势及其原因。结果表明：大沽河年径流存在明显的年代际特征,45 a间有一定下降趋势,特别是20世纪80年代以来,南村站河道常出现全年断流现象;3个水文站均于60年代初发生了突变,而且尹府水库站的年径流还存在显著的准4 a的变化周期;南村站径流的季节特征及变化趋势均比较显著,年径流量的89.8%集中在汛期,汛期径流量及各月径流（除8-9月）在45 a间均呈显著下降趋势,非汛期径流变化趋势虽不明显,但其径流量自80年代以来大多年份为0;相对而言,产芝水库和尹府水库站径流的季节差异及趋势相对较小;由基准期（1964-1980年）到变化期（1981-2008年）,降水变化与人类活动分别导致年径流量减少的比例为52.38%和47.62%,说明两者对径流的减少作用均比较显著,而且在全球气候变化的背景下,人类活动进一步加剧了径流的减少,并促使大沽河演变为季节性河流。