松花江流域极端降雨变化对流域输沙量的影响

基于松花江流域及其周边共43个气象站点1960—2014年逐日降雨数据及佳木斯水文站输沙量数据,采用Mann-Kendall非参数趋势分析方法、小波周期性分析和双累积曲线法,分析了流域内7个极端降雨指数和输沙量的动态变化趋势,在此基础上定量评估了流域极端降雨变化对输沙量的影响。结果表明:1960—2014年间,松花江流域7个极端降雨指数(最大1 d降雨量(RX1day)、连续5 d最大降雨量(RX5day)、降雨强度指数(SDII)、大于95%分位值强降雨量(P95pTOT)、大雨量(HP)、暴雨量(RSP)和汛期降雨量(FSPTOT))皆呈阶段性波动变化,存在16~20 a的大周期和5~6 a的小周期变化特征,但近55 a各极端降雨指数整体上呈不显著的变化趋势;期间佳木斯水文站输沙量的变化趋势与7个极端降雨指数的变化趋势类似。松花江流域各极端降雨指数与输沙量均存在极显著相关性(p0.01),其中RX5day、P95pTOT与输沙量的相关性最显著。双累积曲线分析显示,流域输沙量与各极端降雨指数关系的突变点均发生在1977年。与基准期(1960—1977年)相比,1978—2014年松花江流域各极端降雨指数对输沙量变化的影响在3.09%~15.24%之间,其中SDII变化对输沙量的影响最大(15.24%),其次是FSPTOT(14.81%)和RX5day(14.34%)。     

降雨类型和水土保持对黄土区小流域水土流失的影响

对黄土区桥子东沟流域的143场次洪水事件水文泥沙数据进行统计分析,并利用K均值分类法划分降雨类型,比较不同降雨类型条件下流域水土流失特征,探讨水土保持治理对不同降雨类型下流域产流输沙的影响。结果表明,次降雨量和最大30 min雨强是影响流域产流输沙的主要降雨特征。降雨事件划分为4种类型:Ⅰ型(小雨量、小雨强)、Ⅱ型(大雨量、大雨强)、Ⅲ型(大雨量、小雨强)和Ⅳ型(小雨量、大雨强)。4种降雨类型下次洪水事件的产流能力和洪峰流量由大到小依次为Ⅱ型、Ⅳ型、Ⅲ型和Ⅰ型。频次最少的Ⅱ型降雨次洪水事件的输沙量最多,Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型降雨条件下次洪水事件输沙量的差异不显著,输沙量均较少。水土保持综合治理显著减少了流域径流量和输沙量,其中Ⅱ型降雨次洪水事件减水量和减沙量最多,Ⅰ型最少。     

河龙区间近55 a降雨侵蚀力与河流输沙量动态变化分析

基于河龙区间12个雨量站点1957—2011年降雨日数据及输沙量年数据,采用滑动平均、线性倾向估计、Mann-Kendall非参数检验、累计距平、双累积曲线等方法,分析了河龙区间近55 a降雨侵蚀力和输沙量的动态变化过程以及二者之间的相关关系,定量评估了降雨侵蚀力变化和人类活动对河龙区间输沙量变化的影响及贡献率。结果表明,河龙区间近55 a降雨侵蚀力在378.1~2 324.6 MJ·mm/(hm2·h·a)之间变化,其平均值为1 319.7 MJ·mm/(hm2·h·a);整个研究期内降雨侵蚀力呈不显著减小趋势,年均减小量为9.7 MJ·mm/(hm2·h·a)。近55 a降雨侵蚀力变化过程可划分为3个阶段:1957—1974年为快速下降阶段,其下降率为83.7%;1975—1999年为缓慢下降阶段,其下降率为66.6%;2000—2011年为缓慢回升阶段,其上升率为42.7%。以1957—1969年降雨侵蚀力为基准,20世纪70、80、90年代以及21世纪前12 a降雨侵蚀力分别减小了15.9%、19.5%、27.5%和22.7%。河龙区间近55 a输沙量变化介于(0.09~21.37)亿t之间,其平均值为5.6亿t。整个研究期内输沙量呈极显著的下降趋势,其下降速率为0.19亿t/a。以1957—1969年输沙量为基准,20世纪70、80、90年代以及21世纪前12 a输沙量分别减少了27.3%、64.1%、54.8%和88.7%。经Mann-Kendall非参数检验法和累计曲线法综合判定,1979年为河龙区间输沙量突变年份。输沙量与降雨侵蚀力具有极好的线性相关性。通过建立二者双累积曲线方程,计算得出20世纪80、90年代和21世纪前12 a降雨侵蚀力变化对输沙量变化的贡献率分别为22.6%、44.3%和19.0%,而人类活动对输沙量变化的贡献率分别为77.4%、55.7%和81.0%,人类活动对输沙量变化的影响程度较大。1980—1989年和2000—2011年具有基本相同的降雨侵蚀力条件,但后者的输沙量却比前者减少67.6%,表明2000—2011年河流输沙量的变化主要由人类活动引起,人类活动每年减少输沙量2.5亿t。     

气候变化下浙江省极端降水时空变化研究

基于CMIP5的18个GCMs模型,通过LARS-WG降尺度模型获得降雨数据,计算了2041-2070年在RCP4.5和RCP8.5两个情景下的11个极端降雨指数,并通过贝叶斯平均法获得两个情景下的集合值,分别与浙江省1971-2000年实测数据的极端指数计算结果进行对比分析,最后探讨了浙江省2041-2070年极端降水时空变化特征,结论如下:(1)浙江省的降雨量在2041-2070年间趋于集中化,整体向极端降雨量和降雨日数增加的方向发展。其中强降雨量R95pTOT和极强降雨量R99pTOT相对基准期的变化最具代表性,上升幅度最大;中雨日数R20 mm和大雨日数R30 mm上升幅度明显高于小雨日数R10 mm。(2)全省降雨在空间分布上趋于极端化,极端降雨由东部沿海向西部递减,东部沿海地区未来极端降雨强度和频率相对其他地区增加明显;(3)RCP4.5和RCP8.5排放情景下极端降雨指数相对基准期的变化相似,相较之下,RCP4.5排放情景下降雨强度和频率增加更为明显,说明该情景下发生极端降雨事件的概率更大。     

城市河流水体污染变化特征及其对降雨的响应关系——以新凤河流域为例

降雨径流携带的非点源污染是驱动河流水体污染变化的主要自然要素,其中降雨对河流水污染的非线性影响机制一直是水文与环境交叉学科研究的难点,降雨强度的大小对污染物排放的影响存在显著差异。新凤河是中国首都北京市的重要生态廊道之一,河道水质受降雨影响剧烈,为了探索降雨对城市河流水体污染变化特征的影响,本研究基于北京市典型黑臭水体新凤河出口断面2015-2019年长序列水质和降雨资料,分析了水质变化及其对降雨的响应关系和不同降雨强度下的污染输出特征,科学阐明了不同降雨强度下的河流污染非线性响应规律。结果表明：(1)流域出口水质由劣Ⅴ类改善到Ⅲ～Ⅳ类,拐点出现在2017-2018年,其与降雨的相关关系直接反映了流域污染由点源主控变为非点源主控;(2)COD、氨氮和TP平均浓度在中雨和大雨强度下较高,暴雨和特大暴雨中较低,随着降雨强度的增大,组分浓度先上升后下降;(3)不同降雨强度下的降雨量与水质浓度呈现显著的二次函数关系,水质变化取决于降雨起稀释作用或冲刷作用。研究旨在从学术上揭示城市型河流污染物与流域气象要素的响应关系,为其他城市河流的非点源污染防治提出科学参考。     

清江宜都段不同水文及土地利用情景下非点源污染研究

运用美国农业部开发的分布式水文模型SWAT,分析研究了清江宜都段在不同水文年、现状和2020年规划两种土地利用情景下的径流量和污染负荷。结果表明:1研究区域产水量由上游向下游递减,污染负荷产量的分布同产水量分布类似;2径流、总氮、总磷和降雨量有着直接的关系,随着降雨量的减少而减少;3在以退耕还林和城镇扩张为主要特点的2020年规划土地利用情景下,各乡镇所在子流域的产水量、有机氮、有机磷平均分别减少了2.5%、9.1%和20.3%;4对降雨和土地利用变化引起的流域水文变化进行对比,发现不论在年尺度还是月尺度下,降雨量变化对径流量、总磷、总氮的贡献率要比土地利用的变化大得多。     

覆膜和降雨强度对玉米耗水过程及土壤水分入渗的影响

【目的】研究农田作物生长过程中,覆膜和降雨特征等因素对玉米耗水过程和土壤入渗产生影响。【方法】根据北京地区典型年降雨量设计和模拟春玉米生育期降雨过程,利用群集式测坑和挡雨棚及附设人工降雨装置,开展了不同地表覆盖条件下降雨强度对玉米耗水及水分利用效率的影响研究。降雨强度包括小雨强0.5 mm/min和大雨强1.5 mm/min,覆盖和种植条件包括膜下滴灌(MDI)、地面滴灌(SDI)和对照无作物种植(NP)。【结果】①MDI处理水分利用效率较SDI处理高13.5%。与SDI处理相比,MDI处理作物耗水量减小了40.6 mm,覆膜主要提高20～60 cm土层储水量。②大雨强条件下土壤深层渗漏量增多了3.4%～15.6%;降雨和灌溉对土壤水分影响深度主要为0～150 cm土层,相对于SDI处理,MDI和NP处理土壤储水量大大增加。③小雨强时表层0～20cm土壤入渗NP处理最快,大雨强时MDI处理入渗最快。作物根区40 cm深度处,小雨强时MDI处理的土壤水分最快达到峰值,而大雨强时NP处理最快达到峰值。60 cm深度处不同覆盖条件下在2种雨强时土壤水分变化速率一致,达到峰值速率表现为NP处理>MDI处理>SDI处理。【结论】覆膜具有较好的节水增产效应;降雨强度越大,土壤水分下渗越快;相同降雨量时小雨强降雨更有利于土壤水存储。不同的降雨强度对土壤水分入渗和再分布影响不同。研究结果可为雨水资源的合理利用从而提高农田水分利用效率提供理论依据。     

黄土高原雨水资源化潜力与时空分布特征

为了缓解黄土高原干旱缺水与水土流失并存的现状,基于可变下渗容量模型计算了整个黄土高原近40 a逐月雨水资源化潜力,并对各分区可利用潜力大小、构成及其时空变化特征进行了对比分析.结果表明:黄土高原可利用雨水资源化潜力总量较为可观;土壤有效水是雨水资源化潜力的主要组成部分;雨水资源化潜力较丰富的黄河河龙区间、泾洛渭流域和汾河-伊洛沁河流域,其地表径流占雨水资源化潜力比例相对较高,该区域同时又是黄河泥沙主要来源地,可重点研发和应用降雨径流汇集、蓄存和集雨补灌等技术,以达到合理调控利用地表径流、减缓水土流失的双重目的;近40 a各分区雨水资源化潜力均呈现出略微下降趋势,但该趋势并不显著;黄土高原雨水资源化潜力空间上呈由东南向西北递减趋势,可利用潜力较大的区域主要分布在黄河中游地区.