潮白河流域径流对降雨的多尺度响应

为揭示不同空间尺度上,径流对降雨的响应以及降雨对不同时期径流变化的影响程度,采用泰森多边形法,计算潮白河流域及其各个子流域的平均年降水量,并应用Mann-Kendall趋势检验,计算潮白河流域1957-2001年的径流突变点和变化趋势,使用回归分析来计算降水-径流之间影响关系的强弱.结果表明:在于不同尺度的子流域年径流变化在波动的幅度和平稳程度上具有差异,但差异并不明显.从整体趋势上看,径流在1960-1970年之间,呈现显著下降趋势,而在1990年之后,则有所回升;而在1970-1980年期间,呈现一定的波动性,变化趋势不明显.径流对降雨的多尺度回归结果显示,随着流域尺度的增大,降雨-径流的关系逐渐减弱.在较小尺度的流域,降雨与径流的联系更加紧密,气候因素在小尺度流域对径流的影响更为突出;而在大尺度的流域中,影响径流的因素则更为复杂,降雨量变化并不能很好的解释径流量的改变.此外,在不同时期降雨-径流关系仍然存在一定的差异性.径流变化处于平稳期与上升期时,对降雨响应更强,径流的下降,则受雨量变化影响较小,受其他气候因素与土地利用因素影响更多.一般认为,人类活动和气候变化是影响径流的两个因素,综合本文分析,在较大尺度流域和径流下降的时期,人类活动对径流的影响更加显著.因此,为保证潮白河流域及其子流域的产流量,对人类活动的有效管理,如优化土地利用,合理水资源配置等是必不可少的.     

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。     

全球气候变化对泾河流域径流和输沙量的潜在影响

 全球气候变化对水循环产生巨大影响,而降水特征的变化因区域的不同有较大差异,这些变化对河流径流、泥沙及区域水土流失具有重要影响。以1961—2006年泾河流域降水、径流和输沙量等资料为基础,建立降水和径流、径流和输沙量之间的统计关系。通过5个大气环流模式(HadCM3、CGCM2、CSIRO-Mk2、ECHAM4和GFDL)对泾河流域未来不同时期(2010—2039年、2040—2069年和2070—2099年)的降水量进行模拟,进而根据统计关系计算出未来不同时期该流域的径流、输沙量。结果表明:不同大气环流模式对该流域降水量模拟结果不同,导致未来气候条件下径流和输沙量的预测也存在一定差异。比较IPCC排放情景中的A2、B2气候情景发现,在A2情景下径流和输沙量响应更为强烈。与近期实测资料(1961—2006年)相比,未来(2010—2099年)泾河流域降水、径流和输沙量的变化范围分别为-5.53%～31.65%、-9.26%～53.44%和-11.13%～64.59%,平均增加11.69%、19.78%和23.94%。研究结果对未来黄土高原水土保持规划和治理策略的制订具有指导意义。     

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。     

气候变化与人类活动对闽江流域径流变化的影响

定量分析气候变化和人类活动对径流的影响是探究径流演变机制及水土流失防控的关键之一.采用Trendfree prewhitening MK检验法分析闽江干流及3大子流域1960-2010年径流和气象要素的变化特征,并将经验判别法和气候弹性系数法相结合,分析气候变化和人类活动对闽江流域径流变化的影响.结果表明:闽江流域的年径流、降雨量总体呈上升趋势,潜在蒸发量则为下降趋势,且在20世纪70年代初发生突变;闽江干流和3大子流域的气候变化导致径流增加,其中降雨量的增加和潜在蒸发量的减少是主要原因,而人类活动主要起减流的作用;干流和3大子流域气候变化对径流变化的贡献率高于人类活动,仅21世纪初建溪流域和沙溪流域除外.可见,气候变化是闽江流域径流增加的主要原因,但人类活动的影响不容忽视.     

滦河流域气候变化与人类活动对径流的影响

以滦河流域为研究区域,应用敏感性分析和双累积曲线法分析气候变化和人类活动对研究区径流变化的影响。结果表明:研究区流域径流存在明显的下降趋势,与基准期(1956—1979年)相比,变化期(1980—2013年)径流量减少了52.59mm(50.43%);滦河流域径流对降水的敏感性系数Q/P为0.336 1,对潜在蒸散发的敏感性系数Q/E_0为-0.123 5,气候变化影响量为22.23mm;滦河流域径流变化过程中,人类活动影响量为32.07mm,其贡献率为57.26%,远大于气候变化的影响39.69%,人类活动的影响是导致滦河流域径流减少的主要因素。     

延河流域径流过程对气候变化及人类活动的响应

在全球气候变暖背景下,关注流域水文与气象要素的变化尤为必要.为了揭示气候变化及人类活动对延河流域径流的影响程度,本文运用Mann-Kendall方法和重标极差法,分析流域径流深、降水和气温等要素在1955-2012年间的变化;利用Pettitt突变检验,识别出径流的突变年份,并采用水文敏感性分析方法,定量区分气象因素和人类活动对延河流域径流变化的贡献.结果表明:1955-2012年,延河流域降水减少89.4 mm,气温升高2.15℃,径流深减少17.3 mm,呈现暖干化趋势.径流突变发生在1996年,与1955-1995年相比,1996-2012年的年平均径流深减少11.7 mm;其中人类活动对径流减少的贡献率为56％.研究阐明延河流域气候有暖干化的趋势,且人类活动作用在径流减少中所占比重较大,并对该区水资源合理利用与管理具有较好的指导意义.     

黄土高原泾河流域气候和土地利用变化对径流产沙的影响

研究黄土高原流域水沙对气候和土地利用变化的响应机理,对生态调控决策制定及区域水土保持措施优化配置具有重要意义。以黄土高原泾河流域为研究对象,采用Mann-Kendall检验、累积距平和双累积曲线等方法,定量分析了流域近40年降水、径流和输沙的演变规律及土地利用变化特征,探讨了流域气候和土地利用变化对流域水沙量的影响。结果表明:（1）泾河流域径流深和输沙模数年际均呈显著下降趋势,在20世纪80,90年代尤为明显;（2）泾河流域土地利用结构发生了重大变化,具体表现为坡耕地向梯田的转换、耕地向林地草地的转换和沙地裸地向草地灌丛的转换;（3）人类活动影响下的土地利用变化对径流泥沙贡献率分别为82.90%,94.10%,气候因素影响很小。     

城市化条件下的秦淮河流域径流多时间尺度变化特征及影响因素

[目的]探究城市化条件下的秦淮河流域径流多时间尺度变化特征及其内在联系,为定量分析气候变化和人类活动对流域水文循环演变研究提供科学依据。[方法]以秦淮河流域为研究区,基于1986—2015年水文气象资料和不透水面数据,采用Mann-Kendall趋势检验和Pettitt突变检验方法,分析秦淮河流域多时间尺度降雨和径流的变化特征,并通过建立广义可加模型GAMLSS,分析降雨和流域不透水面变化对不同时间尺度径流变化的影响。[结果](1)秦淮河流域不透水面在30 a间扩展迅速,从1988年的3.09%扩展至2015年的24.01%,增长了近8倍。(2)不同时间尺度下径流序列变化特征不同,其中年径流序列增加趋势显著,并在2001年发生突变。(3)不透水面对小洪水的影响较大。对于相同的时间尺度,一般情况下,流量小的径流序列受不透水面影响较大;对不同时间尺度,不透水面具有累积效应,随着时间尺度增大,不透水面对径流的影响增强。[结论]秦淮河流域城市化进程不断加快,不透水面扩张对不同时间尺度径流影响程度不同。     

基于SWAT的西苕溪流域降雨一径流关系及水量平衡分析

以SWAT模型为工具,对太湖西苕溪流域进行了径流模拟,采用1988—2001年范家村水文站逐日、逐月实测径流资料对模型进行了参数率定和模型验证,效率系数均大于0.88,径流相对误差均小于4%。在此基础上,重点分析了西苕溪流域的降雨—径流关系和水量平衡。结果表明,研究时段内西苕溪流域降雨—径流关系变化不明显;西苕溪流域的降雨年际分布不均匀;受降雨影响,雨季月径流量和洪峰值均有缓慢上升的趋势。水量平衡分析表明,河道径流、蒸散发、地下水补给量分别占降雨量的54.1%,45.8%,17.3%。     

河龙区间水沙变化特点及减水减沙量分析

研究计算了河口镇—龙门区间水土保持治理后和近期的降雨、天然径流量、实测水沙量以及降雨径流关系、水沙关系的变化。结果表明:各因子普遍减小,近期的减幅大于治理后;对于近期,降雨量的减幅最小,沙量的减幅最大;各因子的减少主要发生在汛期,更集中在主汛期;主汛期降雨径流关系未发生显著变化,而近期同样实测水量条件下沙量明显减少。根据水文法初步估算了各因素的减水减沙量,分析了降雨和人类活动因素对减水减沙的作用及其随研究时期的变化规律。     

近60年湘江流域水沙特性及其对人类活动的响应

湘江流域人类活动对湘江水沙变化具有显著影响。利用M-K次序法、Pettitt非参数检验法和双累积曲线法分析湘江干支流1953-2014年的年径流量、汛期径流量和非汛期径流量与输沙量的关系,并分析水土保持和水库建设等人类活动与水沙演变的关系。结果表明:1)湘江干支流水文站的年径流量、汛期径流量与输沙量的相关性强,且1990年后湘潭站径流量-输沙量的相关系数为0.83,而非汛期相关性较弱。1990年前,干流站点径流量和输沙量处于波动状态,1990年后干流站点径流量总体呈增加趋势,但输沙量呈减小趋势,且老埠头站的输沙量发生微幅突变。除个别站点之外,支流站点的径流量和输沙量发生突变的年份与变化规律均一致。2)水土保持以及水库建设对湘江流域的拦沙作用是输沙量减少的主要原因。相比支流,水土保持对湘江干流流域的输沙量减少影响更显著,水库建设与湘江干支流输沙量减少均密切相关。3)根据湘江流域输沙量突变点可划分A(1960-1987年)、B(1988-1996年)、C(1997-2013年)3个时期,在不考虑温度变化的影响下,以A时期1960-1987年为基准期,利用累积量斜率变化率比较法可知,相比基准期A时期,B、C时期水土保持和水库拦沙等人类活动对输沙量的减少的贡献率为88.58%和94.01%,人类活动为输沙量减小的主要因素。     

窟野河流域径流变化及人类活动对其的影响率

利用王道恒塔、温家川2个水文站的实测降水、径流资料,应用M—K秩相关系数、R/S分析、降水—径流双累积曲线法等多种数值模型方法,分析了窟野河径流年际变化特征、径流变化趋势、降水变化以及人类活动对径流变化的影响。结果表明:(1)窟野河流域多年径流变化呈下降趋势,20世纪末以来尤为明显。(2)王道恒塔和温家川2个水文站的Hurst指数分别为0.853和0.803,表明未来一段时间内窟野河年径流变化趋势将与过去保持同一势态,有持续递减的特征。(3)不同历史阶段,人类活动的剧烈程度不同,对径流量减少的影响亦不同。影响最剧烈的阶段为1997—2010年,该阶段人类活动对径流减少的影响所占比例在2个水文站分别高达80.48%和93.62%。人类活动的加剧是导致窟野河径流量锐减的主要原因。     

黄土高原小流域水土保持林空间配置对场降雨径流影响的模拟

合理的水土保持林空间配置是黄土高原植被恢复和水土保持功能持续提高的关键。在对HEC-HMS分布式水文模型参数进行率定的基础上,探讨该模型在黄土高原小流域中的适用性,模拟水土保持林覆被率以及水土保持林空间配置对场降雨径流的影响。结果表明：HEC-HMS分布式水文模型在黄土高原小流域中的应用效果良好,径流系数、洪峰流量均随森林植被覆盖率的增加而减少,随着水土保持林覆被率的提高,流域对高强度暴雨的调控能力将得到极大的提高;当水土保持林位于流域的上游、中游时,场降雨的径流量、洪峰流量均降低,水文调节效果较好。因此,在干旱的黄土高原应该适度造林,在小流域中配置水土保持林时,应该配置在上中游。     

黄土丘陵沟壑区吕二沟流域水沙关系变化分析

流域水沙关系的研究可为流域水土流失模型构建和水土保持效益评价提供科学依据。根据黄土丘陵沟壑区第三副区的吕二沟流域在1982--2010年间的74场次洪水事件水文泥沙数据,对降雨、径流和输沙的关系进行分析,并用Mann—Kendall法检验流域次洪水事件径流系数和平均含沙量的变化趋势和显著性。结果显示,降雨量和降雨历时是流域径流和输沙的主要影响因素,前期降雨量中前7天降雨量与径流系数的相关性最显著。吕二沟流域具有较好的水沙关系。通过Mann．Kendall法检验得到1985年8月24日发生的洪水事件是流域径流系数时间序列的突变点,突变点之后径流系数呈显著减小趋势,植被覆盖面积的增加是流域降雨一径流关系发生变化的主要原因。流域次洪水事件平均含沙量时间序列没有发生显著变化,表明以植物措施为主的水土流失综合治理没有显著影响吕二沟流域的水沙关系。     

基于耦合协调度的大理河流域径流和输沙关系分析

深入研究流域水沙关系变化是解决黄河流域高质量发展关键问题的重要科学途径之一。自20世纪50年代以来,黄河中游地区实施了大规模的水土保持工程,径流和输沙显著减少,水沙关系发生变化。该研究利用Mann-Kendall趋势检验法分析了1960—2015年来大理河流域的径流输沙变化趋势,并构建基于耦合协调度理论和Pettitt检验方法的径流输沙关系变异诊断方法,识别大理河流域径流和输沙关系的突变点,并通过Copula方法进行验证。结果表明:1)大理河流域径流输沙在月尺度和年尺度呈现显著的下降趋势;2)大理河流域径流和输沙关系在1996年发生显著突变;3)径流输沙关系发生突变后,径流和输沙均明显减少,输沙的减少幅度比径流的减少幅度高29.19个百分点,径流对输沙贡献程度下降幅度为5.10%,单位径流的输沙能力降低;4)淤地坝建设和植被恢复是造成大理河流域水沙变化的主要因素,修建淤地坝和恢复植被对减少泥沙具有积极作用。研究成果可以为进一步深化理解大理河流域水沙关系变化以及水土流失治理提供依据。     

孤山川流域1980s以来次降雨-产流-产沙变化

[目的]研究入黄支流降雨—径流—产沙变化规律,揭示黄河水沙变化成因。[方法]获取孤山川流域1985—2010年115场降雨事件数据,运用径流系数、产沙系数和弹性系数指标,分析孤山川流域近30年降雨—产流—产沙变化。[结果](1)与1980s相比,1990s的降雨多为短历时、弱雨强类型,2000s的降雨多为长历时、中雨强类型;2000s的降雨—产流能力和降雨—产沙能力减小最为突出,其平均径流系数、平均产沙系数分别约为1980s的50%和23%。(2)1980s—1990s降雨—产流弹性系数和降雨—产沙弹性系数分别为0.13,4.21;1980s—2000s降雨—产流弹性系数和降雨—产沙弹性系数分别为1.73,6.19。(3)径流系数与林草面积比、植被盖度、梯田面积比和骨干坝控制面积比的相关系数分别为-0.662 3,-0.911 4,-0.801 0和-0.821 4,产沙系数与林草面积比、植被盖度、梯田面积比和骨干坝控制面积比的相关系数分别为-0.887 7,-0.998 5,-0.962 9和-0.971 7。[结论]1980s以来,孤山川流域的降雨—产流能力和降雨—产沙能力发生明显变化,尤其2000年后的变化最为突出;降雨—产沙能力比降雨—产流能力对雨强变化更为敏感;植被盖度变化是下垫面因素中影响孤山川流域产流产沙能力变化的主要原因。     

泾河流域高含沙水流的尺度效应研究

基于泾河流域1965—2014年5—9月的逐日降雨量、逐日径流量和逐日含沙量数据,选取日含沙量≥100kg/m3作为高含沙水流,分析了泾河高含沙水流的空间特征及其变化,并参考降雨量探讨变化成因。结果表明,研究期内泾河流域的高含沙水流变化可以分为3个阶段:1965—1978年为多发期,1979—1990年为略微减少期,2006—2014年为显著减少期。将泾河流域分为南北两个分支,高含沙水流具有明显的尺度效应,北支的产沙模数随流域面积增加而减少,产流模数随流域面积增加而增加,南支的产沙模数随流域面积增加而增加,产流模数也随流域面积增加而增加。南北两个分支的产流模数和产沙模数在3个阶段经历了相似的变化,先是1979—1990年略微减少,之后在2006—2014年显著减少,使最初的复杂尺度效应转变为后期简单的线性尺度效应。分析结果说明泾河流域内部各区域在水土保持措施长期实施下高含沙水流均得到有效控制。     

宁夏清水河流域近60年降水量及入黄沙量变化

为了揭示黄河上游水沙变化成因,根据清水河流域的降雨、径流、输沙等实测资料,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、“水文法”、“水保法”等方法,分析了不同时段降雨特征值及入黄沙量的变化情况及沙量变化成因。结果表明:1958-2015年,年雨量、汛期雨量、主汛期雨量未发生显著变化及突变;流域控制站泉眼山的多年平均沙量为0.248亿t,1990-1999年来沙量最大,2010-2015年来沙显著减少;流域人类活动减沙量随时间呈先减小后增大的趋势,主要与下垫面的水利水保工程建设及流域坡面治理密切相关;2000年以来,流域水土保持坡面措施及淤地坝数量大幅增加,减沙效益日益显著,其中2010-2015年流域面上的水土保持措施减沙量为733万t,减沙贡献率达12%。清水河近期入黄沙量减少的主要原因是人类活动导致的下垫面变化,流域自2000年起逐步加大水土流失治理力度,2010年以来减沙效益显著增加。     

黄土高原昕水河流域径流变化归因定量分析

近几十年来,黄土高原昕水河流域实测径流量减少显著,对区域生态环境及用水安全造成严重影响。采用水文模拟途径,还原了天然径流量系列,在此基础上,定量评估了气候要素和水土保持等人类活动对河川径流量的影响。结果表明,考虑融雪过程的水量平衡模型对昕水河流域径流量具有较好的模拟效果,率定期及检验期Nash-Sutcliffe确定性系数均在70%以上,模拟的相对误差也小于3%。径流量系列自1966年发生了较为明显的变化,1966—2010年流域径流量深较前期减少29.2 mm,其中,包括流域水土保持措施的人类活动对河川径流量变化的影响约站49.3%,气候要素变化的影响略微偏高,约占50.7%。因此,在未来流域治理及生态文明建设中,气候要素变化对流域水文水资源的影响必须引起足够的重视。