海河流域水稻田氮磷地表径流流失特征初探

选取海河流域水稻田作为研究对象,在自然降雨条件下通过田间实测方法研究其氮磷元素地表径流流失特征。结果表明,氮磷元素流失率分别为0.7%和0.6%,流失负荷分别为4.77kg.hm-2和2.08kg.hm-2。在详细分析试验结果后,找出影响氮磷地表径流流失量的因素,其中颗粒态氮是农田径流流失的主要形式,并与径流量成明显正向相关,而磷素流失量则受施肥量和径流量双重影响,影响规律较氮素更为复杂,尚需进一步研究。进而得出结论：在北方干旱少雨的气候影响下,地表径流并非海河流域农田种植作物氮磷元素流失的首要途径。     

近50年泾河流域降雨-径流关系变化及驱动因素定量分析

为明确变化环境下流域降雨—径流关系变化特征,定量分析影响因素,该文提出利用滑动偏相关系数法诊断泾河流域降雨—径流关系变异情况,与双累积曲线法相互验证,引入Copula函数分析降雨-径流关系变化特征,在此基础上定量计算气候变化和人类活动对径流变化的影响。研究结果表明:泾河流域降雨—径流关系于1996年发生变异,主要由流域内持续增加的用水量以及大规模的水利水保工程致使的径流衰减性变化造成,降雨年际、年内变幅不明显;降雨-径流关系变异后(1997-2010年),相较1960-1996年,相同降雨条件下流域产流能力减弱,年降雨量≥400 mm时,产流量相对减幅达40%以上;降雨、径流联合分布发生明显变化,不同时段相同量级降雨、径流遭遇概率变化显著;1997-2010年与1960-1996年相比,人类活动对径流减少的贡献率达到80.96%,气候变化影响程度仅为19.04%。该研究可为合理进行流域水资源开发利用与水土保持工作等提供科学依据。     

海河流域降水径流对种植业非点源污染的影响分析

建立种植业非点源污染负荷函数,确定了种植业非点源污染负荷量的主要决定因素为降水径流,在此基础上,分析了海河流域降水径流的时空分布特征。自20世纪50年代至21世纪前8年,海河流域降水量呈现明显的逐年代下降趋势,累计下降16.5%;受降水量下降和人类活动的影响,径流量的下降幅度更大,累计下降64%。从地区分布来看,降水径流由太行山、燕山迎风坡分别向西北和东南减少。由于降水径流逐年减少,海河流域种植业非点源污染对水体污染的影响也将逐年下降。在一般的年份(除丰水年以外的年份),种植业非点源污染对水体污染的影响微乎其微;如果发生全流域洪涝灾害,种植业非点源污染对水体污染构成威胁。海河流域汛期易发生暴雨,在发生暴雨的局部地区,种植业非点源污染对水体污染构成局部威胁。徒骇马颊河平原是海河流域最重要的农作物种植区,单日降水量可达100 mm,为平原区最高,因而发生种植业非点源污染的可能性最大。     

1952-2008年延河流域降水与径流的变化趋势分析

利用延河流域控制站甘谷驿水文站流量实测数据及流域内5个县级气象站降水观测数据,分析了1952-2008年间甘谷驿水文站以上延河流域降水与径流的年内、年际变化特征,并运用滑动平均法、Mann-Kendall趋势检验法和Sen斜率估计法对延河流域降水、径流的变化趋势进行了分析。结果表明,延河流域汛期降水量和径流量分别占全年降水量和径流量的72%和64%。20世纪50年代至90年代,径流变化过程基本与降水过程一致,但到了21世纪初期,降水量呈先升后降的变化趋势,而径流量呈下降趋势。1952-2008年间流域降水量呈微弱的减少趋势,而冬季降水却以0.18mm/a的幅度显著递增。甘谷驿站汛期径流量以99.25万m3/a幅度显著降低。从径流的季节变化上来看,春季降低趋势不显著;夏秋两季径流分别以83.83万m3/a和26.16万m3/a的幅度显著减少;而冬季径流以15.62万m3/a的幅度显著增加。虽然相关分析表明降水变化与径流变化有较好的相关关系,但人类活动对径流的影响不容忽视。     

海河流域近40年来降水和气温变化趋势及其空间分布特征

采用常规线性统计与滑动平均分析方法并结合GIS技术,对海河流域40 a(1960-1999)来降水与气温长期变化趋势进行了分析,并探讨了流域降水与气温空间差异性.结果表明,40 a来海河流域年降水呈下降趋势,而气温则呈上升的趋势,流域降水年际变化较为明显,年降水量极值比为2.31,变差系数Cv值为0.18;流域气温年际变化不太明显,年均气温极值比为1.32,变差系数Cv值为0.06.流域降水与气温存在明显的地区差异,总的趋势是降水由太行山、燕山迎风区分别向西北和东南两侧减少,气温从东南向西北降低.     

大规模灌溉对海河流域气候影响模拟研究

为保障粮食安全,海河流域常年灌溉水量200亿m3以上,而大规模灌溉对区域气候产生显著影响,为揭示大规模灌溉的气候效应,该研究构建海河流域区域气候模式WRF(weather research and forecasting model),在WRF陆面模块中,开发灌溉精细化模拟的新方案,设计关闭灌溉的控制试验与开启灌溉的敏感性试验,模拟分析大规模灌溉对海河流域气候的影响。结果表明,灌溉使得海河流域潜热通量增加,显热通量减少,4—6月变幅最大。灌溉导致流域3—11月气温降低,其中4—6月降温最大,且空间上总体表现为灌溉量越多的地区降温越大,4—6月平原区降温0.64℃,子牙河平原与大清河淀西平原交界地带降温超过1.0℃。灌溉主要影响对流性降水,导致海河流域年降水增加6.07 mm,集中在4—6月,空间上主要在大清河流域与子牙河流域,其中大清河山区4—6月降水增加15～30 mm。灌溉改变近地表气象要素,使得流域参考作物蒸散发量减少,单位面积作物需水量降低。因此,大规模灌溉的气候效应在供需两侧支撑保障流域水安全,在一定程度上缓解流域水资源供需矛盾。研究可为水资源优化配置与水资源安全保障布局等提...     

滇池流域典型城郊降雨径流污染特征与排放过程

选择滇池流域典型城郊代表性的两个功能区——居民生活区和居民生活-集市混合区进行降雨径流监测,分析降雨径流污染特征及排放过程。结果表明,降雨地表径流中总氮浓度在2.18～29.40 mg·L-1,总磷浓度在0.18～3.90 mg·L-1,氨态氮浓度在0.87～18.48 mg·L-1,硝态氮浓度在0.02～3.64 mg·L-1, CODCr浓度在22.51～362.92 mg·L-1, TSS浓度在7.00～882.00 mg·L-1之间。降雨地表径流污染物浓度高于地表水Ⅴ类水环境质量标准。降雨径流中氮的主要污染物是氨态氮、颗粒态氮和溶解有机态氮,磷的主要污染物以颗粒态磷和PO3-4-P为主。降雨径流污染物浓度随降雨时间发生变化,开始产生径流时污染物浓度较高,之后随着雨强的平衡而趋于下降。降雨径流各污染物浓度是居民生活-集市混合区大于居民生活区,居民生活区径流大于屋面径流;次降雨径流污染物平均浓度（EMC）为居民生活-集市混合区普遍高于居民生活区。居民生活-集市混合区降雨径流EMC变化表现出更大的随机性。     

蔡家川流域降雨-径流关系及水量平衡分析

以晋西黄土区蔡家川流域为研究对象,利用该流域2004—2009年的降雨径流实测数据,采用多重比较和回归分析等统计方法,对降雨—径流关系及水量平衡进行了研究。结果表明,流域年耗水量占年降雨量的比例高达90%以上,是水循环过程中的重要支出项;流域年径流系数只有1.60%～2.66%;场降雨条件下径流量和洪峰流量随雨量P和最大60min雨强I60的量级具有明显的跳跃式变化,当P≥30mm时,径流量、洪峰流量分别是0～10mm雨量级的8.31,6.52倍,当I60≥20mm/h时,径流量、洪峰流量分别是0～10mm/h雨强级的3.35,16.87倍;对不同雨型下径流量、洪峰流量与降雨指标进行多元回归分析后得出,短历时高雨强的A型雨下雨强对洪峰流量的贡献率(47.12%)大于历时较长且雨强较大的B型雨(44.62%)和长历时低雨强的C型雨(32.51%),C型雨下雨量对径流量的贡献率(28.5%)大于A型雨(26.69%)和B型雨(3.15%)。     

滇池流域典型城郊降雨径流CODcr及TSS污染负荷及贡献

通过野外实地监测和室内分析,系统监测了滇池流域典型城郊排放污水CODcr和TSS通量,采用城市降雨径流污染负荷的计算方法估算了城郊降雨径流CODcr和TSS污染负荷,并分析了由降雨径流引起的CODcr和TSS污染负荷占总负荷中的比例.结果表明,滇池流域城郊人均排放CODcr和TSS污染负荷分别为9.58～10.57 kg/a和2.88～3.14 kg/a;滇池流域城郊由降雨径流引起的CODcr和TSS污染负荷分别为1.166～1.458 t/(hm2·a)和0.729～1.808 t/(hm2·a).全年由降雨径流引起的CODcr和TSS污染负荷分别占总污染负荷的10.96%～15.35%和25.73%～35.89%.控制降雨径流污染是缓解滇池流域城郊面源污染的途径之一.     

巴音沟河近60年出山口年径流量演变规律

对径流演变规律的研究是水资源合理利用、水利规划的前提。以新疆典型山溪河流巴音沟河黑山头水文站1956—2014年的年径流序列为基础,采用累积距平法、Mann-Kendall突变检验法、小波分析方法,对巴音沟河流域年径流量的变化趋势、突变特征、周期演变规律进行了研究。结果表明:(1)近60年来巴音沟河流域年径流量有缓慢上升趋势,并且呈现出一定的阶段性。(2)近60年来巴音沟河流域年径流量变化在1958—1960年和2003年两个时间段发生突变。1958—1960年是径流由多变少的突变时段,2003年是径流由少变多的突变时段。(3)巴音沟河流域年径流量主要存在7年,11年,30年的主周期,且30年时间尺度周期最明显,是河流的第一主周期。     

近55年来降水及人类活动对沅水流域径流的影响

[目的]开展降水和人类活动对沅水流域径流影响的定量研究及其成因分析,为该流域水资源开发利用提供科学依据。[方法]采用累计距平法以及滑动t检验法对沅水流域近55 a的降水量、径流量序列进行趋势分析和突变检验,采用双累积曲线法分别计算降水及人类活动对沅水流域径流量变化的贡献率。[结果]除安江站受人类活动影响较明显,其贡献量为60%外,在变异期Ⅰ(1989—2003年),降水对流域径流的影响量大于人类活动的贡献率;在变异期Ⅱ(2004—2014年),人类活动的贡献率大幅增加并逐步成为径流变化的主要驱动因素。[结论]近55 a来,人类活动因素对沅水流域径流量的影响不断增加,沅水流域下游受人类活动的影响贡献率的增幅最大。     

黄土高原清水河流域降水-径流的响应关系

宁夏清水河流域地处黄土高原干旱、半干旱地区,选取清水河流域出口泉眼山水文站及气象站1989—2019年逐日径流和降水数据,并通过Chapman-Maxwell法对清水河流域径流时间序列进行基流分割,并将基流分割的结果应用于径流事件的分离,来探究径流事件对降水的响应特征。结果表明：(1)宁夏清水河流域降水量、径流量和基流量整体上均呈现上升趋势,经Mann—Kendall检验未发现突变显著的时间点,日降雨量10 mm以下的降水呈现增加趋势,年内降水主要分布在5—9月,占比达81.72%。(2)基于日径流时间序列,在清水河流域近30年间共分离出58次径流事件。在旱季降水总量与降雨强度显著相关,在土壤湿度和流域内水量存储条件的影响下,干旱时期的径流过程对事件前期降水响应较为敏感;在雨季,降水总量和降水强度是径流量的主要影响因素。(3)土壤水分对径流事件特征的影响具有阈值的变化,当前10天降水量未达5 mm时,峰值流量对其响应敏感。     

平凉市纸坊沟小流域近50年径流对降水的响应分析

根据纸坊沟小流域1955—2002年降水、径流观测资料,采用时间序列分析法和统计回归分析法对降雨及径流的响应情况进行了分析,结果表明:降水量在年内分配不均,凸显单一峰值;降水在年际上呈平水年—干旱年—平水年（较丰水年）周期性变化;流域月径流变化基本与月降水量变化趋势相吻合,在同一周期中径流量峰值推后于降水量峰值一个时段,流域径流年变化幅度很大;径流深在季节分配上也有很大差异,主要集中在夏、秋季,占年总值的86.2%,而春、冬季仅占13.8%;径流距平值变化无论是季节上还是月度上均呈下降趋势;当年降水量增加或减小10%,20%,30%时,年径流深表现出分别增加或减少23.29%,46.59%,69.88%的正响应;随着时间的推移和流域治理程度的提高,流域径流量和径流深相应减小,径流深总体呈下降趋势。     

近45年来浏阳河流域极端降水变化

利用1969—2013年浏阳河流域12个雨量站的降水资料,结合百分位方法定义极端降水阈值,采用线性回归、滑动平均、Mann-Kendall检验、累积距平联合滑动t检验和Morlet小波分析等方法分析了极端降水指数的演变规律。结果表明:(1)极端降水量、极端降水强度、极端降水比率表现为上升趋势,10年上升率分别为7.3mm,9.5mm/d,0.3%,极端降水日数表现为下降趋势,下降率为-0.054d/10a。(2)极端降水量、极端降水强度分别在1991年、1992年存在明显突变,极端降水日数、极端降水比率突变不显著。(3)极端降水指数均存在7~8a,10~11a和25~27a的主周期,且丰枯交替变化明显。研究结果对于指导浏阳河流域的防洪减灾具有重要意义。     

近55年渭河流域气温演变规律分析

利用渭河流域16个气象站点1954-2008年近55a气象资料,采用线性回归、Mann-Kendall检验、Pettitt及Morlet小波分析等方法,对渭河流域年及各季节平均气温的变化趋势、突变特征和周期性等演变规律进行分析.结果表明,(1)在95％的置信区间下,渭河流域年及各季节平均气温均表现为显著上升趋势,其中冬季气温上升最显著.(2)多年平均气温空间分布存在不均衡性,年平均气温以西安站为中心向外呈辐射递减.(3)年及各季平均气温存在明显的突变点,1993年为该流域大的气温转折年.(4)流域气温变化存在多个特征时间尺度,其中年平均气温具有3、7、23和55a左右的主周期,以55a左右周期相位变化最显著.除夏季外,其余季节与年平均气温相位变化时间尺度大体一致.研究成果可为分析渭河流域气候变化及其未来气候预测提供参考.     

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。     

近40年塔里木河流域水沙演变及其空间分异特征

为探究塔里木河流域自然条件和人类活动改变造成的河流水沙变化,依据1980—2020年塔里木河干流阿拉尔站,源流玉龙喀什河控制水文站同古孜洛克站、叶尔羌河卡群站、阿克苏河新大河站和开都河焉耆站的实测径流和输沙资料,利用Mann-Kendall检验、Pearson相关性分析和Pettitt非参数检验等方法,分析了近40年塔里木河流域水沙演变及其空间分异特征。结果表明:在1980—2020年期间塔里木河流域同古孜洛克站、阿拉尔站、卡群站、焉耆站径流量显著增加,新大河站、同古孜洛克站、阿拉尔站径流量出现突变点,分别在1992年、1999年、2000年,突变后较突变前增长18.23%,18.10%,62.15%; 卡群站和同古孜洛克站的输沙量没有显著变化趋势,阿拉尔站、新大河站和焉耆站的输沙量都显著减少,突变点都在2001年,突变后较突变前降低36.73%,30.50%,68.31%。塔里木河水沙分布具有显著的空间差异,源流四站控制区的径流深存在南北空间上的差异,北部源于天山的阿克苏河和开都河径流深低于南部源于喀喇昆仑山的叶尔羌河和玉龙喀什河,从上游向下游输沙模数降低,径流主要受降雨和气温差距影响,而泥沙差异则是由于植被覆盖度变化。在上游三源流汇入干流的区间内,年平均消耗径流量98.21亿m³,径流深167.31 mm,淤积泥沙量4 424.15万t,淤积模数753.69 t/(km²·a)。对塔里木河四源一干径流泥沙实测数据的分析结果证明了塔里木河近期综合治理工程总体上取得了良好的生态环境效益。     

泾河流域径流-泥沙的尺度效应研究

[目的]分析泾河流域径流和泥沙的尺度效应,并通过突变检测确定突变时间点,对比突变前后水沙尺度效应的变化,为气候变化和人类活动对水沙尺度效应研究提供支持。[方法]收集整理了泾河流域1958—2013年的水沙资料,基于流域水沙异源的特性,将流域分成南北两个分支,分别探讨2条分支水沙的尺度效应,并通过Mann-Kendall突变检验方法计算出突变时间点,对比突变前后尺度效应的异同。[结果](1)南北两分支的径流—泥沙之间的尺度效应具有反向关系。北支(洪德—张家山)的产流模数随面积增加表现为线性增加,南支(三关口—张家山)的产流模数随面积增加表现出对数函数关系,随集水面积增大产流模数先快速减小后缓慢减小。北支的产沙模数随面积增加表现为线性减少,南支的产沙模数随面积增加表现出幂函数关系,即随面积增大产沙模数先快速增加后缓慢增加;(2)突变后水沙都比突变前出现了不同程度的减少,突变前后水沙的尺度效应大部分具有相同的拟合函数关系式,仅南支的产沙模数由突变前的最优二项式函数拟合转变为突变后的线性函数。[结论]气候变化和人类活动的共同作用不同程度的改变了泾河流域径流—泥沙的尺度效应。