渭河干流中段近50a径流极值变化特征分析

利用渭河干流咸阳水文站1960-2010年实测日流量资料,采用坎德尔(Kendall)秩次相关检验法、小波变换和R/S分析法,对渭河中段汛期与非汛期径流极值的趋势性、周期性及其持续性进行了分析与预测。并定义了极端径流事件阈值,对该河段历年极端事件的演变特征进行了分析。结果表明:近50a来,渭河干流中段径流最大值和最小值均呈显著减小趋势,Hurst指数均大于0.5,表明该趋势在未来一段时间内具有持续性。非汛期极端事件主要集中在1、2、3月份,极端事件强度呈增加趋势;汛期极端事件主要集中在9、10月份,极端事件强度呈减小趋势。     

夏玉米生育期内极端气候事件时空演变特征分析北大核心

基于黄淮海地区107个气象站点历史气象观测数据,以及耦合模式第六次比较计划(CMIP6)中11个全球气候模式(GCM)两种情景(SSP2-4.5和SSP5-8.5)下气温和降水逐日数据,分析了未来两个时期(2021-2050年和2051-2080年)夏玉米生育期内高温热害和暴雨的时空演变特征。结果表明:基于分位数的偏差校正方法能有效消除气候模式中存在的系统性偏差。SSP2-4.5情景下夏玉米生育期内多模式平均最高温度在未来两个时期将分别增加1.38℃和2.52℃,而SSP5-8.5情景下将增加1.76℃和3.58℃。与此同时,SSP2-4.5情景下日最高温度超过35℃的积温(Killing Degree Days,KDD)在未来两个时期将分别增加16.4℃·d和41.3℃·d,而SSP5-8.5情景下将增加23.1℃·d和75.8℃·d,其中河南省增加幅度最为突出。SSP2-4.5情景下夏玉米生育期内多模式平均降水量将分别增加12.27 mm和26.39 mm,而SSP5-8.5情景下将增加9.86 mm和39.54 mm。大于50 mm的暴雨天数同样呈增加趋势,在SSP2-4.5情景下未来两个时期将分别增加0.09 d和0.18 d,而SSP5-8.5情景下将增加0.07 d和0.29 d。     

太湖流域西苕溪1972-2008年径流量变化趋势与原因分析

西苕溪是太湖的主要入湖河流之一,也是流域主要的水源地,对支持太湖地区的经济社会发展具有重要意义。根据径流量时间序列资料,分析了西苕溪径流特征值,应用Mann-Kendall法分析了径流量的变化趋势,并定量分析了人类活动和气候变化两个要素对径流量变化的影响。结果表明:西苕溪径流量年际、年内变化较大,年际变差系数Cv最大达到0.38;径流量以汛期径流为主,汛期径流比例占全年最高达到90%;M-K趋势检验结果显示1972年以来,西苕溪上游和中游径流量有显著的下降的趋势,下降主要集中于汛期,非汛期径流变化不显著,年代分析则表明1980年以来径流量下降显著;在径流量的年内分配方面,汛期径流量所占比例有下降趋势。最后,分析了影响西苕溪径流变化的主要因素,发现降雨量的变化是西苕溪径流量减少的主要影响因素,1980-2008年降雨量变化对径流量减少贡献率占90%。     

近55年来气候变化和人类活动对增江径流变化影响的定量研究

为探讨增江流域径流的变化特征及其对气候变化和人类活动的响应,选取1960-2015年河流实测径流量进行计算和分析。结果表明:56 a年来,增江流域径流总体呈微弱增加趋势,每10 a增加0.6 mm,1960s径流量最少,2000s的径流量最多,1960-1972年为枯水期,1972-1984年为丰水期,1984-1991年为枯水期,此后至今一直为平水期。增江流域具有明显的丰枯季节变化,汛期流量占年径流总量的80%,径流总体呈明显的不对称双峰型,最大峰值出现在6月份,而次峰都出现在8月,夏季Cv值最小,冬季丰枯振荡最为明显。域内气候增暖明显,降雨量增加,蒸发量减少,下垫面参数n减小,对径流的增加十分有利。径流对各因子的敏感度绝对值为:最低气温最高气温降水相对湿度太阳辐射LUCC风速。气候变化和人类活动的多年平均贡献率分别为51.1%、48.9%。1980s后人类活动对径流影响程度大幅增加,2000s后人类活动影响减少,趋于缓和,人类正在努力和自然处于一种和谐平衡关系。因此,人类活动对径流变化的影响不容忽视。     

气候变化对青藏高原陆地水储量的影响

陆地水储量是降水、蒸散发、径流及下渗等水文过程的综合反映，控制不同尺度的水文循环过程。分析青藏高原陆地水储量在长时间尺度上的变化情况，明晰气候变化产生的影响，可为认识青藏高原的水安全风险并制定相应的水资源管理措施提供科学参考。研究综合使用GRACE数据与ISI-MIP2b多模型数据，利用多模型权重法、Mann-Kendall趋势分析等方法分析了青藏高原1861-2005年与2006-2099年陆地水储量的时空变化情况，通过试验情景设计探究了气候变化对陆地水储量及地下水储量的影响。结果表明：(1)GRACE数据显示青藏高原陆地水储量在2002-2017年间呈减少趋势，水储量变化空间异质性强，高原南部呈减少趋势，北部呈增加趋势。(2)ISI-MIP2b模拟结果显示1861-2005年间青藏高原陆地水储量在工业革命前情景（PIC）与历史情景（HIST）下呈增加趋势，气候变化降低了陆地水储量的增加速率（0.50 km3/a），同时使高原东部及中部大部分地区的陆地水储量由PIC情景下的增加趋势变为减少趋势。(3)2006-2099年间，PIC情景下青藏高原陆地水储量呈增加趋势，RCP2.6、RC...     

基于多变量时间序列CAR模型研究

根据呼图壁河流域石门水文站1978-2011年的气温、降水及径流量资料,研究了呼图壁河流域近34年来径流量的变化趋势和突变特征,建立了基于多变量时间序列CAR(Controlled Auto-regressive)的径流预测模型,并应用该模型预测了未来不同气候变化情景下呼图壁河流域的年径流量。结果表明,呼图壁河流域年径流量、气温及降水量都呈现不同程度的增加趋势,其中年径流量在1987年发生明显突变,而年降水量和年均气温突变特征不明显;CAR模型在呼图壁河流域年径流量模拟的结果较好,平均相对误差为7.1%,达到了模型精度要求,说明该模型在呼图壁河流域有较高的适用性。在未来区域气候暖湿化背景下,对呼图壁河流域未来不同气候变化情景下的径流量进行预测,发现在降水和蒸发增加的情景下,呼图壁河年径流量均呈增加的趋势;在极端干旱条件下,径流量也表现出增加的趋势。该研究对流域水资源的合理利用与综合管理具有重要意义。     

汉江上游流域水文循环过程对气候变化的响应

气候变化对水资源的时空格局及水循环产生了不同程度的影响。以汉江上游流域为例,采用线性回归法、Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了1961-2013年的水文气象要素变化特征;构建了分布式时变增益模型(DTVGM),验证了模型在该流域的适用性;根据CMIP5多模式集合平均的结果,分析了RCP4.5和RCP8.5情景下2011-2099年的降水、气温及径流的响应过程。结果表明,1961-2013年汉江上游流域年降水量随时间缓慢减少,气温显著上升,年均径流量显著减少;在两种气候情景下,未来该流域降水量较基准期有所增加,气温随时间将显著上升,径流量较基准期减少但是随时间呈现增加趋势。结果预示着在未来气候变化的情况下,汉江上游流域水文循环将受到较大影响,可能出现一定程度的水资源短缺。     

西江流域干支流水沙时空分布变化分析

采用南宁、贵港、大湟江口、梧州和高要站近60年的实测径流量和输沙量系列,从沿程变化、年际变化和年内变化三个方面分析了西江流域干支流水沙时空分布变化。结果表明:西江流域水沙主要来源于西江干流,各站年径流量、年输沙量基本随里程增加而增大;年径流量、年输沙量整体呈下降趋势,且干流浔江、西江河段下降趋势程度大于支流郁江河段,各站年径流量年代间基本呈“枯-丰-枯-丰-枯”变化,大湟江口、梧州和高要站年输沙量年代间呈“低-高-低-高-低”变化;西江流域干支流径流、输沙年内分配十分不均,大型水库建设均降低了径流、泥沙年内分配的不均匀性,使得汛期径流、泥沙占比均减低。     

三峡水库上游流域径流变化规律研究

以三峡水库上游六大干支流的九个控制断面为研究对象,针对不同长度径流系列,分析了径流统计参数、年内分配及丰枯变化规律;针对全年、消落期、汛期、蓄水期及枯水期五种分期,应用线性趋势线法和Kendall秩次检验法对径流进行了趋势分析,应用有序聚类法、滑动T及Mann-Kendall法对径流序列进行了突变分析。成果表明,宜昌断面消落期径流平稳、汛期径流有减少突变、蓄水期径流减少趋势显著、枯水期径流增加趋势明显,而汛期和蓄水期径流减小导致全流域总径流出现突变减小可能、且伴随逐渐减小趋势。经初步分析,造成这些变化的主要原因依次是流域气象要素变化、水利水电工程投入运行时充蓄死库容和水面蒸发等损耗增加、上游流域工农业用水量增加及水土保持和退耕还林等。研究成果可以为金沙江下游梯级、三峡梯级的水库综合优化调度提供参考。     

锦江水库对下游径流年际变化影响分析

基于仁化、长坝2个研究站点及参照站点犁市1958-2009年的日径流资料,分别采用滑动平均法和Mann-Kendall检验法定性与定量分析各站点径流年际变化趋势,再联合R/S分析法计算出Hurst指数评估趋势的持续性,最后用改进的Mann-Kendall法作突变点检验,以此来分析锦江水库对下游径流年际变化的影响。同时,分析研究区域的降水年际变化以印证水库对下游径流年际变化的影响。结果表明,建库后多年平均降水量增加,锦江下游多年平均径流量却减少;Mann-Kendall检验表明建库后锦江下游仁化段在汛期(4、5、6月)的月径流量年际间呈显著下降趋势,年径流总量虽成下降趋势,但Hurst指数显示这种趋势的持续性很弱;突变检验表明锦江下游年径流在2004-2008年期间发生突变。总体而言,锦江水库对锦江下游的影响程度要大于对干流浈江的影响。     

滇池流域气候变化及与水资源利用的关系

利用昆明站1953-2000年的逐日气象数据、滇池1961-2004年月平均水位流量、海口和蔡家村水文站1953-2005年逐月径流量及2000水平年的社会经济统计资料,采用Mann-Kendall方法分析了滇池流域近50年来的气候环境和农业用水变化趋势,Granger因果分析方法检验流域降水与径流的因果关系。研究结果表明:①滇池流域内气温升高,日照时数、相对湿度和平均风速降低,降水量略微增加;年均ET0显著降低,在1990年前后发生由减少到增加的转折变化;干湿指数为雨季增加、枯季显著降低;水稻灌溉定额和农业综合灌溉定额都呈减少趋势。②在1-3、8、9月份出现"蒸发悖论"现象,蒸发量与降水量之间的变化趋势存在"逆向关系"的时段为1-3、9、10、12等月份。③昆明站年降水与蔡家村站年径流无因果关系,但与海口站年径流在10%的检验水平上存在因果关系;在年度、枯季及汛期,海口站年径流与下游的蔡家村站年径流都存在明显的因果关系。④滇池出湖径流变化与流域内降水的不一致性,反映出全球气候变化已对滇池流域的水资源利用产生了影响,但滇池水生态环境的修复治理仍须立足于全社会节约用水、城市截污和污水资源化、水源地保护、外流域引水等措施。     

基于统计降尺度的长春市未来气候变化趋势分析

应用统计降尺度模型SDSM（Statistical Downscaling Model）,对GCM输出序列进行降尺度处理,生成长春市未来气候变化情景,并利用线性趋势、滑动平均、Mann-Kendall趋势分析等方法分析对2020s（2010-2039年）、2050s（2040-2069年）和2080s（2070-2099年）3个时期的气温和降水的变化特征进行了分析。模拟结果表明,验证期（1976-1990年）内,长春市月平均日最高气温的实测值和模拟值拟合的很好,SDSM模型能够较好的模拟生成长春市未来气候变化情景。与基准期相比,2020s,2050s和2080s最高气温平均分别上升1.67℃、3.44℃、5.65℃,最低气温平均分别上升1.07℃、2.68℃、4.69℃,平均日气温倾向率变化为0.63℃/10年;年降雨量也呈增加趋势,倾向率变化为11mm/10年;研究区未来气温和降雨量年内变化情况呈现不均匀性,春季降水量呈下降趋势,夏季降雨量呈现显著增加趋势,倾向率变化为12.7mm/10年,且相对于其他季节,夏季对全年降雨量的增加贡献最大,秋季降雨变化不显著,冬季增加趋势较平稳;与其他各季相比,气温在夏季的增幅最显著。分析成果为进一步研究未来气候变化情境下长春市水资源状况提供理论基础。     

新疆和田河径流演变特征及其影响因素分析

【目的】研究和田河径流演变特征及其影响因素。【方法】采用M-K检验、Pettitt突变检验、Morlet小波分析等方法,分析径流及影响因素的变化趋势、突变特征及周期规律。在确定影响因素与径流的相关性基础上,建立了影响因素与径流的多元线性方程及神经网络模型,定量分析了气候因素与人类活动对径流变化的贡献水平。【结果】玉龙喀什河径流表现出增加趋势,喀拉喀什河径流呈减少趋势,突变年份为2009、2004年,在40~55 a尺度下的玉龙喀什河与33~55 a尺度下的喀拉喀什河都经历2个枯-丰变换周期。玉龙喀什河、喀拉喀什河降水量都呈显著增加趋势,突变年份均为2001年,两河降水同时展现出3次偏多-偏少交替。年均气温呈显著性增加,在1984年发生突变,气温经过2个冷-暖变换周期。玉龙喀什河与喀拉喀什河径流变化的主要影响因素为气候变化,人类活动影响较小,气候变化对径流的贡献率分别为84.06%和72.51%,而人类活动的贡献率为15.94%和27.49%。【结论】玉龙喀什河和喀拉喀什河在40~55、33~55 a尺度下由丰水期转为枯水期,玉龙喀什河和喀拉喀什河流域降水未来为少水期,和田河流域气温在40~50 a尺度下处于偏暖阶段。喀拉喀什河突变点与乌鲁瓦提水库的修建有关,降水和气温发生突变时间于西北地区气候转变相一致。气温因素是径流补给的主要影响成分,气候变化为径流变化的主要因素。     

汾河上游径流演变特征及其驱动力

基于汾河上游兰村站1956-2000年径流数据,采用累积距平、M-K趋势检验、有序聚类、EMD分解和双累积曲线等方法,探讨了径流的年内分布和年际变化特征,定量分析了降水和人类活动对径流的影响率,进一步研究了径流对太阳活动和ENSO循环的响应。结果表明:1汾河上游径流年内分布极不均匀。径流年际变化呈显著减少趋势,经历了丰枯两个阶段,并在1970年发生突变。年径流具有准2~4年等周期。21970年前径流主要受降水影响,1970年后人类活动对径流减少贡献最大,降水次之。3厄尔尼诺发生年径流减少,结束年增加;拉尼娜发生年径流增加,结束年减少。两事件主要影响夏季和秋季的径流。太阳活动和径流丰枯有很好的响应关系。     

径流条件下坡耕地侵蚀规律的研究

为确定径流条件下坡耕地的侵蚀规律,采用不同流量对10°及15°坡的坡耕地进行径流冲刷试验。试验结果表明:坡面土壤的产流量、产沙量随流量、坡度的增大而增加,但增加幅度不同,流量及坡度越小,坡面的减流减沙效应越显著;相同流量、相同坡度下,产流量呈先增加后趋于平稳的趋势,产沙量呈先增加后减少最后趋于稳定的趋势。     

江江河流域降雨径流关系变化及其影响因素分析

以海河流域黑龙港运东地区内的江江河为典型研究区域,通过计算产流面积上的降雨径流关系得出相同降雨量情况下,20世纪80年代后的产流量明显小于80年代前的产流量。并对降雨因素、包气带厚度和灌溉面积等对径流的影响进行了分析。结果表明,区内年降雨量和汛期降雨量均呈不显著的减小趋势,可能是该区域径流量减小的原因之一;地下水埋深增大,包气带厚度增加,致使地下土层的有效储水空间增大,是导致该区域径流量减小的一个主要因素;有效灌溉面积的增加,土地平整化及方格化,也是导致80年代后径流量减小的因素。     

塘堰调控对未来气候变化下典型灌区氮负荷排放的影响

基于SWAT模型建立了适用于漳河灌区杨树垱小流域水量平衡和面源污染模拟分布式水文模型,利用模型模拟分析了未来气候变化对灌区氮负荷排放的影响,以及增加塘堰汇流面积对未来气候变化下氮负荷的调控作用。结果表明,未来气候情景下,灌区氮负荷排放量明显增加;增加塘堰汇流面积,灌区产流量减少,并且氮负荷排放量能与现状条件下的持平甚至减少。增加塘堰汇流面积是未来气候情景下提高灌区水肥利用效率,削减氮污染排放的有效措施;为使总氮排放负荷不增加,未来气候情景下研究区塘堰汇流面积的合理增幅为30%。     

土地利用/覆盖变化对横排头以上流域径流的影响研究

在实际调查基础上,本文以1980年、1990年和2000年土地利用资料和流域内1980~2009年水文资料为基本支撑,利用遥感和地理信息系统技术,分析淠河流域横排头以上地区土地利用变化对径流变化的影响。结果显示,在研究区域内,草地面积持续稳定增加,耕地、水域、城镇用地和未使用地面积持续减少,林地面积先由大量增加到基本维持稳定。20世纪80年代以来,土地利用变化在不同阶段都使得年平均径流量增加。在年内分配上,汛期内总径流和地面径流减少,枯水期内总径流增加,地面径流略有减少;基流在所有月份均增加,而在汛期内增加更为明显。     

鄱阳湖流域未来降水和气温变化模拟预测——基于SDSM统计降尺度方法

研究鄱阳湖流域的降水和气温变化为指导湖区防洪抗旱、保护生态、开发利用水资源和保证流域社会经济协调发展等具有重要作用。利用SDSM统计降尺度方法以及NCEP大尺度再分析数据对鄱阳湖流域降水和气温进行降尺度模拟,效果较好。利用全球气候模式HadCM3的输出,预测鄱阳湖流域在A2和B2情景下未来降水和气温变化。通过分析发现,未来降水相比基准年长期呈现整体减少趋势,而未来气温相比基准年长期呈现整体增加趋势,根据研究结果推论未来鄱阳湖径流可能会呈减少变化。     

资料匮乏地区径流降尺度模型构建及预测

基于贝叶斯神经网络,构建了资料匮乏地区的径流降尺度模型,模拟了叶尔羌河卡群站月平均径流,与BP神经网络的结果进行了对比,验证了BNN的优越性,并结合CMIP5三种气候模式GFDL_ESM2G,GFDL_ESM2M及MIROC5的RCP 4.5,RCP 6.0,RCP 8.5三种情景,对未来3个时段(2020年代,2050年代,2080年代)卡群站月平均径流进行了预测,并定量计算了预测的不确定性区间,研究表明:贝叶斯神经网络降尺度模型可以较好地捕捉叶尔羌河的径流特征,即相关系数达到0.9以上,效率系数达到0.8,且模拟效果比ANN较优;未来情景下,叶尔羌河流域受气温升高影响,3个时段年径流均呈现增加的趋势,增加幅度分别为75%~92%,83%~110%,88%~127%,其中RCP8.5情景下的径流增加幅度比其他情景较明显;不同月份径流存在不同程度的增加趋势,其中5-8月份变化趋势相对较明显。