黑河流域上游水沙变化特征及成因分析

[目的]研究黑河流域上游干流的水沙时空变化特征及其成因,为流域生态保护和水资源开发利用提供科学依据。[方法]选取黑河上游干流主要水文站近60a的实测径流、输沙及降雨资料,通过采用Mann-Kendall秩相关检验法、累积距平法和相关分析法,研究水沙变化特征及驱动因子。[结果]黑河上游干流径流量总体上从20世纪80年代以后呈增加趋势;输沙量从20世纪70年代开始呈不显著增加趋势,但莺落峡水文站输沙量从2001年开始呈显著下降趋势。[结论]降水增加是影响黑河上游径流量增多的重要原因;水土流失导致了札马什克站和祁连站输沙量的增加,而水库拦沙是莺落峡水文站输沙量显著减少的主要原因。     

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。     

变化环境下塔里木河径流变化及其影响因素分析

通过对塔里木河近50 a的年径流资料进行分析,得到变化环境下流域径流演变趋势,并从气候变化和人类活动两方面分因子探讨了其对径流变化过程的影响.研究结果表明,近50 a来塔里木河的径流过程发生了显著变化.源流出山口年径流量总体上呈增长趋势,特别是20世纪90年代以后,各源流普遍进入丰水期,但河流在出山口后,年径流量减少的趋势却趋于明显,且沿程递减幅度增大.从影响因素看,以气温上升和降水增加为特征的气候变化是源流径流量总体增长的主要影响因素,其中气温变化对流域蒸发的影响并不显著,但气温升高使冰川融水径流补给增长明显;降水增加对各源流径流变化的影响存在差异,可能与径流的补给类型有关.从流域整体看,人类活动是造成流域径流变化的主导性因素.水利工程的修建和水资源取用量增加极大地改变了流域的径流过程,塔里木河流域综合治理工程的实施对流域径流恢复产生了积极的正面影响.     

砚瓦川流域水沙演变特征及其驱动因素分析

为了探究降水变化和水土保持措施对黄土高原地区产流产沙的影响,选择我国水土流失最为严重的区域——甘肃省庆阳市的砚瓦川流域为研究区,对该流域1981—2012年的年降水量、年径流量和年输沙量进行趋势分析及突变检验,分析黄土高原沟壑区水土流失治理背景下流域水沙的演变规律,定量评价降水和水土保持措施对流域水沙变化的贡献程度。结果表明:在1981—2012年期间年降水量和年径流量均没有发生显著变化,而年输沙量呈现显著减少趋势,年径流量和年输沙量的突变时间分别在1996和1997年,具有很好的同步性。与基准期(1981—1996年)相比,变化期(1997—2012年)的年径流量和年输沙量分别减少了17.0%和76.0%,分析径流和输沙历时曲线发现流域丰水期和平水期的径流量逐时段减少,而枯水期径流量却持续增加,输沙量在整个时段则大幅度减少。该流域降水和水土保持措施对年径流减少的贡献率分别为-37.9%和137.9%,而对年输沙量减少的贡献率为-35.0%和135.0%,因此,水土保持措施的实施是该流域年径流量和年输沙量减少的主要原因。其中,植被措施(林地和草地)对径流影响显著,占径流减少总量的61.04%;工程措施(梯田和坝地)对产沙影响显著,占产沙减少总量的102.84%。研究结果表明,黄土高原地区水土流失治理已在区域尺度上表现出一定程度上削洪补枯和减少侵蚀产沙的水文效应特征。同时在水土保持措施建设过程中,合理配置植被措施和工程措施比例,充分发挥各项水土保持措施的优势,是开展适应性流域管理的关键。     

黄河上游主要干支流近期降水、径流统计特征变化分析

根据降水对径流的影响,利用假设统计检验法对黄河上游干流唐乃亥和支流洮河、湟水河、大通河四个流域——即刘家峡以上黄河主要干支流流域,近30年来的降雨径流变化趋势进行了分析与检验。为探讨流域蓄水特征和产流特征变化,考察总径流量变化趋势,分别对枯季径流、汛期径流、年径流及相应时段降水做了同步分析,并分区域探讨了降水和径流的变化趋势及其变化原因,得出黄河上游径流在这四个流域有减少的趋势,但程度各不相同的结论。湟水和大通河在降水和径流方面的变化均不显著,洮河流域降水减少最为明显,且下游减少最为厉害。在径流方面,洮河汛期径流量变化趋势不同于降水,人类用水量的行为已改变了径流序列的时程变化特性。唐乃亥降水特性有所变化,但更为突出的是枯季径流显著减少,对造成此现象的原因尚需进一步调查研究。     

降水和土地利用变化对罗玉沟流域水沙关系的影响

为探讨降水和土地利用变化对流域水沙关系的影响,以黄土高原丘陵沟壑区罗玉沟流域为研究区域,利用流域25年(1986—2010年)的年降水量、年径流量和年输沙量以及土地利用变化资料,分析罗玉沟流域水沙演变规律和水沙关系变化。结果表明:在1986—2010年罗玉沟流域年降水量和汛期降水量基本保持平稳,无明显的增减趋势,而流域年径流量和年输沙量整体呈波动递减的变化趋势,降水与径流相关分析得出,汛期产流产沙对流域年径流量和年输沙量影响最显著。对不同时期流域水沙变化分析,土地利用方式改变,主要是梯田、林草等水土保持措施,对于流域减水减沙作用有限,梯田和林草面积的增加并未明显改变流域水沙关系,淤地坝等工程措施对黄土高原丘陵沟壑区流域减水减沙具有重要作用。研究结果可为黄土丘陵沟壑区水土流失治理及水土保持措施布设提供理论依据。     

窟野河水沙变化及驱动力分析

利用窟野河入黄控制站——温家川水文站1956-2012年降雨、径流、洪水、泥沙实测资料,采用线性趋势分析、滑动平均、累积距平、R/S分析、双累积曲线法等多种方法,分析了窟野河水沙变化特征,降水和人类活动对径流及输沙的影响。结果表明:1总体上,窟野河径流量和输沙量呈持续下降趋势。21世纪初,年径流量和输沙量下降显著,其值分别为多年均值的34.4%和5%;2受降水和人类活动影响,径流量和输沙量年际变化过程经历了3个阶段,其转折点分别是1979年和1997年;3降水对径流量和输沙量的影响越来越弱,而人类活动对其两者的影响日益增强,成为影响径流和输沙的主导因素;4温家川站径流和泥沙的Hurst指数分别为0.876 7和0.803 9,表明未来一段时间内窟野河径流量和输沙量变化趋势将与过去保持同一势态,有持续递减的特征。正确认识水沙变化特性及产生的原因可为流域水资源合理开发和综合治理提供科学依据。     

基于相似年降水的人类活动对延河水沙变化影响

定量评价人类活动对河流径流和泥沙的影响是目前地学研究热点之一.由于河流水沙变化受人类活动和气候变化共同作用,降水是径流的来源和产沙输沙的主要动力.通过选择降水条件相似的年份,比较河流水沙差异,可以反映人类活动对水沙变化的作用大小.利用1952年到2001年延河甘谷驿水文站逐月径流量、输沙量实测值和流域逐月降水量实测资料,通过分析和确定年、汛期降水量和年内降水过程相似的年降水条件相似年组,比较相似年降水条件下径流量和输沙量的差异.分析表明,与1954-1963年相比,延河1969-1977年年和汛期径流量分别减少18.03%和32.52%,输沙量分别减少47.08%和47.52%;1981-1984年年和汛期径流量分别减少29.77%和46.29%,输沙量均减少73.46%;1988-1996年年和汛期径流量分别增加71.72%和97.79%,输沙量分别增加162.07%和161.88%.     

嫩江流域春季解冻期土壤侵蚀对气候变化的响应

利用嫩江流域控制站大赉水文站的春季解冻期径流量和输沙量资料和同期嫩江流域16个气象站的气象资料,分析了1963-1988年嫩江流域春季解冻期土壤侵蚀对气候变化的响应。结果表明:随着春季解冻期平均气温的升高,温差呈明显减少趋势,降水呈增加趋势;平均气温和降水量均对径流量的增加有正向作用,但降水较气温对径流的影响更为显著;通过对平均气温、降水量、径流量（包括融雪径流）和输沙量进行偏相关分析,春季解冻期的降水量和径流量对输沙量的影响显著,且为正相关,与平均气温成负相关,但影响不显著。     

黄土丘陵沟壑区罗玉沟流域水沙特性分析

依据罗玉沟流域1986—2010年降水、径流、泥沙观测资料,采用统计学原理,分析研究了流域降水、径流、泥沙特征及其相关关系。罗玉沟流域多年平均降水量552.5 mm,降水年际、年内变化大,时空分布不均;多年平均径流量201.33万m3,多集中在汛期;多年平均输沙量33.83万t,沙量集中在汛期;年降水量与年径流量、汛期降水量与年产沙量、次平均降水量与次洪水输沙量相关性较好,年径流量与年输沙量具有较好的线性相关关系。     

近70年黄河流域水沙情势及其成因分析

深入剖析黄河水沙现状及成因是精准预测黄河未来水沙情势的前提与基础。为此,以黄河干流潼关断面以上4个主要干流水文站及7个主要一级支流把口站1950-2016 年水沙实测资料为基础,采用双累积曲线等多种统计分析方法,系统剖析了黄河流域水沙演变规律及水沙主要源区变化特征,定量评估了不同环境要素对黄河水沙变化影响。结果表明：1）黄河干流兰州、头道拐、龙门及潼关水文站年径流及年输沙量均呈显著减少趋势（P<0.05）,其中,年径流减幅17.93%~40.79%,年输沙量减幅均在46.74%以上。受多种因素影响,黄河水沙在20世纪80-90年代发生减少突变;2）兰州-潼关区间年均径流量沿程变化表现为由总体递增状态向递减趋势转变,年均输沙量递增状态虽未转变,但递增幅度平均减小90%以上;3）黄河泥沙主要来源区由头龙区间向龙潼区间发生转移特征明显,龙潼区间水土流失治理有待进一步加强;4）人类活动对黄河中游水沙锐减占据主导作用,平均贡献率达到90%以上。而上游兰州站年均径流量受气候影响较大,贡献率达到66.57%。研究结果可为深刻认识黄河水沙时空现状及成因提供依据,并对未来水土流失治理区位方向确定提供参考。     

2000年以来长江流域水沙情势变化及成因分析

基于长江干流屏山、朱沱、寸滩、宜昌、汉口、大通6个水文站的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势分析和突变检验、Sen’s估计以及累积距平法,分析长江干流2001—2018年径流输沙年际、年内变化趋势及其成因。结果表明:2000年以来长江干流各水文站年输沙量较2000年前显著降低,降幅高于56%;年径流量下降不明显,降幅低于8%;输沙量变异程度高于径流量变异程度。2001—2018年,长江流域平均月径流量为718108 m^3,平均月输沙量为1247104 t,且主要分布在6—9月。趋势分析显示,年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势,其中屏山、朱沱、寸滩站分别在2010年和2012年左右发生突变,宜昌、汉口、大通站在2005年发生突变;屏山站月径流量无明显变化趋势,大通站1月径流量显著增加,其他4个水文站均在1—4月呈显著增加趋势;各水文站月输沙量主要在6—10月呈显著减少趋势。水利工程和水土保持生态环境建设等人类活动是长江流域输沙减少的主要原因。     

东北黑土区融雪径流对流域产沙的贡献及因素分析

[目的]揭示流域融雪期径流产沙特征及对全年总产沙的贡献,阐明东北黑土区影响融雪期产沙贡献的主控因素,并进而为东北黑土区流域综合治理提供科技支撑。[方法]基于东北地区203个气象站点数据以及15个流域水文站点径流泥沙资料,通过提取流域降水、地形、气候、土壤和土地利用等因子,采用多因素相关分析的方法,开展融雪期产沙贡献影响因素研究。[结果]东北黑土区不同流域年均降雪量占年均降水量的比例为3.7%～23.9%,空间分布差异较大,呈东南多、西北少的分布特点。融雪期径流深占全年径流深比例为13.7%～32.5%,融雪期产沙量对全年产沙量的贡献3.8%～23.47%,融雪期产沙模数占全年产沙模数的3.1%～35.9%,且它们空间分布规律性差。年均降水量、降雪量占降水量比例、融雪期径流深占全年径流深比例3个因素与融雪期产沙贡献在0.05的水平上呈显著相关。降雪量占降水量比例对流域融雪期产沙量和产沙模数的贡献率分别为25.41%和30.22%。最大高程对流域融雪产沙量和产沙模数的贡献率分别为24.36%和20.38%。[结论]东北区融雪期产沙对流域全年产沙有较大贡献,且受多重因素影响,未来应加强融雪期的侵蚀产沙观测研究。     

1960-2017年江淮地区降水的时空变化特征

[目的]探究江淮地区降水量的时空变化特征,并在此基础上研究了大气环流因子对降水量的影响,为江淮地区水资源管理和灾害防治提供科学基础。[方法]基于1960—2017年江淮地区15个气象站点的逐日降水及大气环流数据,采用Mann-Kendall趋势检验、累计距平曲线、小波分析、交叉小波变换及小波相干方法,揭示了江淮地区时空变化特征及影响该地区降水量的因素。[结果]江淮地区降水量存在多尺度的周期性震荡,其中冬季降水量表现为显著增加趋势(p<0.05),经历最少次偏多—偏少过程,且存在55.6 a的主周期;年、夏季降水量呈不显著增加趋势,经历最多次偏多—偏少过程,但其在该地区南部多呈显著性变化;春、秋季降水量呈不显著下降趋势,全地区不存在显著性变化站点。该地区降水量与大气环流指数在年际尺度上均存在一定的共振周期,东亚夏季风(EASM)对其影响最显著;南方涛动指数(SOI)对其影响最不显著。[结论]江淮地区降水在年际及季节性尺度上时空变化特征具有明显差异,且在年际尺度上受大气环流一定的显著影响,研究结果能为该地区科学制定水资源规划、预防气候型风险、达到生态平衡提供理论支撑。     

甘肃省极端降水指数时空变化特征

为了明确甘肃省极端降水事件的时空发生规律和变化特征,根据气候变化监测与指数专家组(ETCCDI)推荐的11个极端降水指数,分析了极端降水指数的时间变化特征,基于GIS技术采用空间地统计方法,研究了极端降水指数空间分布特征。结果表明:在时间分布上,持续干期呈显著减弱,变化速率为-2.129(p<0.05),持续湿期微弱下降,变化速率为-0.005(p<0.05),其余10个极端降水指数呈增强趋势(p<0.05),尤其年降水总量增加显著,变化速率为2.56(p<0.05)。总体来看,极端指数变化存在明显周期性,大致可分为2～3个周期; 突变多发生在20世纪60年代中后期。在空间分布上,全省极端降水指数的空间变化特征较为明显,包括年降水量在内的10个极端指数由河西走廊向东递增,持续干期与之相反。综上,甘肃省极端降水指数变化具有明显的时间和空间差异。     

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系

以长江干流寸滩水文站以上流域为研究对象,基于1953-2018年的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势检验和水沙关系曲线分析径流、输沙的时间趋势及其关系变化,并采用双累积曲线法分析水沙变化的驱动因素。结果表明：寸滩站以上流域多年平均径流量为3 425亿m³,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m³,多年平均月输沙量为3 013万t,且主要分布在6-10月,分别占年径流泥沙总量的70%和95%以上。趋势分析显示,流域年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势;月径流量在1-4月显著增加,其他月份变化不显著,而各月输沙量均呈显著减少趋势。水沙关系曲线均可用幂函数拟合,拟合参数受时间尺度影响,统计检验显示悬移质输沙量实测值与水沙关系曲线的估算值差异不显著。双累积曲线分析发现水利工程建设和水土保持等人类活动是寸滩水文站输沙减少的主要原因,其作用占69%~93%,其中2000年以来人类活动的贡献超过90%。     

气候变化对秦岭南北植被净初级生产力的影响(Ⅰ)——近52年秦岭南北气候时空变化特征分析

根据秦岭南北54个气象站1960—2011年逐日数据,利用FAO Penman-Monteith公式计算各站的潜在蒸散量和湿润指数;采用样条曲线插值法(Spline)、气候倾向率、相关分析等方法对该区气温、降水、潜在蒸散和湿润指数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行分析。结果表明:1)秦岭南北多年平均气温由北向南逐步上升,1993年是气温变化的转折点,1993年以前秦岭以南地区降温更明显,1994年起绝大部分站点气温显著(P<0.01)上升,秦岭南北无明显差异;2)多年平均降水量由南向北递减,1995年以前各区降水量均表现出下降趋势,秦岭以北地区降水量下降更明显,1995年以后70%以上站点降水量增多,秦岭以北地区有变干趋势,秦岭南坡微弱变湿,其余地区整体升降趋势不明显;3)潜在蒸散量呈东高西低的分布格局,各子区蒸散量呈现较为一致的下降趋势(P<0.05),但无明显转折点,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北蒸散量下降更明显;4)湿润指数由南向北递减,秦岭以北地区以暖干化为主,而秦岭以南以暖湿化为主,季节尺度上,4个子区表现出的变化规律较为一致,春季和秋季绝大部分站点的湿润指数呈下降趋势,而夏季和冬季则以上升趋势为主;5)湿润指数与日照时数、最高气温、平均气温和蒸散量呈显著水平(P<0.01)的负相关关系,与最低气温和风速相关关系不显著,降水量和空气湿度的增加会对湿润状况的改善起到正向作用。     

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。