黄河中游典型流域近60年水沙变化趋势及影响因素

为分析黄河水沙成因并预测未来水沙情势,选取黄河中游多沙粗沙区昕水河和朱家川2条流域为研究对象,依据水文站及雨量站1956—2018年降雨和径流泥沙实测数据,采用Mann-Kendall趋势及突变检验、累积距平法和Morlet连续小波分析等方法探讨流域水沙变化趋势,并利用双累积曲线法对水沙变化进行归因分析,量化气候变化及人类活动对水沙变化的相对贡献。结果表明:1956—2018年,昕水河和朱家川小流域年均径流量分别为11.9×10⁷,1.7×10⁷ m³,年均输沙量分别为12.3×10⁶,9.8×10⁶ t,径流和输沙量均呈显著减少趋势;2条流域的径流量突变年分别为1980年和1984年,输沙量突变年分别为1980年和1972年;选取的2条流域水沙变化存在明显周期性,径流变化的第1主周期分别为45年和16年,输沙量变化的第1主周期分别为9年和15年;降雨对昕水河和朱家川小流域径流量减少的贡献率分别为19%,8%,对输沙量减少的贡献率分别为25%,35%,远不及人类活动的贡献率,人类活动是径流和输沙量锐减的主导因素。研究结果可为黄河水沙治理提供科学性建议。     

近60年黄河干流水沙变化及其驱动因素北大核心CSCD

基于1952-2011年黄河干流4个重要水文控制断面径流量和输沙量的时间序列资料,定量分析黄河水沙的沿程变化规律及主要驱动因素。结果表明：1）近60年黄河水沙减少趋势显著,且在未来一段时间继续呈减少趋势;4个断面径流量在1968年和1985年出现丰枯转折,输沙量则在中下游3个断面出现差异性变化;潼关和花园口断面径流量年际变化在1980年代后期出现突变,输沙量4个断面均在1985-1998年期间出现突变。2）头道拐断面水沙关系在1968年和1989年出现突变,潼关与花园口断面均在1979年和1999年出现突变,利津断面只在1999年出现突变。3）黄河水沙存在多尺度周期变化,径流量以准3年,准9年,准25年为主,输沙量以准3-4年,准9年为主,而且径流量与输沙量之间以及上中下游均存在较强的周期变化响应。4）上游水沙变化以气候变化为主要驱动因素,也包括水利工程、取耗水等人为因素,中游以强烈的水土流失、水利水保措施为主,下游水沙变化除了表现为对上中游地区的强烈响应之外,还受取耗水等因素影响。     

青海省境内黄河干流水沙量变化历史分析

青海省境内黄河干流主要控制站唐乃亥水文站多年平均年径流量 2 .0 7× 10 10 m3 ,占黄河流域年径流量 5 .80× 10 10 m3 的 34 .5 % ,占青海境内黄河干流年径流量的 91.0 %。唐乃亥以上是黄河水量的主要供给地和水源涵养区之一。统计分析了唐乃亥站 1919— 1999年 81a来径流量和输沙量的变化特征 ,结果表明 ,年径流枯水年和偏枯水年出现最多的年份是 2 0年代和 90年代 ,丰水年和偏丰水年出现最多的年份是 40 ,6 0年代和 80年代。境内年输沙量的变化主要取决于年径流量的变化 ,水沙量变化是同步的 ,相关关系显著。 90年代青海境内黄河干流来水来沙减少主要是由于年径流丰、平、枯的周期性变化引起的。 90年代属偏枯水期 ,与历史上丰、枯水程度对比分析 ,90年代偏枯水期属正常 ,境内年径流量的变化没有向减少趋势发展 ,水沙量的变化是稳定的。     

小凌河流域近52 a水沙演变特性分析

结合小凌河流域干流水文站近52a实测水沙数据,分析了小凌河流域水沙演变特征。分析结果表明:①小凌河干流缸窑口站、锦州站年均流量均呈减少趋势,两站点的径流突变点均出现在1980年和2000年,其径流量出现从增加到递减的的转变,与1980年代前相比,小凌河年流量降低约70%;②小凌河干流锦州站的输沙量总体呈现下降变化趋势,相比于2000以前,下降趋势显著,与1980年代前相比,小凌河年输沙量降低90%以上;③各站洪峰总体呈现下降趋势,相比于1980年代,小凌河年最大洪峰流量下降80%以上。     

黄河干流头道拐水文站水沙运动特征及影响因素

为明确黄河干流头道拐水文站水沙运动过程、变化趋势及运动状态特征,以2006—2018年黄河干流头道拐水文站水沙数据为基础,基于累积距平法、R/S极差分析法、河道来沙系数与不协调度等研究方法,对头道拐水文站水沙运动过程进行系统分析。结果表明:头道拐水文站年际间径流与输沙量和年内月均径流与输沙量变化趋势均呈现良好的一致性,但两者的季节性差异特征显著,且输沙量的显著性较径流更突出;冬季径流与输沙量变化趋势同步性相比其他季节较差,季节性的极差Hurst指数揭示了冬季输沙量变化趋势的反持续性和水沙不协调性易引起河道的冲淤演变;以来沙系数为水沙状态的划分依据,春季、夏季和秋季水沙特征多呈现水少沙多的状态,而冬季水沙状态则为水多沙少,水沙协调状态会出现在春季个别年份;季节性水沙不协调度总体呈夏季>秋季>春季>冬季的变化特征,特殊的来水来沙过程、水文气候特征及人类活动变化是造成水沙不协调的主要影响因素。     

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%。     

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系变化及其驱动因素

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3425亿m^3,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m^3,多年平均月输沙量为3013万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%。     

雅鲁藏布江中游地区河流泥沙近期变化及防治对策

雅江中游地区干支流60～90年代径流量、输沙量和含沙量分析表明,60年代以来,区内干支流降雨量、径流量呈递减的趋势,80年代降雨量减幅最大,较60年代减少22.4%,径流量最大减幅29.0%;输沙量和含沙量均呈明显的递增趋势,输沙量雅江干流90年代增幅最高为34.6%,年楚河增加28.3%,拉萨河增加87.9%。含沙量以90年代变化最为明显,尤以拉萨河增幅最高,为50%,其次为年楚河,增加16.4%,雅江干流增加12.5%。为有效控制雅江中游地区水土流失和改变生态环境,提出了以改变农村燃料结构、开发新能源、推广节能新技术为主的水土保持防治对策。     

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。     

近50年黄河中游流域水沙过程及对退耕的响应

为明确黄河中游地区水土流失综合治理、退耕还林(草)政策的水沙效应问题,选择黄河中游风沙-丘陵过渡区、典型丘陵区以及土石山林区5条典型流域,用降雨及面积对水文站实测径流量、输沙量数据进行处理,探讨了近50a来流域水沙及其关系的演变过程。结果表明:5条流域标准化年径流量、标准化年输沙量均表现出显著减少趋势,且两者发生跃变时间基本一致。时段频率上的河流输沙量减少程度较径流量大,零输沙天数逐时段增加。植被覆盖度低的风沙-黄土丘陵过渡区流域,较植被覆盖度高的土石山林区流域,径流量和输沙量年均变化斜率大,跃变时间早。5条流域汛期径流量和输沙量的关系表明,植被覆盖度低的风沙-黄土丘陵过渡区流域的输沙量分布域较植被覆盖度高的土石山林区流域大一个数量级,其产沙动力也最强。近50a来,5条流域的水沙动力系数均呈现逐时段降低趋势。20世纪70～80年代水土流失综合治理使5条流域水沙动力系数平均降低24.5%,1999年后的退耕还林(草)工程则使其平均降低70.6%。流域水沙拟合线性关系常数项绝对值,以及流域冲淤平衡时的径流量呈现随时段减小趋势,进一步说明水土流失治理及退耕还林(草)措施对流域水沙动力关系的削弱效应。     

不同频率黄河上中游径流量变化特征及其趋势预测

水资源是影响黄河流域高质量发展的战略资源,在人类活动及气候作用影响下,黄河上中游径流发生极大的变化,因此研究黄河径流变化特点及其预测对水资源的合理开发和分配调控具有重要生产意义。对黄河潼关水文站实测1950—2018年径流量进行分析,通过M—K等方法分析了黄河上中游区径流量变化特征,并预测未来20年不同频率径流量变化趋势。结果表明：黄河上中游1950—2018年径流量呈极显著性减少趋势;黄河潼关水文站径流变化突变点位于1985年,减少趋势较之前显著增加;通过优化后的GM （1,1）模型对5%及95%频率径流量进行预测,表明未来20年的径流量变化为113.38~210.35亿m³,并持续减少趋于稳定;该优化模型对黄河潼关水文数据有较好的模拟结果,适用于频率优化后低递减水文长序列的预测。     

黄河河龙区间水沙变化的水文分析

黄河河龙区间总面积129654km~2,年均输入黄河泥沙量达9.08亿t,占全河沙量的57％。70年代特别是80年代以来,本区来水、来沙量呈现出明显减少趋势。采用不同系列对比分析法、双累积曲线分析法、降雨指标法等水文分析方法,分析区间内降雨、径流、输沙实测资料可知:70、80年代在河龙区间总减水量分别为21.36亿m~3、37.56亿m~3中,人类活动影响的约占80％,在减沙总量分别为2.86亿t、6.68亿t中,人类活动影响的约占50％左右,因降水减少而减少的水沙量分别占总减水、减沙量的20％和50％左右。     

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。     

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。     

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。     

退耕背景下北洛河上游水沙变化分析

为探明黄土丘陵沟壑区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以1980--2009年期间植被重建规模较大的北洛河上游为研究区域,采用双累积曲线法和Pettit突变检验法,探讨径流输沙的变化趋势和跃变时间,同时结合气候和水土保持措施的资料,对不同时段的水沙过程进行对比分析。结果表明：1）径流量和输沙量变化可以分为2段（1980--2002年和2003--2009年）,年时间尺度上,后段较前段径流量减少0．32亿m^3、输沙量减少0．29亿t,并且后段波动较前段小;2）在月时间尺度上,2个时段的月降水量与月均流量过程基本相同,月均流量和输沙率关系基本呈现8字形,但是变幅及变率不同;3）相对于1980--2002年,2003--2009年年均降雨量、降雨侵蚀力分别减少10．06％和10．28％,降水具有减少径流和输沙的潜在条件。剔除降雨的影响,林草措施的减水和减沙效应分别为41％和81％。     

佳芦河流域林草覆被变化对产流机制的影响

以黄土高原佳芦河流域为研究区,收集整理了1966—2006年的水文气象资料,选取了60场洪水数据,在分析其洪水过程线、产流特征值、产流机制等因素的基础上,结合近30年来佳芦河流域林草覆被的变化情况,综合分析了佳芦河流域林草覆被对流域产流机制变化的响应机理,期望揭示黄河流域水沙减少的原因。结果表明,近30年来,佳芦河流域径流量骤减,相比60年代,2000年以后佳芦河流域年平均径流量减少近75.0%,林草覆盖率从8.0%增加到35.0%,流域蓄水容量随植被盖度的增大呈上升趋势。3个阶段1966—1975年、1976—1996年及1997—2006年流域超渗产流为主的洪水场次所占比例分别为72.8%,65.0%和60.0%,呈下降趋势;1997—2006年内混合及蓄满产流为主的洪水场次与1966—1975年相比分别增加8.4%和4.3%。研究结果有助于深入认识黄河流域主要水土流失区的产水规律,揭示黄河水量变化的机制,为该区开展生态建设提供科学依据。     

土地利用变化对产流和产沙的影响分析

LUCC(土地利用覆盖变化)对径流的影响研究主要集中在对年径流量的影响,选用基于ArcviewGIS的SWAT模型,利用情景模拟来分析土地利用变化对产流量和产沙量的影响,并重点探讨森林对产流的影响。以黄河下游支流洛河上游卢氏水文站以上流域为研究区域,选取了1992～2000年24个雨量站的雨量资料和同期的气象资料,采用土壤类型图(1∶4000000)以及设定的不同土地利用情景,作为模型的输入,进行土地利用变化的产流量和产沙量的情景模拟。模拟表明:森林的存在增加了径流量,减少了产沙量;草地也能减少产沙量;农业用地的增加将会增加产沙量;平水年土地利用变化对产流量影响最小,降雨量的增大能弱化下垫面对产流量的影响。