东江中上游流域降水及暴雨日的气候变化特征

利用1965—2017年东江中上游8个国家气象站的逐日降水量和暴雨日数资料,运用线性趋势法、相关分析法、Mann-Kendall突变检验、滑动t检验、Morlet小波分析等方法,分析了东江中上游降水量和暴雨日数的时空变化特征。结果表明:东江中上游年、汛期、前汛期降水量和暴雨日数呈不显著减少趋势,年、后汛期降水量和暴雨日数呈不显著增加趋势;年、汛期、前(后)汛期降水量和暴雨日数空间上呈西南多东北少的分布特征;汛期为降水量和暴雨发生的集中时段,且前汛期多、后汛期少;汛期降水在1972年、1986年、2007年发生突变,前汛期降水在1971年、2005年发生突变,后汛期降水未发生突变;汛期暴雨日数在2003年、2008年前后发生突变,前汛期暴雨日数在1972年、2004年前后发生突变,后汛期暴雨日数在2011年前后发生突变;年降水量存在2 a,4～5 a,8～10 a的振荡周期,年暴雨日数存在2～4 a,5～6 a,8～10 a震荡周期,与年降水量周期有很好的对应性。     

近50年浙西南汛期旱涝变化及特征

通过对浙西南汛期降水资料的分析,引用降水指数建立了浙西南旱涝序列,根据当地汛期特点将汛期分为前汛期和台汛期。分析结果表明,浙西南汛期和前汛期降水总量表现出明显的减少趋势,而台汛期具有弱的增加趋势。汛期旱涝变化具有明显的年际特征,从上世纪50年代以来到70年代末浙西南汛期雨水趋少,从80年代到90年代末雨水增多,到了21世纪初又有减少的趋势。因此在上世纪50年代以及90年代是涝灾多发时段,而70年代中期到80年代中期是一个旱灾多发时段,进入21世纪后汛期降雨量又迅速的减少,旱灾发生渐频。另外浙西南旱涝序列还有一定的周期性,前汛期、台汛期以及汛期的旱涝周期分别是6～7 a、2～3 a、26 a。     

黄河下游汛期输沙效率和排沙比阶段性变化及其主控因素分析

为了揭示黄河下游河道泥沙冲淤变化趋势及其主要影响因素,以黄河下游花园口站和利津站1960年以来的实测水沙数据为基础,利用双累积曲线方法分析了汛期断面水沙关系的阶段性变化特征,进而利用线性回归分析法获得了各阶段汛期断面径流输沙效率和汛期河段排沙比数值。结果表明:自1960年以来黄河下游汛期断面径流输沙效率明显存在着大小交替的5个不同变化阶段(1960—1965年、1966—1981年、1982—1987年、1988—1999年、2000—2015年),花园口和利津断面汛期的平均径流输沙效率值在这5个时期分别为2.1,4.3,2.6,4.1,0.8 t/100 m~3,而同期花园口至利津河段的排沙比分别为1.34,0.78,1.01,0.62,1.48。汛期河道断面输沙效率和河段排沙比交替性阶段变化揭示了该河段河道冲淤演变的本质特征。黄河流域的气候变化和水土保持措施仅会引起产水产沙量的变化,对黄河下游汛期输沙效率和排沙比影响有限,而不同时期黄河主河道大型水库的建成及其运行方式,则是其变化的主控因素。此外,1988—1999年中上游淤地坝的自然毁损对黄河下游同期的输沙效率和排沙比的变化影响显著。     

汾河流域汛期降水序列的多时间尺度分析

基于汾河流域19个气象站点1959—2007年汛期（6—9月）的降水数据,采用小波分析、M—K突变分析及其它数理统计方法,对汾河流域汛期降水量时间序列进行了多时间尺度特征分析。结果表明,近49a来,流域汛期降水呈现减少趋势,递减率是9.79mm/10a,其中6月份的降水呈现上升趋势,速率为2.79mm/10a,7—9月均表现出下降趋势,最明显的是7月份（速率为-6.54mm/10a）,7和9月份降水明显减少是流域汛期降水量下降的主要原因;汛期降水在1978年以后发生突变,流域降水处于一个相对少雨的时期;汛期降水量存在8～15a和3～7a的特征周期,中心时间尺度为2,5,10和12a,其中约5a的周期振荡最为强烈,是汛期降水变化的主要周期;根据5a周期及其它特征周期的小波系数变化趋势,估计汾河流域在研究时间段以后近期内汛期降水量可能偏多。     

湖南省铁山水库流域降水演变规律

[目的]分析铁山水库饮用水水源地的降水演变规律,为流域水资源利用以及铁山水库的调度运行提供依据。[方法]运用线性回归、滑动平均、Mann-Kendall检验、累积距平、滑动t检验和小波分析等方法,分析铁山水库饮用水水源地流域1968—2014年年降水、汛期降水和非汛期降水的演变规律。[结果](1)47a间年降水量、汛期降水量和非汛期降水量均呈现不明显的上升趋势。(2)年降水在1987和2003年发生了显著性突变,汛期降水在1992和2003年发生了显著性突变,非汛期降水未发生显著性突变。(3)年降水和汛期降水存在29a左右的主周期,非汛期降水存在28a左右的主周期,各时期的周期基本一致。[结论]铁山水库各时期的降水演变规律基本一致。     

近70年黄河入海水沙通量演变特征

基于黄河入海水沙控制站利津站1950—2018年实测水沙数据,采用5 a滑动平均法等方法对水沙通量的趋势性进行了研究,以滑动T检验、Mann-Kendall检验法等对水沙时间序列的变异性进行了分析,以小波变换、经验模态分解等方法对水沙通量的周期性进行了研究,同时以交叉小波变换和小波相干谱分析了径流和输沙的共振周期与相干性。结果表明:在最近70年内,黄河入海水沙通量呈现显著下降趋势,径流量和输沙量分别在1985年和1996年发生突变,入海径流量存在3～5 a、9～11 a,19～21 a的尺度周期,输沙量存在3～6 a,9～11 a,19～21 a的尺度周期。输沙和径流之间具有显著的正相位关系,在1960—1972年存在1～6 a的共振周期,并且两者低能量区关系远大于高能量区关系。研究成果可为黄河下游水资源管理、河口三角洲的生态治理以及侵蚀保护提供理论基础。     

基于线性分解时序方法的径流序列长度影响研究

应用线性分解时间序列分析方法揭示径流序列特征的成果较多,但很少涉及序列长度对径流线性分解结果的影响问题.利用闽江流域竹岐站年径流和松花江流域白山水库入库年径流近70 a的径流序列对此进行了探讨.将约70 a的径流资料分成各相差5 a的6种不同径流序列进行分解,结果表明,序列长度对径流序列线性分解的结果有十分明显的影响,调整序列长度导致径流的趋势、跳跃和周期等特征产生变化,且没有明显的规律性.因此,径流时间序列分析要选取合理的序列长度,且合理的序列长度可能与时间尺度有关.     

基于Hurst指数与相关系数的降雨侵蚀力变异识别与分级方法

变化环境下区域降雨侵蚀力的时空变化问题对区域水土流失防治工作提出了新的挑战。降雨侵蚀力序列不再是纯随机序列,往往存在趋势、跳跃或者周期的变化,在对降雨侵蚀力序列分析与计算时,现有研究往往采用单一的检验方法,缺乏对降雨侵蚀力序列各类成分的综合比较,所得到的结果可信度及其程度如何无法判断。该研究提出了基于Hurst系数和相关系数的降雨侵蚀力序列联合分析方法。该方法首先计算降雨侵蚀力序列的Hurst系数,引用水文序列变异的概念,从统计学角度将降雨侵蚀力序列确定性成分分为三级(无变异、弱变异和强变异)。然后通过多种检验方法综合检验,将得到的结果与原序列进行相关性分析提取相关系数最大的确定性成分(趋势、跳跃和周期),对其进行剔除,重复上述步骤,将降雨侵蚀力序列中的确定性成分进行一一分解,最终得出的降雨侵蚀力序列将是一个随机序列与确定性序列的组合。实际应用中,根据长江流域174个气象站点1961—2014年逐日降雨资料,对流域内各气象站点年降雨侵蚀力序列进行确定性成分分析与分级结果表明:长江流域174个气象站点中有130个站点降雨侵蚀力序列无明显变异,有31个站点降雨侵蚀力序列出现弱变异,有13个站点降雨侵蚀力序列出现强变异。以重庆奉节站为例进行综合检验,分析结果为整体强变异,该站年降雨侵蚀力序列存在复合周期和跳跃成分,其中复合周期为5 a和16 a,向下的跳跃点为2011年。该研究为变化环境下区域降雨侵蚀力预测提供理论依据。     

近60年运城盆地降水演变特征

本文利用小波变换研究运城盆地1961-2020年1～3、4-6、7-9、10-12月及全年降水量演变规律.结论:该区1～3月降水序列存在8和35 a尺度的变化周期;4-6月降水序列存在3a和24 a尺度的变化周期;7～9月降水序列存在3、8和23 a尺度的变化周期;10～12月及全年降水序列以8a尺度为演变主周期.     

水土保持措施对无定河流域沟道-河道系统泥沙收支平衡的影响

流域系统可以分为坡面系统和沟道-河道系统2大单元,可以分别建立泥沙收支平衡关系。结果表明：1）实施水土保持措施以后,无定河流域系统泥沙收支平衡中各变量均随时间而变化。沟道-河道系统泥沙输移比发生了极显著的减小趋势,泥沙存储量发生了显著的增大趋势,流域产沙量的变化发生了较显著的减小趋势,坡面净侵蚀量有所减少,但变化趋势不显著。2）对于不同的泥沙收支平衡变量的变化而言,水土保持措施变化和降雨变化的贡献率是不同的;对坡面净侵蚀量的变化而言,汛期降雨的变化起着决定性的作用,贡献率高达90.82%,坡面水土保持措施的贡献率仅为9.18%;对沟道河道系统泥沙存储量的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达76.16%,汛期降雨变化的贡献率仅为23.81%;对流域产沙量的变化而言,汛期降雨和水土保持措施的变化都起着重要作用,前者贡献率为57.84%,后者贡献率为42.16%。3）对沟道-河道系统泥沙输移比RSDRc的变化而言,淤地坝拦沙的变化起着决定性的作用,贡献率高达87.27%,汛期降雨变化的贡献率仅为12.73%。     

近年黄河下游输沙功能的时空变化及其影响因素分析

黄河下游河道输沙功能受自然和人为因素的扰动,对黄河的入海泥沙通量产生深远影响。为探明近年来黄河下游河道输沙功能的演变及其主导因素,基于黄河下游河段各站点2007—2020年实测径流与泥沙资料,计算历年黄河下游河道输沙功能,并结合流域降水、水土保持和引水引沙的变化情况讨论了各因素对输沙功能演变的影响。结果表明:黄河下游河道输沙功能指标在2007—2020年显著下降了约57%,其中花园口—高村段输沙功能指标和其降幅均高于高村—艾山段和艾山—利津段; 黄河下游河道输沙功能演变的主导因素是河床粗化、水土流失综合治理面积增加和引水量增大,三者的相对贡献率分别达37.6%,21.6%,17.5%。河床粗化与引水量增大使输沙功能减弱,与水土流失综合治理对输沙功能的增强作用相反,三者综合作用下黄河下游河道输沙功能近年来呈退化趋势。     

黄河中游多沙粗沙区水土保持减沙的近期趋势及其成因

本研究以1950～1997年的长系列水文资料和面雨量资料,分析了黄河中游河口镇至龙门区间年输沙量和年降水量的时间变化趋势,发现在1970年以来多沙粗沙区入黄泥沙量减少的总体背景之上,出现了1986～1997年间入黄泥沙量增加的近期趋势。这一增加趋势,与20世纪80年代以后淤地坝修建量大为减少,70年代修建的淤地坝与拦沙库容已大部分失效有密切关系。此外,90年代人为增沙量大幅度增加,已占水土保持减沙量的22%左右,部分抵消了水土保持措施的减沙效益,这也是90年代入黄泥沙增加的重要原因。针对存在的问题提出了若干对策建议。     

黄土高原淤地坝建设对黄河水资源的影响预测

淤地坝建设对减少入黄泥沙、改善生态环境和促进当地社会经济发展有重要意义。淤地坝建设将增加黄土高原地区人畜饮水、生态用水、蒸发损失和地下水补充以及坝地用水。2010年将减少入黄水量15.2亿m3,2020年将减少入黄水量43.55亿m3,2041年以后稳定在42.66亿m3,按减少入黄水量43亿～45亿m3计算,仅占黄河天然径流量的8%～10%,对黄河水资源实际影响很小。     

渭河水沙变化及其影响因素分析

渭河是黄河的一条多泥沙支流 ,1970年之前每年向黄河输送泥沙 1 85亿t。渭河具有水沙异源的特点 ,泥沙主要来自南河川站以上地区 ,径流主要来自南河川站至咸阳站区间流域。 1970～ 1996年 ,流域内水利水保措施年均减水2 5 5亿m3 ,年均减沙 0 6792亿t,发挥了重要的蓄水拦沙和削洪作用。流域内人类活动有使泥沙增长的势头     

1960—2020年黄河、长江、珠江入海水沙通量演变特征

[目的] 基于动态更新数据综合对比中国三大河流入海水沙通量的特征,为流域开发和管理提供依据。[方法] 收集黄河(利津站)、长江(大通站)、珠江(高要站、石角站、博罗站)5个水文控制站1960-2020年实测数据,采用滑动平均法、Pettitt检验法、双累积曲线法以及小波变换分别对水沙通量的趋势性、变异性、周期性特征进行分析,采用交叉小波变换和小波相干谱探究径流量和泥沙量的共振周期与相干性。[结果] 近60 a黄河、长江、珠江入海水沙通量均发生了明显变化,黄河径流量和泥沙量在1986年突变减少,泥沙量在1997年二次突变减少;长江和珠江入海径流量未发生变异,泥沙量分别于1992,1999年突变减少。这三大河流入海水沙具有显著的年际和年代际周期特征,年代际共同演化周期分别集中于1980年以前、1990年以前和2000年以前。年际共同演化周期为5 a,"丰-枯"转换频繁。交叉小波分析结果显示,黄河、长江和珠江的入海径流量和泥沙量在1965-1975年具有显著的1~3 a的共振周期,以正相位演变为主。[结论] 中国三大河流入海水沙具有显著的趋势性、变异性和周期性特征,可以据此进行的流域开发和管理更有效。     

仕望河流域水土保持措施的减水减沙效益研究

黄河河口镇至龙门区间是黄河流域的主要产沙区,该区间河道全长725.1 km,落差607.3 m,比降0.084%,流域面积11.2万km²。而仕望河流域地处黄土丘陵沟壑区与高原沟壑区的过渡地带,是黄河中游吴堡—龙门段西岸的1条1级支流。本文旨在通过对仕望河流域的水沙变化的综合分析探讨而为黄河的综合治理提供一个切实可靠的依据。本文根据1970—1989年水文站的实测资料,分析了该流域的水沙来源和降雨产流产沙关系,并结合2006—2010年的实测资料,对比分析了不同时期该流域降雨、产流、产沙的变化情况。采用水文法分析计算了该流域水土保持、水利措施的减水减沙效益。通过实测资料分析计算,认为仕望河流域水量变化采用双累计曲线法分析结果比较合理,基本反映了降雨和产流产沙的内在联系。对比影响流域产流产沙的自然因素（降雨）和人为因素（水土保持措施）,仕望河流域水土保持措施减水减沙量在总减水减沙量的占比呈逐年增加的趋势,而降雨因素的的影响在逐步递减。近30 a来国家越来越重视水土保持工作,黄土高原地区的水土保持治理工程陆续的实施对流域产流产沙的减少有显著的影响。     

风水两相变化对黄河中游支流粗泥沙的影响

基于黄河中游河口-龙门区间实地考察和对1964—1989年的实测资料进行时空变化分析,结果发现:该区水力、风力变化对河流产出的粗泥沙的量和质的变化具有一定的分异控制作用,水力对河流的输沙量的变化起主导作用,而风力对粗泥沙占全沙的百分比变化起主导作用。随着降雨量的减少和风沙活动的减弱,黄河中游河流输沙量和粗沙比有不同程度的减少,输沙量减少明显,减沙比在50%～70%之间,而粗沙比的变化要小得多,减少量在10%～20%之间。     

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。     

黄河流域水库拦截泥沙量的计算及泥沙分布特征

根据黄河输沙量等观测资料,提出了一个简便的用于计算流域水库拦截泥沙量的公式。据对1950—2003年黄河流域水库拦截的泥沙量进行计算,54年来拦截的泥沙总量为196亿t,其中大约有70%的泥沙分布在三门峡和小浪底水库库区。研究指出,对现有黄河干流控制性水库制定科学的调水调沙方案,对在建和拟建的水库采取积极的调水调沙设计,制定黄河流域系统的水沙调配总体方案,将有利于解决黄河下游和三角洲地区与水沙有关的一系列环境问题。     

基于Morlet小波的太阳活动与黄河输沙量关系分析

太阳活动可能影响地球气候,直接或间接的对流域径流和输沙产生一定的影响。利用Morlet小波分析技术,对1919-2007年黄河龙门站输沙量与同期太阳黑子相对数的变化进行了对比分析,结果表明:黄河龙门站输沙量与太阳黑子活动在不同时间段表现出不同的相关关系。在相同的9 a时间尺度上,1919-1950年龙门输沙量与太阳黑子小波系数呈一定的负相关;在1951-2007年期内则表现为正相关。由此可见,太阳活动对黄河输沙量的影响机制十分复杂。