西江流域干流径流量演变特征分析

为了更全面地反映西江流域径流演变规律,以西江流域干流1957-2016年迁江水文站、大湟江口水文站、梧州水文站和高要水文站径流数据为基础,运用Mann-Kendall趋势检验法、T检验及有序聚类法等分析方法对西江干流年径流变化进行了分析。结果表明:①西江干流4个水文站径流年际变差系数在0.177~0.216之间变化,年际变化不大;②丰、枯特征具有一定的同步性,其中迁江站容易发生洪水及干旱;③经趋势性检验分析发现,四站变化趋势相同,其中迁江站变化最显著;④迁江站年径流量在2002年发生显著突变,其他3个水文站点并未出现显著突变点。结果可为西江流域水资源利用提供科学依据。     

不同水文序列突变检测方法在漳河观台站径流分析中的对比研究

科学诊断水文序列的突变特性,对于认识水文循环的演变规律,研究环境变化对水文过程的影响具有重要的科学意义。基于漳河观台水文站1951-2015年实测径流序列,利用降水-径流双累积曲线、有序聚类突变检测法、Mann-Kendall突变检测法、基于水文模拟的突变检测法等多种方法对比分析了其突变特征。结果表明:1951年以来,观台水文站实测年径流序列呈现出显著的下降趋势,20世纪50和60年代处于丰水期,从70年代初开始年径流持续下降,80年代以后进入连续枯水期。4种突变检测方法得到观台水文站实测年径流序列的突变点位于1971-1978年。4种方法相比,降水-径流双累积曲线检测的突变点反映的是流域降水-径流关系发生明显改变的时刻;有序聚类突变检测方法检测的突变点反映的是径流序列的聚类特征;Mann-Kendall突变检测方法检测的突变点反映的是径流序列的综合突变特征;基于水文模拟的突变检测方法检测的突变点反映的是人类活动对流域降水径流关系干扰的起始点。     

三峡调蓄前后径流变化的多尺度分析

径流时间序列复杂多变,既存在着非周期成分(趋势、突变等)变化特征,又存在着多尺度的周期变化特征,水文径流的多尺度分析研究具有重要价值。主要利用极点对称模态分解(ESMD)方法,对宜昌水文站多年实测径流量进行模态分解及时频分析,得出不同的时间尺度下,该站径流的趋势、突变及周期变化,进而分析三峡水库调蓄前后的径流变化规律;同时分别利用传统径流分析方法中的Mann-Kendall(M-K)法、小波变换法及希尔伯特-黄变换法三种方法对ESMD法所得结论进行验证。研究结果表明:三峡调蓄前后,不同时间尺度下的径流均存在2003年6月左右的突变点,趋势项上均表现为不显著的递减变化趋势,这表明三峡工程的正式蓄水对径流量产生了较为明显的影响;年、月、日的周期则表现出了一致性,证实了径流研究具有不同尺度上的嵌套性,同时ESMD法在径流多尺度分析上具有较好的应用效果。     

关河水库流域水文序列突变诊断与非一致性研究

在气候变化和人类活动影响下,近年来很多流域的水文序列发生了突变,呈现出了时间序列上的非一致性。同时,水文序列的自相关性影响其突变点的准确识别。为研究关河流域降雨以及径流序列的变化规律,根据流域内5个雨量站以及2个实测径流站点近50年的实测资料,利用Mann-Kendall秩次检验其趋势性,同时利用3种突变检验方法分别在无、有去趋势预置白(trend free pre-white,TFPW)前处理的条件下对序列突变点进行识别,并使用Morlet小波对序列进行周期性分析,从突变点诊断、周期性分析和驱动机制3方面剖析关河水库流域水文序列非一致性变化特点。研究结果表明:对系列的自相关性去除以后,TFPW对水文系列中初步识别出来的多个伪突变点有校正作用,有助于识别出真正的突变点,这一结论在随后的周期性分析Morlet小波方法中得到了验证。研究区降雨在1978年发生突变,径流在1979年发生突变,降水是引起两站径流产生突变的原因,且突变点前后径流序列的状态发生了根本性变化;相较于受单一气候影响的石栈道站,受气候因素以及人类活动双因素影响下的关河站其径流总量下降更为明显,径流变化周期不稳定且峰值有所减小。     

挠力河流域径流变化特征与影响因素分析

挠力河作为三江平原最大的流域,其径流变化过程对三江平原的社会经济发展、生态环境变化起着至关重要的作用。为获取该流域的径流量变化特征,首先采用线性趋势分析法和Mann-Kendall趋势检验法对流域4个代表性水文站径流序列进行趋势分析,然后采用滑动移除近似熵法(MC-Ap En法)和Mann-Kendall突变检验法分别对径流进行突变检验,并对径流发生变化的原因进行了探讨。结果表明:挠力河流域上、中、下游径流量分布不均匀,且同一水文站径流年际变化较大,不利于挠力河流域水资源的开发利用;挠力河流域近50 a来径流量呈明显的减少趋势,其中宝清站、保安站、菜咀子站径流下降趋势明显;挠力河径流量在1966年发生突变,突变后径流呈明显的减少趋势,发生突变的主要原因是降雨量减少、农业开垦的扩张以及水利工程建设的日益增多;滑动移除近似熵法在进行径流突变分析的过程中,表现出精确度高、抗干扰能力强等特点,是一种适于径流序列突变检测的方法。     

南明河流域径流量时间序列演变趋势分析

以贵阳水文站近45年年径流量时间序列为例,借助于Excel和MATLAB等软件,利用滑动平均法、累积距平法、Mann-Kendall趋势检验法及变差系数对南明河流域贵阳水文站径流量时间序列进行了计算分析。结果表明：1990~2000年贵阳站年径流量系列的具有显著的上升趋势;年径流量系列的变差系数较小,径流变化比较稳定,有利于水资源的开发利用。以期对喀斯特地区水资源规划及可持续利用具有参考意义。     

气候变化和人类活动对黑河中游流域径流的影响分析

甄别气候变化和人类活动对黑河中游流域径流的影响,对于维护该流域水安全具有重要意义。黑河中游流域降水和径流的变化趋势不完全一致,其中径流均呈减少趋势。应用累积距平曲线、Mann-Kendall法及Pettitt法分析流域降水和径流序列变点,径流突变均发生在20世纪80年代,确定以径流序列最早突变点1980年划分基准期和变化期。采用双累积曲线法和敏感性系数法对黑河中游流域的径流进行气候变化和人类活动影响的定量识别与评估。结果表明:黑河中游鸳鸯池流域、高崖正义峡流域和正义峡流域的水文水资源变化主要受人类活动影响,各流域人类活动影响贡献率均高达85%以上,最大可达96%。     

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。     

近期气候变化对东江流域水资源的影响研究

利用东江流域主要气象及水文站点1956-2000年气温、降雨及天然径流量时间序列,采用Mann-Kendall秩次相关法检验了流域各季节及年均气温、降雨等气候要素及天然径流量的变化趋势,分析了流域气候变化特征.并利用相关分析法分析了流域气温和降水与径流的相关性,对未来50年该流域径流量的变化趋势进行了预测.结果表明:流域年均气温总体呈显著增加趋势,而年均降雨量和径流总量变化趋势不显著;全流域降雨与径流为正相关,相关系数为0.928,气温与径流为负相关,相关系数为-0.017,说明降雨与径流的关系更为密切,其在流域径流量的变化中起着主要作用.此外,剧烈的人类活动也使得这些相关性更为复杂.     

泗河流域径流特征与演变规律研究

采用线性回归、累计距平、滑动平均、Mann-Kendall方法和Morlet小波分析方法,对1956-2013年泗河流域年径流量的变化趋势、突变特征和周期性变化规律进行了相互论证研究。结果表明:泗河流域年径流量总体上呈现下降趋势,1967年为径流发生变化的突变点,其后泗河流域径流有明显的下降趋势,泗河流域年径流存在多种不同时间尺度的变化周期,其中12a左右的周期震荡最强。     

南方水库水文序列突变点检测

以我国南方长潭水库水文站1961-2005年共45 a的年平均流量序列为例,利用累积距平法、Mann-Kendall突变分析方法(M-K法)、相关分析法等,研究了长潭水库水文序列的突变情况。结果表明:①从20世纪70年代初期开始,长潭水库年平均流量呈上升趋势,特别是在1996-2001年显著上升,产生了突变现象;②年平均流量系列的突变点为1975年,是自然与人为活动共同影响的结果,产生突变的主要驱动力是气候变化。     

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。     

广西蒸发皿蒸发量时空变化研究

利用广西20个气象观测站点1957-2001年Eф20小型蒸发皿的实测水面蒸发资料,采用变差系数和年际极值比分析蒸发的年际变化特征,应用累积滤波器法定性分析蒸发量的年际变化趋势,Kendall秩次相关法定量分析蒸发量的年际变化趋势及其显著性,Mann-Kendall非参数统计检验法分析蒸发量的突变点。结果表明,桂北蒸发皿蒸发量年际变化最剧烈（Cv=11.2,Km=1.77）,桂南和桂东次之,桂中和桂西年际变化最小。非岩溶发育地区和岩溶发育地区蒸发量的年际变化特征没有差别。20个站点中,10%的蒸发量呈上升趋势,90%的蒸发量呈下降趋势。18个蒸发量下降趋势的站点中,95%信度水平呈显著下降趋势的占72.2%。存在突变点且突变趋势显著的站点有10个,占研究总站点数的50.0%。桂中、桂东、桂南3个地区的12个站点都呈下降趋势,这3个地区的蒸发量变化趋势依次是桂南>桂东>桂中。岩溶发育地区蒸发量呈下降趋势站点的比例和Z值平均值小于非岩溶发育地区,但其差异不明显。     

基于条件概率分布的玛纳斯河年径流序列频率分析

根据玛纳斯河1956―2006年年径流序列数据,采用Mann-Kendall突变检验法和累积距平法对其变化趋势及突变进行了分析,通过条件概率分布法、K-S检验、OLS及AIC对其进行了拟合优度检验。结果表明,玛纳斯河年径流在1956―1995年呈现减少趋势,在1996―2006年年径流呈现增长趋势,并在1995年发生突变;最优分布的设计年径流值在各频率下均较传统频率法求得的设计年径流值增加1%~10%,条件概率分布相对于传统的水文频率计算方法得到的设计结果更有利于玛纳斯河的防洪安全及洪水资源利用。     

新疆天山北坡中部区域近50年来ET_0变化特征分析

根据新疆天山北坡中部乌鲁木齐、石河子、乌苏3个气象站50年逐日气象资料,应用Penman-Monteith公式,计算各站的历年逐日ET0。在此基础上,对各站多年ET0序列进行了分析。结果表明:总体上乌鲁木齐站的ET0最高,石河子站最低;3个站点ET0年内变化趋势大体一致,都具有很强的季节性;年际变化均呈现递减的趋势,下降幅度:乌苏乌鲁木齐石河子;通过关联度分析,影响ET0的主要气象要素排序为日照时数水汽压平均气温风速。日照时数、水汽压、风速对ET0的下降趋势影响超过了气温的上升趋势影响,这是引发天山北坡中部区域年际ET0呈下降趋势变化的内在原因。研究结果可为区域水资源合理配置、干旱预测与农田灌溉管理提供一定的依据。     

基于Budyko假设的黄河源区径流变化归因识别

黄河源区是黄河水塔,其径流量变化的归因分析对黄河流域水资源开发利用至关重要。采用基于Budyko假设的弹性系数法量化气候因素和其他环境驱动因素对黄河源区河川径流量变化的影响。研究结果表明:1965-2013年黄河源区年降水增加,年潜在蒸散发减少,变化趋势均不显著,同时期的年径流序列呈现不显著减少趋势。在1989年实测径流序列存在突变现象,1990-1999年气候因素对径流减少的贡献率约为39%～45%,其他环境驱动因素的贡献率约为55%～61%;2000-2013年气候因素使径流量增加,其他环境驱动因素是径流量减少的主要原因。流域1980-2010年时期土地利用类型和覆盖无显著变化,研究区域冰川退缩、冻土层持续下移等其他环境驱动因素是造成黄河源区径流量减少的主要原因。     

近60a饶河流域径流变化特征研究

基于饶河流域1952-2014年3个水文站的逐日径流系列,采用年际变差系数Cv、年际极值比、距平百分率、Mann-Kendall趋势检验等多种分析方法,分析了饶河流域径流年内、年际丰枯变化特征和变化趋势。结果表明,饶河流域干支流天然径流年内分配和年际变化较为相似,径流年内分配极不均匀,而年际变化极不稳定;饶河流域出现枯水年的几率比丰水年的几率大,丰、枯水期交替变化周期约为20 a; 1952-2000年,各站径流总体上均小幅度递增,但21世纪以来各站径流则呈现减小的趋势。     

松花江流域极端降雨变化对流域输沙量的影响

基于松花江流域及其周边共43个气象站点1960—2014年逐日降雨数据及佳木斯水文站输沙量数据,采用Mann-Kendall非参数趋势分析方法、小波周期性分析和双累积曲线法,分析了流域内7个极端降雨指数和输沙量的动态变化趋势,在此基础上定量评估了流域极端降雨变化对输沙量的影响。结果表明:1960—2014年间,松花江流域7个极端降雨指数(最大1 d降雨量(RX1day)、连续5 d最大降雨量(RX5day)、降雨强度指数(SDII)、大于95%分位值强降雨量(P95pTOT)、大雨量(HP)、暴雨量(RSP)和汛期降雨量(FSPTOT))皆呈阶段性波动变化,存在16~20 a的大周期和5~6 a的小周期变化特征,但近55 a各极端降雨指数整体上呈不显著的变化趋势;期间佳木斯水文站输沙量的变化趋势与7个极端降雨指数的变化趋势类似。松花江流域各极端降雨指数与输沙量均存在极显著相关性(p0.01),其中RX5day、P95pTOT与输沙量的相关性最显著。双累积曲线分析显示,流域输沙量与各极端降雨指数关系的突变点均发生在1977年。与基准期(1960—1977年)相比,1978—2014年松花江流域各极端降雨指数对输沙量变化的影响在3.09%~15.24%之间,其中SDII变化对输沙量的影响最大(15.24%),其次是FSPTOT(14.81%)和RX5day(14.34%)。     

大汶河流域河川天然径流演变规律研究

大汶河流域河川天然径流量具有年内变化不均、年际变化幅度大的特点,为分析河川天然径流的演变规律,本文应用累积距平法、Mann-Kendall法、小波分析等多种方法对大汶河流域53年的河川天然径流的变化趋势、突变特征以及周期特性进行了研究。分析结果表明:流域河川天然径流量略呈下降趋势,且存在阶段性变化特征,并于60年代中期达到突变水平;对天然径流序列的小波分析表明,主要存在2个尺度的周期变化,现阶段处于5年尺度下的相对枯水期。     

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%。