基于洛伦兹曲线的图们江干流区间径流分布不均匀性分析

[目的]为水土流失、旱涝灾害等的成因分析提供科学依据。[方法]采用构建的基尼系数径流分布不均匀性模型,对图们江干流区间南坪、开山屯、河东及圈河站1959—2011年的(年)径流量、(月径流年内分配)基尼系数和(月径流年内分配)洛伦兹不对称系数的系列进行统计分析,应用Mann—Kendall方法进行趋势分析与检验。[结果]4个水文站的年径流量均呈下降趋势。南坪和开山屯站的基尼系数呈上升趋势,河东和圈河站呈下降趋势;4个水文站点的(月径流年内分配)洛伦兹不对称系数均呈上升趋势。4个水文站在1961,1965和1979年洛伦兹不对称系数均波动较大且大于1。这主要由径流量大的月份引起的,另外,同期也是历史上水旱灾害发生的年份。[结论]洛伦兹曲线可以以一种新视角量化评价径流分配的时间不均匀性及其成因。     

新疆呼图壁河流域径流时序变化特征

 依据呼图壁河石门水文站1956—2005年50a径流量资料,选取多种径流量统计参数,分析流域范围内不同径流补给来源的径流年内分配规律和多年变化特征。结果表明:径流量时序特征与径流的补给来源有密切关系;径流量年内分配极不均匀,集中度高达66.47%;而径流量的多年变化变差系数小,仅为0.15。Kendall秩次检验显示在过去的50年,呼图壁河年径流表现出显著的递增趋势;而不同时间分辨率下的Hurst指数,尤其年径流的Hurst指数为0.8,表明径流具有强劲的持续性趋势,即年径流量在未来变化周期内将表现为持续增加的趋势。     

基于R/S和Morlet小波分析的北洛河上游径流变化特征

为了深入探究北洛河上游长时间序列年径流量变化规律及周期特征,加强对流域水资源规划管理和可持续开发利用,基于北洛河上游吴旗水文站1971—2014年实测径流量数据,采用M-K(Mann-Kendall)趋势检验法和R/S法(rescaled range analysis)分析了全年及汛期径流量的变化趋势和持续性; 并采用Morlet小波变换对径流时间序列进行了多尺度周期特征分析。结果表明:(1)从径流量年内分配来看,1971—2014年,北洛河上游径流年内集中分布在6—9月,月最大径流量一般出现在8月,分配曲线呈“双峰型”。随着时间推移,径流量年内分配不均匀性逐渐减弱;(2)汛期径流量占年径流量的比例降低,全年和汛期的径流量变化均呈显著减少趋势(p<0.05),且未来变化趋势与过去一致的可能性很大,即减少趋势具有一定的持续性(全年和汛期径流量序列Hurst值分别为0.53,0.69);(3)北洛河上游径流量呈现出多尺度性、主周期性和同步性变化的特点。汛期和全年径流量具有相似且显著的变化周期,主要受到3,11,19 a左右3个主周期的影响。总之,北洛河上游径流量呈显著减少趋势且变化周期比较明显。     

新疆开垦河流域径流变化特征分析

根据新疆开垦河水文站的多年实测径流资料,利用方差分析法、回归分析法和Mann-Kendall秩次检验法等,分析了开垦河径流的分配和年际变化的特征.结果表明:开垦河径流年内分配较均匀;43 a的径流统计中,83.7%的年份径流集中度>50%,表明径流补给来源以雨水和高山冰雪(季节性积雪)融水为主.季节性积雪融水量占高山冰雪融水量和雨水量总和的比重在逐年增加.流域径流量主要集中在汛期(4-9月),最大径流量出现在6月,且汛期径流量占年径流量的比重逐渐增加.同时,春季径流量高于冬季.径流量年际变化平缓.呈微弱上升趋势,年径流变差系数仅为0.23;径流量代际变化特征明显,20世纪80年代由枯水期转向丰水期,但未发生突变;流域年径流量有较明显的周期成分,其显著周期为3,14,16,19 a.     

呼图壁河水沙年内分配特征及同步性变化分析

利用呼图壁河出山口石门水文站1980—2011年日径流量和输沙量实测资料,采用年内不均匀系数、完全调节系数、集中度(期)等方法指标,分析了呼图壁河水沙年内分配及同步变化规律。结果表明:(1)不同年代的径流与输沙年内分配均呈"单峰型"分布,且输沙量较径流量的分配更为集中;(2)近32年以来,径流和输沙的不均匀系数、完全调节系数、集中度都呈缓慢上升趋势,且二者的年际变化都显示出较好的同步性。径流和输沙的集中期同样有着微弱的上升趋势,但输沙集中期略提前于径流集中期。这是由于河流的补给方式和下垫面等综合影响造成的;(3)呼图壁河泥沙年内分配不均匀系数明显高于径流。完全调节系数与不均匀系数的变化趋势基本一致。各个年代冬春季节径流量与同一时段输沙量的变化不同步。     

白龙江上游径流变化特征及其对降水和人类活动的响应

[目的]研究近50a来白龙江上游径流变化特征,并进一步分析径流对降水的滞后效应以及降水与人类活动对径流变化的影响。[方法]以1961—2010年白龙江上游武都水文站的月径流数据和白龙江上游气象站月降水量数据为基础,采用集中度和集中期、Mann—Kendall法、R/S分析法等多种数理统计方法,分析了近50a来白龙江上游径流量在年际、季节和月尺度上的变化特征,并预测了其未来可能的变化趋势。[结果]白龙江上游径流年内分配极不均匀,多年平均集中度Cd达34.92%。近50a来白龙江上游年径流量呈极显著减少趋势(p0.001),变化率为-3.942×108 m3/10a,Hurst指数为0.980.5,表明未来一段时间内白龙江上游年径流量可能继续呈减少趋势。四季和1—12月径流量均呈显著减少趋势(p0.05),年径流量在1990年发生由多到少的突变。白龙江上游径流对降水的响应存在滞后效应,且滞后时间有微弱延长趋势。近50a来白龙江上游径流系数呈显著减小趋势(p0.001),降水量转化为径流的部分逐年减少,径流系数在1990年后减少了0.14。[结论]1990年之前,白龙江上游径流变化主要受降水影响;1990年以后,人类活动逐渐成为影响白龙江上游径流变化的主要因素。     

淮河上游径流演变规律及其对气候驱动因子的响应

[目的]研究淮河上游径流的变化趋势及其对气候驱动因子的响应,为防洪防汛,水资源的合理规划管理及区域社会经济可持续发展提供决策依据。[方法]基于1975—2014年淮河上游的年平均流量、降水、蒸发数据,使用时序分析、交叉小波分析法和弹性系数法,分析河川流量和气候要素的变化趋势及周期性特征,探讨淮河上游径流对气候驱动因子的响应状况。[结果](1)淮河流域上游河段流量、降水量呈不同程度的减少趋势,递减率分别为3.8m3/(s·10a)和26.3mm/10a,而潜在蒸散发量的变化趋势不明显。(2)淮河流域上游流量的周期变化主要是6~12a的年际变化,年降水量在2a左右的年际变化周期与年潜在蒸散发量的基本一致。年流量和年降水量、潜在蒸散发量的显著相关区域均主要分布于20世纪90年代以后。(3)通过定量估算气候因子对流量影响,发现年降水和年潜在蒸散发对流量的弹性系数εP和εEo分别为2.30和-0.47。年流量与降水量关系密切,而与潜在蒸散发的关系不大,未来降水的变化是影响水资源变化的主要因素。[结论]在气候变化、流域下垫面和人类活动的综合影响下,河川径流的年内分配均匀度发生着相应变化。     

1978-2011年呼图壁河径流的变化趋势

[目的]分析新疆维吾尔自治区呼图壁河径流变化特征与长期变化趋势,为制定科学合理的呼图壁地区水资源供需平衡发展战略提供理论支撑。[方法]采用变差系数法、距平累积法、Mann-Kendall非参数秩次相关检验法及Morlet连续复小波变换对呼图壁河石门水文站1978—2011年实测日流量资料进行分析。[结果]呼图壁河径流的年内变化主要受降水与气温的影响,其主要径流产生于5—9月,汛期为6—8月,径流量占全年径流量的69.4%,枯水期为12月至次年3月。呼图壁河的Cv平均值为0.149。近34a来径流量整体呈现出不显著的增加趋势,径流量的年际变化小,年际间持续枯水与持续丰水的时间几乎相同。此外,呼图壁河年径流存在4个较为显著的周期波动,其中18和29a分别为径流量年际变化的第Ⅰ、第Ⅱ主周期。[结论]呼图壁河近34a来径流量呈增加趋势,径流量的年际变化呈现出较为显著的周期性,径流量的年内分配很不均匀。     

1960-2017年珠江流域下游径流年际与年内变化特征

[目的]分析1960—2017年珠江三角洲顶点径流年际、年内变化,为合理利用流域水资源提供参考。[方法]年际变化运用径流年际变差系数(C_v)、M-K趋势分析、Morlet小波分析等方法分析,年内变化运用集中度(期)、径流等值线法等方法分析。[结果]珠江三角洲顶点主要水文站径流年际变率较小。1960年以来研究区主要水文站径流量总体并未发生显著变化;径流量距平百分率K_i显示西、东江流域旱涝灾害发生较均匀且发生率较低,北江流域易发生洪涝灾害;珠江流域西、北、东江径流基本存在25～32,10～20,4～10 a的周期变化。珠江流域径流年内分配极不均匀,年径流集中度(RCD_(year))北江和东江略低于西江,近年来集中度都有减小趋势。北江最大径流最早出现,在5,6月份交替,东江最大径流在6,7月份交替,西江最大径流主要出现在7月份。[结论]珠江流域下游地区近60 a径流量并未发生明显的下降或上升趋势,但径流年际与年内变化仍十分明显,变化的主要原因为流域水库修建等剧烈的人类活动。     

悖牛川径流年内分配变化规律研究

[目的]分析悖牛川径流年内分配变化特征,为流域水资源规划、管理和开发利用提供科学依据。[方法]根据悖牛川控制性水文站—新庙站1966—2010年实测月径流资料,分析年内分配不均匀系数、完全调节系数、集中度(期)等特性。并采用累积滤波器和Mann—Kendall秩相关法诊断各月径流量的变化趋势。[结果](1)总体上,悖牛川径流年内分配呈双峰型分布,其峰值分别出现在3和8月。径流年内分配很不均匀,8月份径流量达到最大值,占年径流量的37.63%;1月份降到最低值,仅占到年径流量的0.65%;(2)20世纪60—70年代的不均匀性和集中程度最大,80年代最小。最大径流出现在7月中下旬到8月上中旬,相对比较集中;(3)对于1966—2010年系列,各月径流量都处于显著减小的趋势。[结论]受气候和人类活动的影响,悖牛川月径流量年内分布不均且均呈现减少趋势。     

窟野河流域径流变化及人类活动对其的影响率

利用王道恒塔、温家川2个水文站的实测降水、径流资料,应用M—K秩相关系数、R/S分析、降水—径流双累积曲线法等多种数值模型方法,分析了窟野河径流年际变化特征、径流变化趋势、降水变化以及人类活动对径流变化的影响。结果表明:(1)窟野河流域多年径流变化呈下降趋势,20世纪末以来尤为明显。(2)王道恒塔和温家川2个水文站的Hurst指数分别为0.853和0.803,表明未来一段时间内窟野河年径流变化趋势将与过去保持同一势态,有持续递减的特征。(3)不同历史阶段,人类活动的剧烈程度不同,对径流量减少的影响亦不同。影响最剧烈的阶段为1997—2010年,该阶段人类活动对径流减少的影响所占比例在2个水文站分别高达80.48%和93.62%。人类活动的加剧是导致窟野河径流量锐减的主要原因。     

基于Morlet小波的辽河径流量变化及其成因分析

利用辽河流域58个气象监测站点1956—2009年的年均气温、年降水量、年蒸发量和铁岭水文站对应年份的径流量数据,综合运用小波分析、小波互相关及偏相关分析,研究了上述气候因子和径流量的多时间尺度波动特征及其相关关系。结果表明:辽河年径流量的主要波动周期为10,36 a;经偏相关分析校正后,流域年均温与径流量的波动周期在全部时间尺度上（1～54 a,下同）呈负相关关系;年降水量与径流量的波动周期呈显著的正相关关系;年蒸发量与径流量的波动周期不存在显著的相关关系。由此,年均温和年降水量是辽河径流量变化的主要影响因素。梳理了基于小波分析的水文特征研究方法,并引入偏相关分析对以往研究中存在的不足进行了纠正。同时本研究所得结果也可以成为辽河流域水资源管理和调度的重要参考。     

变化环境下滇中地区典型流域水资源演变特征

[目的]以典型流域为研究对象,揭示变化环境下滇中地区水资源的演变特征,为区域水资源综合管理服务。[方法]以滇中地区蜻蛉河流域1963—2012年的月值径流实测资料为基础,采用线性倾向估计、Mann-Kendall非参数检验、小波分析和R/S分析等作为主要研究方法。[结果](1)蜻蛉河流域径流量年内分配极不均匀,主要集中在夏秋两季,而冬春两季占全年的百分比均较小;(2)自20世纪60年代以来,蜻蛉河流域径流量总体呈现出了减少的趋势,速率为4.80×107 m3/10a,但其变化趋势的尚未达到0.05的显著性水平;(3)研究时段内蜻蛉河流域径流量的变化经历了"多—少—多—少"的演变过程,2010年为一个典型突变年份;(4)从多时间尺度特征来看,蜻蛉河流域径流量变化局域性特点较为突出,没有贯穿整个研究时段的周期性波动,相对较为明显的周期性变化为15a;(5)蜻蛉河流域年径流量的变化存在比较显著的赫斯特现象,未来持续减少的概率较大。[结论]蜻蛉河流域水资源季节性分布不均,年际波动幅度大,未来一段时间内将继续维持减少趋势,需提前做好合理规划。     

大沽夹河流域径流年内分配特征的量化研究

采用Mann-Kendall法和最小方差法,对大沽夹河流域1966~2004年逐月实测径流数据进行均值变点分析,根据变点分析结果,将径流划分为水文变化特征相似的4个时段,并分析了各时段年内分配不均匀系数、集中度和集中期及变化幅度等特性。结果表明:（1）大沽夹河流域径流年内分配十分不均匀,径流量主要集中在6~10月份,11月至次年4月所占比重不大。（2）1966~1971年和1982~1996年的年内分配特征比较接近,1972~1981年和1997~2004年的比较相似。（3）1997~2004年的径流年内分配特征发生了较大变化（年内分配极不均匀、集中度较高、变化幅度较大等）,致使流域水资源开发利用的难度加大。     

古尔图河气象水文要素变化特征与下游艾比湖生态的关系

基于1974—2014年古尔图河新渠首水文站的水文气象数据,运用累积距平法、Mann-Kendall突变检验法及小波分析法对气象水文要素的序列变化趋势、突变特征及周期变化规律进行综合分析,并论证古尔图河气象水文要素与奎屯河、艾比湖之间的关系。结果表明:(1)近40年来,气温、降水、径流均呈现先降后升的变化趋势,其年际变化率分别为7.95%,15.84%,6.68%;(2)气温在1980s末期发生突变,降水突变时间早于气温(1980s初期),径流突变时间最晚(1990s末期);(3)气象水文要素呈现多种不同尺度的振荡周期,气温、降水和径流的年代际变化周期以25~28年、17~22年、4~6年最为常见;(4)径流与气温之间存在良好的相关性,与降水的关系较为复杂;(5)奎屯河的径流变化趋势基本与古尔图河呈正相关关系,20世纪70年代初期艾比湖生态环境恶化的主要驱动因素是人类的过度开发。     

1960-2012年淮河流域极端气温变化特征

基于1960-2012年淮河流域28个气象站点的逐日最高气温和最低气温观测资料,选取12个具有代表性的极端气温指数,采用线性倾向法、Mann-Kendall法和小波分析法研究淮河流域极端气温指数的变化特征.结果表明:(1)研究区冷夜、冰冻、霜冻曰数分别以4.08、0.78、5.10d·10a-1 (P＜0.05)的速率下降,暖夜、夏季、热夜分别以1.87、2.08、2.82 d·10a-1 (P＜0.05)的速率上升,日最高(低)气温的极小值、日最低气温的极高值的变化率分别为0.34 (0.62)、1.80℃·10a-1 (P＜0.05),而冷昼、暖昼以及日最高气温极高值的变化并不显著.(2)28个气象站点极端气温指数的变化在空间分布上存在着较大的差异,冷指数中冷昼、冷夜、冰冻和霜冻曰数(日最高和最低气温的极低值)在淮河中下游地区的降幅(升幅)较大,上游地区站点的变化则相对较小.暖指数变化较大的站点主要分布在流域的东部和南部地区,西部与北部地区站点的变化不够明显.(3)冷指数的突变主要发生在20世纪80年代,而暖指数的突变则主要发生在2000年左右,与冷指数的突变相比,暖指数的变化表现出后延性、稳定性和持续性的特征.(4)冷、暖指数分别存在着4类和3类尺度的时间变化规律,暖指数的周期变化较冷指数更具稳定性,尤以10a时间尺度下的周期变化最为典型.     

淮河流域不同量级降雨时空分布特征及其影响因素

采用淮河流域1965—2016年67个气象站点52 a的逐日降水资料,应用Mann-Kendall趋势检验法、反距离权重插值法和Morlet小波分析法,研究了不同量级降雨时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）淮河流域各量级降雨的年降水量均呈增大趋势,其中暴雨的年降水量年际变化波动相对较大。（2）整个淮河流域的降雨以中、大和暴雨为主,且比较集中。（3）淮河流域小雨和中雨的年降水量由南向北的递减较为平均,各级雨量带呈条带状分布,而大雨和暴雨的各级雨量带无条带状分布的规律。此外,不同量级降雨的降水日数和降水量空间分布一致,均具有“由南向北,依次递减”的特点。（4）1965—2016年,太阳黑子出现极值的年份与淮河流域各量级降雨的降水量极值年份并不完全对应。淮河流域暴雨的年降水量和太阳黑子数都在15 a左右尺度上震荡明显,虽然尺度上不能完全对应,但有交叉,说明暴雨的年降水量和太阳黑子数存在相似的振荡周期变化。