近80年来北洛河流域径流变化特征及其归因分析

为了探究北洛河流域径流变化特征及其驱动因子,对流域治理规划和生态环境建设提供科学依据,基于北洛河流域1937—2018年径流数据,采用现代数理统计方法对径流特征进行了分析,并结合1952—2019年气象资料分析了气候变化对径流的影响。通过降水—径流双累积曲线法定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：北洛河流域1937—2018年年均径流量显著减少(p<0.01),在1970年、1994年发生突变,且存在54 a的主周期变化。1956—2019年北洛河流域降水变化趋势不显著(p>0.05),气温显著增加(p<0.01),气候变化对北洛河径流量起到减小作用。与1957—1970年相比,1971—1994,1995—2018年人类活动对于径流减少的贡献率分别高达92%和97%,人类活动是使北洛河径流量发生减少和突变的关键因子。     

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。     

近50年来淮河干流径流演变规律分析

基于淮河干流1956-2008年的实测径流资料,从不均匀性和集中程度等方面分析了径流年内分配的时空变化特征,并采用Mann-Kendall非参数检验和距平累积等方法对径流年际变化的趋势性与阶段性进行定性和定量分析。结果表明:(1)淮河干流径流年内分配极不均衡,年际变化较为剧烈。汛期径流量约占年径流量的63%,而最小年径流量仅占多年平均径流量的14.0%～18.2%。1980年以后,径流年内分配不均匀性与集中程度进一步加剧,空间差异有所减小,而集中期则延迟于7月份。(2)年径流量总体表现出递减的变化趋势,且中游递减趋势较上游明显,但均不显著。四季径流量变化趋势与变化幅度不尽相同,息县站和王家坝站仅在春季呈现递减趋势,而鲁台子站与吴家渡站在春、秋季均呈现递减趋势。总体而言,枯水期径流量的进一步减少将加剧流域水资源的供需矛盾。(3)年径流量序列中存在2个持续丰水时段和3个持续枯水时段,且持续枯水时段较持续丰水时段要长。在1996-2008年间,年径流量丰枯交替变化频繁,这主要与该时段流域内降水量年际变化大、旱涝交替出现有关。     

1961-2015年雅鲁藏布江流域径流演变规律分析

基于雅鲁藏布江流域奴下水文站1961-2015年逐月径流量资料,采用启发式分割算法识别径流突变年份,继而采用Mann-Kendall非参数检验分析径流的长期变化趋势,应用集中度和集中期研究径流的年内变化规律。结果表明:(1)年径流量呈现先减少后增加的变化趋势,且转折点为1992年,即年径流量在转折点前以2.715 mm/a的速率呈现显著的下降趋势,但在转折点后呈现不显著的上升趋势;(2)湿润季径流量占全年径流量的71.6%±4.4%,主导着雅鲁藏布江流域的年径流量变化过程,而在转折点后干旱季径流的变化是年径流呈现增加趋势的另一个重要原因;(3)雅鲁藏布江流域的径流年内分配规律呈“坦化现象”,即径流量最大值出现时间推迟且年内分配更加均匀,这可能归因于该地区植被覆盖状况的恢复和改善。研究结果可以进一步识别气候变化和下垫面在径流变化过程中的作用奠定良好的基础,为区域生态环境可持续发展提供建议和指导。     

淮河上游径流年内分配均匀度及变化规律

研究淮河上游径流量的年内分配均匀度及其变化周期,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。选取1975—2014年淮河上游2个水文代表站点(大坡岭和长台关)实测逐日流量数据,计算各年平均流量基尼系数和洛伦兹不对称系数,采用线性倾向率、Mann-Kendall突变检验、R/S分析和小波分析等数理统计方法,分析了淮河上游流量的年内分配均匀度、变化趋势及周期特征。结果表明:(1)近40年淮河上游大坡岭和长台关水文站的逐年平均流量均呈微弱下降趋势,其线性倾向率分别为-1.68m~3/(s·10a)和-3.83m~3/(s·10a)。年均流量的基尼系数变化幅度不明显,年平均基尼系数分别为0.54和0.53。洛伦兹不对称系数呈不显著上升趋势,大于1的洛伦兹不对称系数的年份占总年份的比例分别约为65%和57.5%;(2)2个水文站的Hurst指数都略大于0.5,表明存在显著的Hurst现象,即该地区年径流时间序列大体上延续历史变化趋势,说明在未来一段时间内年径流量仍将微弱减少;(3)近40年淮河上游年径流变化主要存在3a,12a和28a的主周期。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。     

1944-2004年黑河出山径流变化及其对区域水资源安全的可能影响

以黑河出山径流控制站莺落峡水文站1944-2004年径流序列为基础数据,分析出山径流的年际变化、年内分配特征和稳定性特征,进而分析了径流多年变化对区域水资源安全产生的可能影响.结果表明:(1)莺落峡站多年径流量呈增加的趋势,但是趋势不显著;人类活动对莺落峡站径流量变化影响较小,丰枯转化较为平衡;(2)莺落峡站径流量年内分配极为不均,主要集中在汛期,即5-10月份;(3)莺落峡站各月径流量变差系数都较小,其中1月、3月和12月的变差系数均小于全年的变差系数,径流量稳定性较好,其它各月的变差系数均大于全年的变差系数,径流量稳定性稍差;莺落峡站秋、冬季径流量持续性较好;(4)莺落峡站多年径流量的增加,尤其是5-6月份径流量的增加,既增加了区域可用水量,也缓解了春末夏初的"卡脖子"旱;(5)莺落峡站径流量年际变化的丰枯波幅不大,年际水量变化相对比较稳定,多年径流年内分配愈加均匀,径流年丰枯率越来越小,有利于黑河水资源的开发利用;(6)莺落峡站多年径流量的增加,尤其是8-10月份径流量的增加,有利于黑河中游地区全年调水计划的实施.     

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。     

嘉陵江流域降水及径流演变规律分析

流域降水与径流演变规律的异同性,可有效表征人类活动对流域径流的影响。基于嘉陵江流域1958—2008年水文、气象资料,探寻流域年降水量、年径流量的空间分布规律,采用经验正交函数和时间序列分析法,研究年降水量、降水量年内分配指数和年径流量的演变规律,对比演变规律的同步及异步变化特征。结果表明:年降水量自流域东南向西北递减,年径流深分别于涪江、渠江上游和流域北部、涪江中游、流域中游干流段出现相对高值和低值。流域年降水量、降水量年内分配未呈现显著变化趋势,无突变点,把口站北碚站年径流量下降趋势明显,于1990年产生突变;年降水量和年径流量主周期一致,均为35a和21a,但主周期显著程度不同;年降水量和年径流量于2002—2008年丰枯状态不同,径流相对于降水呈现强减少趋势。流域自然条件和水利水保措施、城市化等人类活动造成降水与径流主周期显著程度的差异,以及降水与径流趋势性、突变性及阶段性变化的不同步。     

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.     

基于EEMD-SVM模型的北洛河上游径流预测

[目的]提高北洛河上游径流预报精度,为流域管理及水资源合理配置提供依据。[方法]以1971—2014年北洛河上游吴旗水文站实测径流资料为基础,采用EEMD-SVM耦合模型对吴旗站月径流序列进行了模拟预测,并与EEMD-ARIMA和EEMD-NAR两种耦合模型的预测结果进行对比。[结果]EEMD-SVM模型的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)最低,决定系数(R²)和纳什系数(NSE)最高。其中,相比于EEMD-ARIMA和EEMD-NAR模型,EEMD-SVM模型的决定系数(R²)分别提高了186.63%,49.49%。[结论]EEMD-SVM模型具有更高的预测精度和更强的非线性拟合能力,可以成功地应用于北洛河上游的月径流预报。同时,研究表明EEMD-NAR模型的预测性能高于EEMD-ARIMA性能。     

重新认识黄河

 要研究黄河下游治理方向,首先需要重新认识黄河。黄河现在的特点是干旱年份上中游一些支流径流量减少幅度大于降水量减少的幅度,社会经济用水和生态植被用水量在增加,入黄泥沙减少的同时径流量也减少。对于今后黄河的治理,需要研究下游的年均水量及汛期水量的可能变化,减沙量与减水量的变化幅度和增加下游汛期水量的可行性。按照“与自然和谐共存”的思想,总结了黄河流域治理开发以及水土保持、植被恢复等生态环境建设中的基本教训。     

退耕还林(草)对北洛河上游水沙变化的影响

为探究黄土高原地区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以植被恢复较好的北洛河上游为研究区域,根据其控制站吴起水文站1971—2010年4—10月实测水沙资料,定量分析降水量、径流量和输沙量三个水文要素的变化趋势和发生突变的年份。结果表明:1971—2010年,降水量并未发生显著的趋势性变化,径流量和输沙量呈显著减小趋势;综合四种突变点检验方法结果,并结合水土保持措施资料,确定径流量和输沙量的突变年份为2002年;利用双累积曲线定量分析降水和以退耕还林（草）为主的人类活动对径流量与输沙量的影响,相对于1971—2002年,2003—2010年降水和人类活动对径流量的影响程度分别为70.8%和29.2%,对输沙量的影响程度分别为34.0%和66.0%。植被的减沙作用明显大于减水作用,以退耕还林（草）为主的人类活动是北洛河上游流域泥沙减少的主要驱动力。     

基于IHA-RVA法的生态治理对径流演变情势的影响评估

研究流域径流演变情势及其对生态治理的响应,可为流域水资源合理利用和水生态治理提供重要指导。该文依据北洛河上游1964—2014年逐日平均流量和年降水量资料,采用双累积曲线法、双滑动平均法(MASH)和Mann-Kendall趋势检验法对径流过程变化进行了分析研究,采用水文指标变化范围法(IHA-RVA)对5组30个径流指标及其改变度进行了评估,对径流演变成因做了初步分析。结果表明：研究期内年径流呈现减少趋势,且以1979年和2002年为界可划分为基准期、水土保持治理期和生态恢复影响期;汛期流量下降较非汛期明显,减少幅度为35.6%;生态治理影响下径流指标整体水文改变度为74.35%,属于高度改变;5组30个径流指标中发生高度改变的指标占比增加,其中年极端流量组变化度最大,为94.77%。人类活动使得流域河川径流显著减少且波动性减弱,而水土保持、退耕还林(草)措施是核心驱动力。     

基于MOD16的北洛河流域蒸散发空间格局演变研究

[目的]探究北洛河流域地表实际蒸散发年际和年内的时空变化特征,为该区域的生态基准与生态需水量研究、退耕还林效果研究提供理论依据。[方法]基于北洛河流域2000—2014年MOD16遥感数据、气象数据、水文数据和2011年土地利用数据,采用流域水量平衡法、均值法、标准差法和线性趋势法进行蒸散发(ET)时空变化特征分析。[结果]流域年蒸散量在波动中缓慢上升,波动范围为395.4~517.4mm/a,15aET均值为446.74mm/a,年内蒸散量呈单峰型分布,季节性变化特征明显,地表蒸散主要集中在5—9月,最高值出现在8月;经与北洛河流域的实测降水空间插值结果比较,MOD16-ET估算结果的相对误差均值为12.04%,相关系数达到0.81;流域内上游至下游的ET剖面线波动明显,呈不规则的"波动曲线"形态;流域内ET值年际变化空间分布特征明显,中游和上游地区以增加趋势为主,下游以减少趋势为主。[结论]近15a来北洛河流域蒸散发整体呈现增大趋势,主要驱动因素为人类活动,尤其是退耕还林和水土保持等工程的实施。     

黄土高原昕水河流域径流变化及其对环境要素的响应

以黄土高原昕水河流域为对象,采用有序聚类等数理统计方法,诊断了近60 a来实测径流的变化及其阶段性特征,在此基础上,分析了不同阶段实测径流与气候要素之间的响应关系,初步揭示了径流演变的驱动机制。结果表明:近60 a来昕水河流域实测径流量以1965年和1979年为分割点总体呈现阶段性减少趋势,其中,21世纪以来减少尤其明显。不同阶段的年降水、径流关系有一定差异,相比而言,汛期（6—10月份）的月降水量与径流量具有相对较好的相关关系,非汛期（11—5月份）的月降水径流关系点群散乱。积雪及融雪对河川径流量的影响存在±5℃阈值,当气温介于该阈值区间,气温变化对河川径流影响较大。昕水河流域汛期产流受高强度降水支配,非汛期径流量以地下径流和融雪径流为主。人类活动对河川径流的影响有增大趋势。