应用重标度极差分析法（R/S）分析无定河流域水沙变化

河流水沙变化是降水、蒸发及下垫面条件改变的客观反映,揭示流域水沙演变规律及成因,可为水资源合理利用提供决策依据。应用R/S分析法对时变指数Hurst的计算及其检验,分析无定河流域赵石窑站和白家川站径流与输沙量时间序列的长程相关性。结果表明：两站的径流时间序列的Hurst指数分别为0.56、0.61,均大于0.5,呈现长程正相关;而两站的输沙量时间序列的变化存在差异,赵石窑站的输沙量时间序列有2个突变点,分别发生在1966和1979年,3个标度分布范围的Hurst指数分别为0.97、0.71和0.90,均明     

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。     

基于重标极差(R/S)和小波分析的黄土坡耕地产流产沙特征研究

为探明降雨条件下黄土坡耕地微地形径流和泥沙变化规律,通过5°、10°、15°、20°、25°坡和直线坡、人工锄耕、人工掏挖、等高耕作4种耕作方式组合条件下的室内模拟降雨试验,应用基于分形理论的重标极差(R/S)分析法对径流和泥沙时间序列的变化趋势进行预测,同时使用小波(Morlet)分析对各径流和产沙序列的变化主周期进行识别。结果表明:径流序列的赫斯特指数变化区间为[0.567,0.798],产沙量时间序列的赫斯特指数变化区间为[0.632,0.861],两者均大于0.5,呈现长程正相关。因此,坡耕地下一时段的径流量和产沙量时间序列与过去时段变化趋势相同;4种耕作措施的径流量最大峰值均出现在28~29 min,部分耕作措施的产沙量序列可能存在30 min以上的长周期,需要更长的时间序列验证。用R/S分析法结合小波分析,预测未来的产流产沙趋势,结果具有可靠性。该研究丰富了径流和泥沙输移理论,对农业生产和水土保持等方面研究具有指导意义。     

基于SPEI渭北黄土台塬区干旱时空演变特征

基于1969—2016年渭北黄土台塬区10个气象站实测资料,计算不同时间尺度标准化降水蒸散指标(SPEI),采用Mann-Kendall检验、Morlet小波分析、R/S分析等方法,研究了区域干旱时空演变特征.结果表明:(1)48 a来渭北黄土台塬区年及四季干旱均呈增强趋势,未来有很大可能继续向干旱化发展;(2)年干旱...     

基于R/S分析的阿坝藏族羌族自治州年降雨量定量预测

在Hurst指数趋势分析的基础上,考虑初始序列长度、相关性等因素,并结合计算机语言,实现了基于R/S方法的降雨量定量预测,成功地将非线性时间序列预测方法从定性转向定量。以阿坝藏族羌族自治州小金水文观测站年降雨量为例,分别对不同初始序列长度的年降雨量进行了R/S定量预测,模型预测精度平均值高达92.9%,表明该模型精确度高、适用性好,为非线性时间序列定量预测问题的解决提供了一种快速而有效的方法。     

气候和土地利用变化对潮河流域产流产沙的影响

为探究气候变异和土地利用变化对流域产流产沙的影响,选择位于北京密云水库上游的潮河流域,对该流域1961-2009年的年径流、年降水、年潜在蒸散发和年输沙量分别进行了非参数检验和突变点分析,结合该流域不同时期的土地利用变化情况,采用水量平衡原理,定量评价该流域土地利用和气候变异对年径流量和年输沙量变化的贡献。结果表明:该流域年径流量在1961-2009年间呈显著减少趋势,并在1999年发生突变,但年降水和潜在蒸散发没有显著变化。该流域年输沙量显著减少,且于2004年发生突变。分析表明该流域气候变异和土地利用变化对年径流量减少的贡献率分别为43.9%和56.1%,而对年输沙量减少的贡献率分别为1.95%和98.05%。土地利用变化是导致该流域年径流量减少,特别是年产沙量减少的重要原因。在全球气候变化的大背景下,通过调整流域土地利用结构、优化土地利用方式,开展以植被恢复为主体的水土流失综合治理,是实现适应性流域管理目标的根本途径。     

和田绿洲水文气象要素分形特征与R/S分析

基于和田绿洲半个世纪（1954-2003年）以来实测水文气象资料,应用Kandell秩次相关检验法进行趋势性分析,结果表明：气温、蒸发的增加趋势显著,降水、相对湿度与河川径流量存在不显著的减少趋势。R/S分析结果表明,绿州内各水文气象要素的变化具有持续性,但不同季节的持续强度不同,降水和相对湿度的持续强度夏季大于冬季,其余表现为冬季大于夏季。分形结果显示,各水文气象要素变化的趋势性和复杂程度不同,其中玉龙喀什河径流量〉喀拉喀什河径流量〉相对湿度〉降水量〉平均气温〉蒸发量,即绿洲径流变化的趋势线最不明显,也最复杂。研究结果对了解绿洲气候资源、指导农业生产及预防灾害有参考作用。     

不同土壤坡面产流产沙特征对比分析

通过不同坡度(5°,10°,20°)、不同质地土壤(粘土、砂土)的人工模拟降雨试验,对比研究粘土和砂土在不同坡度条件下的坡面产流产沙规律,并建立试验条件下坡面土壤侵蚀模型。结果表明:(1)粘土坡面和砂土坡面的产流规律相似,在相同试验条件下随着产流时间的延长粘土坡面和砂土坡面的产流率均先逐渐增加最后趋于稳定,同时随着坡度增大,粘土坡面和砂土坡面的产流率均逐渐变小,但粘土坡面达到稳定产流率的时间早于砂土坡面;(2)粘土坡面和砂土坡面的产沙规律相似,在不同坡度条件下粘土坡面和砂土坡面的产沙率均随产流历时呈先增大后降低的趋势,但粘土坡面的产沙能力小于砂土坡面,且在坡度为5°时两者之间的差别达到最大;(3)随着坡度增加,粘土坡面和砂土坡面的总产沙量的变化幅度均大于总产流量的变化幅度,即坡度对坡面侵蚀产沙的影响大于对径流的影响;(4)统计得出试验条件下粘土坡面和砂土坡面的土壤侵蚀量与坡度、产流时间的回归方程,并据此得出试验条件下粘土相对于砂土坡面的减沙能力方程。     

模拟径流条件下覆沙黄土坡面产流产沙过程

基于可调控的放水冲刷试验,模拟风水复合侵蚀区典型覆沙黄土坡面,研究不同径流条件下覆沙黄土坡面产流产沙过程。通过室内放水冲刷试验,采用3个放水流量(5,10,15L/min)和5个覆沙厚度(0,5,15,25,35mm)研究覆沙黄土坡面产流产沙过程。结果表明:覆沙坡面能够延长产流时间,且随覆沙厚度的增大而延长,不同放水流量条件下5,15,25,35 mm覆沙坡面的产流时间较黄土坡面分别延迟了1.29~1.46倍,1.66~2.5倍,2.32~3.76倍和3.64~4.72倍;覆沙坡面相对黄土坡面其产沙贡献率大于产流贡献率,在相同放水流量条件下,覆沙坡面的径流总量是黄土坡面的1.05~1.8倍,而产沙总量是黄土坡面的1.6~7.5倍;覆沙坡面在不同放水流量条件下,产流0~5min内,覆沙坡面产流率增长速率明显高于黄土坡面,而在后25min覆沙坡面与黄土坡面的产流率增长速率基本一致;在整个产流阶段,覆沙坡面的产流率波动程度显著高于黄土坡面。随着放水流量的增大,覆沙坡面的初始产沙强度显著增加;但在同一放水流量前提下,随着覆沙厚度的增大初始产沙强度增强不显著。不同放水流量和不同覆沙厚度条件下坡面产沙强度总体上表现为先剧烈增大后降低然后逐步达到平稳状态,且覆沙坡面产沙强度的波动性明显活跃于黄土坡面。覆沙坡面能够破坏水流的稳定性,在一定程度上加剧了土壤侵蚀。     

布设植物篱条件下工程堆积体坡面产流产沙过程研究

为了探究植物篱措施对工程堆积体坡面产流产沙过程和减流减沙效益的影响,采用35,45,55L/min 3个流量,对24°,28°,32°3个坡度的堆积体边坡(20m×5m标准小区)进行模拟放水冲刷试验。结果表明:植物篱坡面的初始产流时间和产流强度较对照坡面(裸坡)均有不同程度减小,产流强度在时间尺度上表现为间歇性波动上升;植物篱坡面产沙率先增大后减小,产沙率整体低于对照坡面,且二者差值随时间逐渐缩小;小流量条件下产沙较稳定,大流量条件下产沙率变化较大;产沙量与产流量之间有良好的线性关系;植物篱措施的平均减沙效益随坡度增大而减弱,平均减流效益随坡度增加而增大,减沙效益仅与坡度有显著相关性。减流效益与减沙效益的关系较复杂,但降低工程堆积体坡面坡度仍是防治水土流失的关键,对于植物篱措施减流减沙的局限性,应通过提升植物篱的布设参数来改善。     

黄土坡耕地径流水力学参数与侵蚀产沙的模拟

为了明确连续降雨条件下黄土坡耕地微地形的径流产沙及水力学特征,基于4种坡度(5°,10°,15°,25°)、4种耕作方式(直线坡、人工锄耕、人工掏挖、等高耕作)和2种雨强(60mm/h,120mm/h)的组合,通过室内模拟连续90min降雨试验,对不同坡面的径流泥沙特征和水力学参数进行了定量分析和计算。结果表明:4种耕作措施的径流量和产沙量均遵循一致的规律,从大到小均为直线坡人工锄耕人工掏挖等高耕作,直线坡的径流量和产沙量分别是等高耕作坡面的2倍和2.3倍,其水土保持效应依次增强;相同耕作方式下,与60mm/h雨强相比,120mm/h雨强下的径流量由1.04kg/min增大到3.02kg/min,雨强对径流量的影响显著;径流量和泥沙量随时间均呈现对数变化趋势;相同降雨历时下,坡面流随雨强和坡度的增大,从层流和缓流向紊流和急流发展,加剧了水土流失。耕作方式、雨强和坡度是影响黄土坡耕地侵蚀产沙过程及水力学特征的重要因素。因此,通过实施有效的保护性耕作、削弱坡度效应将有助于黄土坡耕地的水土保持。     

水土保持措施对密云板栗林坡面产流产沙的影响

以北京市密云板栗林为研究对象,设置植物措施、工程措施和植物+工程措施处理(裸地作为对照)分析不同水土保持单一措施及其组合措施对坡面产流产沙及水沙关系的影响,以期为密云区板栗林水土保持措施的制定提供科学依据。结果表明:植物措施方面,卷柏处理的减流率和减沙率分别为62.8%,88.3%,减流减沙效果优于椰丝毯、狗牙根和结缕草处理;工程措施方面,水平阶处理的减流率和减沙率分别为83.2%,92.9%,减流减沙效果优于鱼鳞坑处理;组合措施方面,水平阶+卷柏处理的减流率和减沙率分别为86.7%,96.1%,水土流失防治效果最好。不同水土保持措施对径流量和产沙量的影响还取决于降雨量和降雨强度。综上,考虑到植物+工程组合措施的减流减沙效果略强于工程措施,但差异不显著,因此在综合考虑经济效益和生态效益的基础上,建议采用工程措施进行板栗林水土流失防治,具体采取水平阶作为研究区的主要水土保持措施。     

喀斯特地区不同降雨和植被覆盖的坡面产流产沙特征

[目的]分析不同降雨类型下的径流和产沙量特征,及其在不同植被覆盖类型和植被覆盖度下的响应,为喀斯特地区黄壤坡面在不同降雨和植被覆盖条件下的产流和产沙量动态特征研究提供理论基础。[方法]以贵州省黔南州龙里县羊鸡冲小流域2014—2018年径流小区实测数据为基础,基于均值分类的方法,将研究区降雨类型划分为4类,对各指标进行相关性分析、回归模型模拟以及指数函数分析。[结果]不同降雨对研究区产流产沙的影响程度不同,不同植被覆盖类型下降雨特征对产流产沙的影响存在明显的差异。总体上A型降雨(极强雨强,极大降雨量、中等降雨历时的低频次降雨事件)更容易造成侵蚀性危害,该条件下坡面产流和产沙量之间显著相关,并且经果林表现出极好的水土保持效果;B型降雨(强雨强,中等降雨量、短降雨历时的高频次降雨事件)为该地区主要降雨类型;在4种降雨条件下,混交林的水土保持效果优于其他植被覆盖类型。产沙量与雨强、径流深正相关,和植被覆盖度负相关,对产沙量的影响为:径流深平均雨强植被覆盖度。当植被覆盖度到达80%左右,其削减径流以及减沙的效果处于稳定的状态。[结论]在降雨一定的前提下,植被是影响坡面产沙量的关键因子。对于喀斯特地区黄壤坡面而言,增加地表覆盖度是减少产沙量的基础,也是防治水土流失的一项重要举措。     

黄土高原坡耕地土壤物理结皮对坡面产流产沙过程的影响

探究黄土高原坡耕地土壤物理结皮对坡面产流产沙的影响和作用机理,为黄土高原坡耕地水土流失防治提供科学依据.通过室内人工模拟降雨试验,研究坡耕地沉积结皮和翻耕以后形成的击溅结皮对坡面产流产沙过程的影响.根据研究区坡耕地结皮形成的特点,试验共设计5个处理,分别为裸地、沉积结皮、沉积结皮破坏、翻耕和翻耕击溅结皮,每个处理对应2...     

紫鹊界梯田区坡面产流产沙特征的模拟试验研究

通过野外模拟降雨试验,研究了紫鹊界梯田区红薯地与裸地土壤入渗及坡面产流产沙特征。结果表明,与裸地坡面相比,红薯地坡面由于覆盖度高,土壤疏松,其土壤入渗率比裸地高。在小雨强(0.65mm/min)条件下无径流产生,中(1.15mm/min)、高(1.65mm/min)雨强下坡面产流产沙速率以及径流系数均有很大程度的降低,表现出较强的减流减沙效益,但径流含沙量分别为裸地的1.3和2.8倍试验条件下的坡面产流产沙和土壤入渗过程均符合幂函数关系,产流率与产沙率之间呈线性关系。