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。     

汾河上游径流演变特征及其驱动力

基于汾河上游兰村站1956-2000年径流数据,采用累积距平、M-K趋势检验、有序聚类、EMD分解和双累积曲线等方法,探讨了径流的年内分布和年际变化特征,定量分析了降水和人类活动对径流的影响率,进一步研究了径流对太阳活动和ENSO循环的响应。结果表明:1汾河上游径流年内分布极不均匀。径流年际变化呈显著减少趋势,经历了丰枯两个阶段,并在1970年发生突变。年径流具有准2~4年等周期。21970年前径流主要受降水影响,1970年后人类活动对径流减少贡献最大,降水次之。3厄尔尼诺发生年径流减少,结束年增加;拉尼娜发生年径流增加,结束年减少。两事件主要影响夏季和秋季的径流。太阳活动和径流丰枯有很好的响应关系。     

近70年首都水源涵养区水热条件及地表径流演变特征研究——以清水河和白河流域为例

永定河流域的清水河和潮白河流域的白河，是张家口建成首都地区水源涵养功能区的关键流域。利用清水河流域（1951-2020年）和白河流域（1970-2020年）的多年水文资料，运用有序聚类分析、小波分析等数理统计方法分别对清水河流域和白河流域的径流量、气候要素（降水和气温）进行趋势分析和突变分析，并基于Pearson相关分析和贡献率分析的方法讨论了降水量、气温和蒸散量对径流量变化的影响。结果表明：(1)清水河流域和白河流域的降水量呈现不显著上升趋势，1960-2020年间平均上升速率分别为0.964 mm/10a和3.316 mm/10a，分别在1965年和2016年发生突变；(2)清水河流域和白河流域的气温均呈现显著上升的趋势，清水河流域平均气温上升速率是0.246℃/10a，白河流域平均气温上升速率为0.207℃/10a，气温都在1988年发生突变；(3)近70年清水河流域和白河流域的径流量呈显著减少趋势，都达到了99%的显著性检验水平，并在1979年和1974年发生突变；(4)径流量的主导因素是降水量，降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对充沛的5-8月份。     

基于LU-SWAT模型的土地利用/覆被变化对水文过程的影响研究——以黑河上游为例

【目的】揭示内陆河流域集水区土地利用/覆被变化对水文过程的影响及其成因。【方法】基于能够逐年调用土地利用/覆被数据的LU-SWAT模型,并结合控制变量法研究了黑河流域集水区黑河上游1990—2009年土地利用/覆被变化对地表径流、侧向流、蒸散发量、地下径流以及总产水量的影响。【结果】LU-SWAT模型对于黑河上游月、年出山径流模拟结果较好,其月径流模拟的纳什系数为0.93,相关性系数为0.94;其年径流模拟的纳什系数为0.83,相关性系数为0.86。此外,其对各个水文要素的模拟结果符合西北干旱区内陆河流域集水区的水文特征;1990—2001年黑河上游土地利用变化主要表现在林地的减少,而2002—2009年土地利用的变化除了林地和草地的增加之外,还表现在裸地的大面积减少;1990—2001年黑河上游地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势,而地下径流呈减少趋势,2002—2009年流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少,而地下径流量增加。在黑河上游,干旱条件下各水文要素对于土地利用覆被变化的响应更明显。【结论】1990—2001年林地的减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量都呈现增加趋势而地下径流呈减少趋势的主要原因。2002—2009年裸地的大面积减少可能是流域地表径流、侧向流、蒸散发量以及总产水量减少而地下径流量增加的主要原因。     

气候变化和人类活动对灌区地下水埋深的影响

【目的】探析气候变化和人类活动对灌区地下水埋深的影响。【方法】利用年代波动性分析、突变检验、灰色关联分析、敏感性分析、双累积曲线法和相对贡献率分析了人民胜利渠灌区1952—2013年地下水埋深及其影响因素的变化和突变特征,并识别了地下水埋深与各影响因素间的响应特征。【结果】人民胜利渠灌区地下水埋深呈明显增加趋势（0.8 m/10 a）。地下水埋深在1952—1959年的变异系数最大,为27.33%,呈中等变异性;降水量、蒸发量、平均气温和灌溉水量在1960s的变异系数最大,其中蒸发量和平均气温呈弱变异性。地下水埋深、降水量、蒸发量、平均气温和灌溉水量的突变年份分别发生在1984年、1970s、1972年前后、1973年前后以及1993—1996年。各影响因素对地下水埋深的影响程度大小为平均气温>降水量>灌溉水量>蒸发量,敏感程度为平均气温>蒸发量>降水量>灌溉水量。各影响因素对地下水埋深的贡献大小呈平均气温>蒸发量>灌溉水量>降水量,其中平均气温的贡献率最大为38.16%,降水量的贡献率最小为17.40%;2002—2013年灌溉水...     

汾河上游径流变化特征分析

在全球变暖的大背景下,研究河川径流的变化特征,以期深入了解流域水循环与水平衡以及流域的结构和功能。基于汾河上游静乐站1956-2008年的径流序列资料,运用累计距平法、小波分析法和滑动t检验等方法,分析了汾河上游年径流变化的趋势特征、周期特征和突变特征,揭示了流域径流的演变规律。得出以下结论:汾河上游年径流量总体呈减少的趋势,年代间表现出一定的丰枯波动性;年径流存在明显的周期性;15a尺度的周期变化在整个分析时段表现得非常稳定,具有全局性;52a来,汾河上游年径流发生了显著的变化,1983年和1998年年径流量表现出由多到少的突变,是均值和转折突变的组合。     

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%。     

开都河源区径流量演变规律及影响因素分析

【目的】厘清气候变化下开都河源区的径流演变规律及其影响因素,为流域水资源开发利用提供科学参考。【方法】基于开都河源区1960—2019年的水文气象数据,采用Mann-Kendall检验法、R/S分析法、有序聚类法、小波分析法,分析开都河源区径流量演变规律,并基于双累积曲线法、累积斜率变化率法、气候弹性系数法定量分析气候变化和人类活动对径流量变化的贡献率。【结果】1960—2019年,开都河源区年径流量以1.714×10⁸m³/10a的速率增加,Hurst指数为0.83,径流量变化存在3个主周期,分别为36、21、9 a,径流量突变点为1995年;开都河源区气温和降水量分别以0.239℃/10 a和7.670 mm/10 a的速率增加,Hurst指数分别为0.85和0.83,与径流量的相关系数分别为0.560和0.598;基于双累积曲线法、累积斜率变化率法、气候弹性系数法得出的气候变化对开都河源区径流量变化的贡献率分别为89.9%、73.1%、43%,人类活动对径流量变化的贡献率分别为10.1%、26.9%、57%,3种方法对基准期径流量模拟的...     

秃尾河流域水沙突变及其驱动因素

由于近年来秃尾河流域入黄径流量和输沙量锐减,基于高家川水文站1956-2011年56 a实测水文泥沙数据,综合分析了流域水沙演变规律,采用滑动t检验法和Mann-Kendall检验法对年径流量和年输沙量序列突变情况进行了检验,利用建立水沙双累积曲线模型,定量估算了人类活动的减水、减沙量。结果表明:流域年径流量和年输沙量均呈显著减少趋势;高家川站年径流量序列和输沙量序列突变年份分别在1976年和1996年。人类活动是影响流域入黄水沙量锐减的主要因素,受人类活动影响,径流量减少49.45亿m~3,占累积总径流量的35.94%;输沙量减少3.07亿t,占累积总输沙量的86.42%。     

根河流域1980-2017年气候和径流的变化特征分析

根河流域处于我国寒温带地区,气候和自然环境较为特殊,分布着大面积冻土,对于气候变化非常敏感。【目的】通过分析根河流域气象要素和径流的变化,探讨气候和水文之间的相互关系,为该流域的水资源科学管理提供理论依据。【方法】以额尔古纳水系根河流域为研究对象,利用M-K检验和Hurst指数等方法,分析根河流域1980-2017年气象要素和径流的变化趋势及相互作用关系。【结果】①根河流域年平均气温在1980―2017年,共上升了1.10℃,在α=0.01的水平上呈上升趋势,且上升趋势有较强的持续性(H=0.75)。其中,生长季的气温变化最为强烈(Z=4.63)。②根河流域生长季降水量占年降水量的85%,趋于下降趋势,下降幅度为1.68 mm/a。③根河流域始冻期和完全冻结期的空气相对湿度分别α=0.001和α=0.01的水平上显著下降,且下降趋势有很强的持续性(H=1.0),变化幅度为0.05%/a。④根河流域径流量趋于下降趋势,在1997年和1999年发生突变,不年降水量发生突变的时间基本吻合,且降雨不径流的变化趋势一致,相关性分析表明,降雨不径流的相关系数为0.91。⑤根河流域径流量不年均气温相关系数为0.50,气温主要以增加流域各因子的蒸散发以及土壤和河流冻结、融化的时间或面积来影响流域径流量。【结论】根河流域降水量和径流在1980―2017年没有很大的变化趋势,气温呈猛烈的上升趋势,流域气候整体上趋于夏季越来越干冷,冬季干热的趋势。     

气候变化和人类活动对西拉木伦河径流的影响

【目的】定量识别气候变化和人类活动对西拉木伦河流域径流变化的影响程度。【方法】以西拉木伦河流域为研究对象,基于该流域1958―2015年气象水文资料,采用皮尔逊相关分析、逐步多元回归分析、双累积曲线、累积距平、SCRCQ方法,揭示引起流域径流变化的主导因素,量化气候变化与人类活动对流域径流的影响程度。【结果】年径流的变化最主要受到夏季降水的影响,其次是夏季平均气温。T1(1972―1981年)、T2(1982―1997年)、T3(1998―2015年)阶段降水对径流变化的影响程度分别为0.26%、17.51%、26.13%;人类活动对径流变化的影响程度分别为99.74%、82.49%、73.88%;各阶段径流的变化主要是由人类活动导致,但随着时间推移,降水对径流的影响作用增强,人类活动减弱。     

汾河上游土地利用变化对径流的影响分析研究

以汾河上游(兰村以上)为研究区,探究土地利用变化对汾河流域径流的影响。利用1956-2011年的水文气象资料,结合研究区3期遥感影像(1978、1998和2010年),分析了汾河上游多年径流变化趋势以及下垫面变化特征。结果表明,汾河上游径流量呈现下降趋势,1956-2011年兰村站的年平均径流量减少量为0.019亿m3,多年平均径流量没有发生突变。汾河上游土地利用类型变化明显,林草地面积呈增加趋势,农用地与水域面积呈减少趋势。以上研究结果表明,合理规划土地利用,对流域安全具有重要意义。     

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。     

基于时变Budyko公式的年径流变化机理分析——以贵州省六硐河为例

气候变化与人类活动是流域径流变化的重要原因。随着人类活动逐渐频繁，不同地区的水文情势不同程度地发生着变化，因此对径流变化机理的分析一直是水文学界的重要议题之一。Budyko水热耦合平衡公式是常用的径流变化机理分析工具，因其一方面考虑了一定的物理成因，另一方面公式参数较为简单，由此在径流变化归因较长时间尺度分析上得到了广泛应用，但当前对时变形式的Budyko公式研究及应用仍有待加强。以贵州省六硐河流域为例，通过Mann-Kendall检验和突变检验方法对研究区年径流进行趋势和突变分析，基于水热耦合平衡原理构造了包括线性、二次多项式以及具有物理机制等形式的Budyko参数时变辨识公式，以Nash效率系数为评价指标，验证最适应研究区的水热耦合公式，最后计算降水量、潜在蒸散发量和人类活动等因素对径流变化的贡献率，进行六硐河流域径流变化归因分析。研究结果表明，近年来随着气候变化影响加剧，六硐河流域径流呈明显的下降趋势，在1997年发生显著性突变。比较降水量、潜在蒸散发量和人类活动因素对径流的敏感性，发现降水减少是流域径流减少的主导因素，其贡献率为49%。同时，随着人类经济社会的发展，大型水利设施...     

黄土丘陵沟壑区小流域治理对侵蚀产沙特征的影响

以黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区内治理小流域桥子东沟和未治理小流域桥子西沟为对象,分析降雨、径流、泥沙资料,研究水土保持综合治理对流域侵蚀产沙、水沙关系、次降雨泥沙输移过程的影响。结果表明：水土保持综合治理的桥子东沟的年降雨侵蚀产沙显著低于未治理的桥子西沟。水土保持综合治理降低了径流平均含沙量、输沙率,桥子东沟的径流平均含沙量、输沙率比桥子西沟分别减少40%、80%。水土保持综合治理改变了次降雨径流含沙量和输沙率动态过程。治理初期,桥子东沟的径流含沙量过程都明显高于桥子西沟,桥子东、西沟输沙率在不同时间段有高有低;治理后期,桥子东沟的径流含沙量、输沙率都显著低于桥子西沟。水土保持综合治理影响小流域次降雨水沙关系。     

北方土石山区典型流域不同类型洪水的水沙关系差异及归因

基于水文站的降水、径流和泥沙数据，采用聚类分析、含沙量-流量（SSC-Q）滞回曲线等方法，从事件尺度研究北方土石山区弥河流域不同类型洪水事件的径流、输沙特征，揭示各类洪水水沙关系及输沙贡献情况及水土保持措施影响机制。结果表明：(1)弥河流域1951-2021年的261次洪水事件可划分为小型、中型、大型和特大型四类，洪水事件的滞回曲线类型主要为8字形。随着洪水量级的增加，洪水事件的洪水历时和径流输沙量均呈增长趋势，径流和泥沙变率增加，复合型滞回曲线的占比逐渐加大。(2)大型与特大型洪水事件发生频次最低，但输沙贡献率高达86.9%，是北方土石山区输沙的主要洪水类型，主导弥河流域的水土流失灾害，在流域治理中需重点关注。(3)水土保持措施和人类活动对中、小型洪水事件的影响较大，其水沙关系变率超过10%；但对大型洪水事件的影响相对较小，水沙关系变率仅为1.2%。通过合理配置流域中的水土保持措施，当地中小型洪水事件的水沙关系可得到调节，从而达到拦蓄洪水、调控泥沙的目的。同时，亟需持续加强特大暴雨的水土流失及洪水防控措施，避免其给北方土石山区的生态环境等造成严重破坏。研究结果可为该区域水土保持工作的...     

降水时空分布及变化特征分析——以安徽省为例

【目的】探究安徽省降水时空分布及其变化规律。【方法】基于1960—2019年安徽省24个气象站点的降水日值数据,采用趋势分析、突变检验等方法分析安徽省降水时空分布特征和变化趋势。【结果】降水量自北向南递增,夏季降水量约占全年降水量的40%;降水日呈“南频北稀”、“山区多,平原少”的空间分布格局,降水量和降水日的高值中心出现在皖南和大别山区域,低值中心位于淮北平原。年降水量呈上升趋势,增加的站点共22个。总降水日呈减少趋势,中、小降水日显著减少,大雨和暴雨的降水日呈增加趋势。安徽省共12个站点存在降水突变年,仅江淮平原和皖南山区的降水量存在潜在突变年。【结论】安徽省降水较为集中,极端降水和洪涝风险存在增长趋势,本研究可为安徽省水资源规划利用及旱涝灾害防控提供借鉴。     

2001-2017年天山中段积雪时空变异研究

【目的】为干旱区提供冰雪资源的合理利用及灾害防治的科学理论不服务信息。【斱法】采取趋势分析法、相关性分析法,开展了2001-2017年积雪年内年际变化特征以及分布变化原因斱面的研究。【结果】①天山中段SCP(积雪覆盖率)年际变化呈"单峰"型曲线,6月到最小值,12月到次年1月达到最大值,从2月开始逐渐下降到最小值;从7月初开始SCP开始逐渐上升到最大值。②天山中段年际SCP呈减少趋势、春季的SCP变化呈略微减少趋势、夏季不秋季SCP变化均呈增加趋势、冬季SCP变化趋势跟全年年际SCP变化趋势基本相似,且均呈减少趋势,最高值为98.6%,最小值出现在2009年为83.2%。③天山中段54.08%区域的SCD(积雪日数)呈减少趋势,其中4.36%区域呈显著减少趋势;45.92%区域的SCD呈增加趋势,其中3.03%区域呈显著增加趋势。④天山中段积雪不LST(地表温度)年际相关性呈负相关性比较明显,负相关占总面积的55.89%,主要分布在高海拔的天山山脉,博格达尔;34.98%区域呈极显著负相关,主要分布在伊犁河谷、天山南北坡地区不阿克苏、库尔勒、博斯腾湖流域周边。【结论】天山中段积雪时空变化丌仅是LST变化的影响,还受人类活劢和海拔高度差异等因素的共同作用。     

西江中游水沙序列的多时间尺度特征

小流域的水沙多时间尺度周期变化分析可为中长期水沙预测提供科学依据,为西江中游水沙序列的多尺度特征提供工程参考依据。选用红水河迁江站1957-2016年年径流和年输沙量数据资料,采用Mann-Kendall趋势检验、小波分析法和耦合关系模型,分析迁江站主要的水沙序列周期及其多时间尺度变化特征。结果表明:迁江站年水沙序列具有下降趋势,多尺度特征基本一致且存在主周期,人类活动、气候波动及水土保持措施等因素对水沙序列的变化有直接的影响。径流序列的第一主周期是25~30 a,第二主周期是13~24 a,第三主周期是3~12 a;输沙序列第一主周期是20~30 a,第二主周期是9~20 a,第三主周期是3~9 a。在5,16和28 a的时间尺度上,受生态环境及人类活动的影响,水沙序列产生较大紊乱,最终输沙序列相较于径流序列趋于稳定,其变化也滞后于径流序列。在耦合关系中,径流序列的R2为0.43,输沙序列的为0.71,输沙序列的显著性高于径流序列;且人类活动利用科学技术通过影响输沙系统,将原水沙系统的矛盾进行缓解乃至解决,使得西江中游水沙系统进入再生时期。     

皇甫川流域水沙变化趋势及影响因素分析

为研究皇甫川流域水沙变化趋势,采用线性趋势法得皇甫川流域1954-2016年径流量和年输沙量均呈显著减少趋势;利用累积距平法检测出皇甫川流域水沙系列在1954-1979年为丰水期,1980-1996年为平水期及1997-2016年为枯水期。皇甫川流域内土地利用类型、植被覆盖度、淤地坝等水保措施在20世纪80年代大规模的水土保持治理工程实施后发生了明显变化,流域森林、草地面积大幅增加;流域的NDVI指数在2000-2016年间的增长速率是1981-1999年的2.5倍;淤地坝的修建、引水量的增加均致使流域产水产沙量显著减小。由于1954-2016年间降水量减少趋势不明显,皇甫川流域人类活动采取的水土保持治理措施是导致水沙量减少的主要因素。