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。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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...     

黄河源区降水径流变化特征及响应分析

利用1961-2014年黄河源区周边气象站站点降水数据和唐乃亥以上流域水文观测数据,采用Mann-Kendall法、Spearman秩次检验、有序聚类法及累积距平法对源区降水量径流量变化特征分析,再结合相关性分析、格兰杰因果检验和双累积曲线法对降水径流的响应关系进行讨论。结果表明:黄河源区的年际降水量表现为非显著减少趋势,年径流量表现为显著减少趋势,降水与径流最小年份均为2002年,且在0.05检验水平下,降水在研究时段内无明显突变点,径流在1987年发生突变;相关分析与格兰杰因果检验表明降水径流其响应关系较弱,在整个研究时段降水都不是引起径流变化的格兰杰原因,最后通过双累积曲线法确定出黄河源近54年来降水因素对径流减少的贡献率为6.1%,非降水因素对径流减小的贡献为93.9%。黄河源区降水对径流影响较小,可能由于人类活动、工业生产及其他气候因子影响等非降水因素对黄河源区径流产生了巨大的影响。     

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%。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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...     

三峡水库上游流域径流变化规律研究

以三峡水库上游六大干支流的九个控制断面为研究对象,针对不同长度径流系列,分析了径流统计参数、年内分配及丰枯变化规律;针对全年、消落期、汛期、蓄水期及枯水期五种分期,应用线性趋势线法和Kendall秩次检验法对径流进行了趋势分析,应用有序聚类法、滑动T及Mann-Kendall法对径流序列进行了突变分析。成果表明,宜昌断面消落期径流平稳、汛期径流有减少突变、蓄水期径流减少趋势显著、枯水期径流增加趋势明显,而汛期和蓄水期径流减小导致全流域总径流出现突变减小可能、且伴随逐渐减小趋势。经初步分析,造成这些变化的主要原因依次是流域气象要素变化、水利水电工程投入运行时充蓄死库容和水面蒸发等损耗增加、上游流域工农业用水量增加及水土保持和退耕还林等。研究成果可以为金沙江下游梯级、三峡梯级的水库综合优化调度提供参考。     

伊犁河流域地表蒸散量时空特征分析

【目的】探究伊犁河流域2000—2014年蒸散量时空特征,为跨境水资源确权与分配提供依据。【方法】本文利用变异系数、Theil-Senmedian趋势分析、Mann-Kendall和Hurst指数方法研究了伊犁河流域2000—2014蒸散量时空变化特征及波动性。【结果】①伊犁河流域多年平均蒸散量值为249.80mm,其波动范围在224.03～274.10mm之间。②多年平均ET值在空间上具有明显差异,取值范围在115.6～758.79 mm之间,总体上呈自上游向下游减少的空间格局。③该流域年内蒸散量具有明显的季节差异,总体呈先增后减的单峰波趋势。④该流域内各土地利用多年平均蒸散量表现为:耕地(327.23 mm)林地(319.10 mm)草地(239.50 mm)稀疏植被(151.67 mm)。⑤2000—2014年该流域的多年平均ET整体上变异程度不明显,变异程度中比较稳定和稳定所占面积比为85.47%;变异系数在空间上取值范围为0.01～0.71,其平均值为0.097。⑥整个流域内ET减少的趋势和增加的趋势所占面积比例分别为64.48%和26.72%,变化趋势以减小为主,变化率为-1.152 mm/a,该流域未来ET的变化状况与过去一致,以持续性减少为主。【结论】利用变异系数、Theil-Senmedian趋势分析、Mann-Kendall和Hurst指数方法能够有效发现伊犁河流域时空变化特征,研究结果可为伊犁河流域规划及合理分配流域水资源提供依据。