黄河中游典型流域降雨输沙变化及可能来沙量

开展流域降雨输沙变化特征及入黄泥沙变化趋势研究对于黄河防洪减淤体系布局和治黄方略确定都具有重要意义。选取黄河中游佳芦河、湫水河、延河和马莲河4个流域,基于长系列水文数据对不同时期流域有效降雨和分级降雨与输沙量变化关系进行分析,探讨了现阶段极端降雨条件下流域控制站的可能来沙量。结果表明,4个流域年有效降雨量呈阶段性变化特征,近期有效降雨量较多年均值均有所偏大;现状期河龙区间3个流域有效降雨量与输沙量关系较基准期发生明显变化,产沙能力显著降低。4个流域现状期不同量级雨量对输沙的影响较基准期均大幅下降,佳芦河、湫水河和延河强降雨和高强降雨输沙占总输沙量比重由基准期的38%～46%增大至现状期68%以上,强降雨仍是输沙的主要动力。马莲河有效降雨与输沙关系未发生显著变化,分级降雨量对输沙影响减幅小于河龙区间流域,降雨侵蚀强度风险没有明显减小。基于水文频率分析和历史实测极端降雨组合设计极端降雨,计算得到极端降雨条件下现状下垫面佳芦河、湫水河和延河未来最大可能来沙量分别为0.27亿、0.25亿、0.30亿t,与基准期相比减沙效益为83%～91%;马莲河由于沟道崩塌或滑坡产沙占比增大及治理措施有限,减...     

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%。     

黄河中游骨干坝蓄水比例及蒸损量研究

近年来,受到气候的极端变化和各种人类活动的影响,黄河中游径流量减少的趋势越来越明显。在以往的水资源评价中,只考虑了干流上部分水库对径流减少的影响,而忽略了蓄水骨干坝的影响。通过水土保持部门调研、Google Earth查询以及实地勘测等途径,较为准确的确定了骨干坝的分布及蓄水比例,并根据水量平衡得出蓄水骨干坝的蒸发损失。研究表明:黄河中游头道拐至潼关之间,骨干坝共计4 798座,包括蓄水骨干坝895座,蓄水比例达到18.65%;骨干坝蒸损量为0.19亿m3。此研究初次考虑了蓄水骨干坝对径流减少的影响,可为以后研究径流减少提供理论依据。     

黄河中游河口-龙门区间蓝绿水资源对气候与土地利用变化的响应

气候变化和土地利用变化会改变蓝绿水资源的时空分布,量化二者变化所带来的影响对水资源管理具有重要意义。黄河中游的河龙区间(河口镇至龙门)社会经济的迅速发展和大规模生态修复工程的实施改变了流域的土地利用格局,蓝绿水资源时空分布受到影响。研究基于遥感数据,分析河龙区间近40年土地利用的变化特征;结合VIC模型和四种情景设置,定量分析气候与土地利用变化对流域内蓝绿水的时空影响。进一步分析了生产性绿水流及非生产性绿水流对气候及土地利用变化的响应规律,以便开发绿水资源的生产潜力。结果表明：(1)河龙区间平均最高气温和平均最低气温在1997年发生突变,变化趋势由减小转为增大;降水量在2006年发生突变,变化趋势由减少转为增加。草地和耕地是河龙区间的主要土地利用类型,1980-2020年间耕地减少了3 407 km²,林地、草地和灌木林的面积均呈现增加趋势,与退耕还林还草工程的实施密切相关。(2)气候变化和土地利用变化对蓝水流的贡献率分别为90.89%和9.11%,对绿水流的贡献率分别为103.13%、-3.13%,对绿水储的贡献率分别为89.07%、10.93%,气候变化对河龙...     

黄河上游近60年水沙演变及影响因素分析

为揭示黄河上游水沙演变规律及其驱动因素,根据黄河上游3个代表水文站长时间序列资料,均值差异T法、双累积曲线分析法、小波分析法等方法对其多年水沙变化的特征进行了分析研究.结果表明,黄河上游三个代表站1960-2019年径流量和输沙量均呈现出下降趋势;黄河上游唐乃亥、兰州和头道拐站三站年径流量突变年份分别为1989年198...     

黄河三湖河口-昭君坟河段水沙特性及冲淤变化分析

以黄河上游三湖河口-昭君坟河段为典型,分析发现该河段50多年来水沙特性发生很大变化,具有明显的时间阶段性,这种变化引起河床冲淤相应发生时段性的变化。影响该河段冲淤变化的因素中,天然来水情况和水库的调蓄方式决定河道来水量及水量的年内分配,孔兑的入汇决定了区间的来沙量和粒径组成。汛期水量的减小、中小水作用时间的增长使内蒙三湖河口-昭君坟河段逐年淤积萎缩,当干流小水遇到孔兑高含沙洪水时,水沙关系的不协调加重了河道的淤积,使造床流量变小,主槽严重萎缩。     

河龙区间近55 a降雨侵蚀力与河流输沙量动态变化分析

基于河龙区间12个雨量站点1957—2011年降雨日数据及输沙量年数据,采用滑动平均、线性倾向估计、Mann-Kendall非参数检验、累计距平、双累积曲线等方法,分析了河龙区间近55 a降雨侵蚀力和输沙量的动态变化过程以及二者之间的相关关系,定量评估了降雨侵蚀力变化和人类活动对河龙区间输沙量变化的影响及贡献率。结果表明,河龙区间近55 a降雨侵蚀力在378.1~2 324.6 MJ·mm/(hm2·h·a)之间变化,其平均值为1 319.7 MJ·mm/(hm2·h·a);整个研究期内降雨侵蚀力呈不显著减小趋势,年均减小量为9.7 MJ·mm/(hm2·h·a)。近55 a降雨侵蚀力变化过程可划分为3个阶段:1957—1974年为快速下降阶段,其下降率为83.7%;1975—1999年为缓慢下降阶段,其下降率为66.6%;2000—2011年为缓慢回升阶段,其上升率为42.7%。以1957—1969年降雨侵蚀力为基准,20世纪70、80、90年代以及21世纪前12 a降雨侵蚀力分别减小了15.9%、19.5%、27.5%和22.7%。河龙区间近55 a输沙量变化介于(0.09~21.37)亿t之间,其平均值为5.6亿t。整个研究期内输沙量呈极显著的下降趋势,其下降速率为0.19亿t/a。以1957—1969年输沙量为基准,20世纪70、80、90年代以及21世纪前12 a输沙量分别减少了27.3%、64.1%、54.8%和88.7%。经Mann-Kendall非参数检验法和累计曲线法综合判定,1979年为河龙区间输沙量突变年份。输沙量与降雨侵蚀力具有极好的线性相关性。通过建立二者双累积曲线方程,计算得出20世纪80、90年代和21世纪前12 a降雨侵蚀力变化对输沙量变化的贡献率分别为22.6%、44.3%和19.0%,而人类活动对输沙量变化的贡献率分别为77.4%、55.7%和81.0%,人类活动对输沙量变化的影响程度较大。1980—1989年和2000—2011年具有基本相同的降雨侵蚀力条件,但后者的输沙量却比前者减少67.6%,表明2000—2011年河流输沙量的变化主要由人类活动引起,人类活动每年减少输沙量2.5亿t。     

黄土高原典型区雨水资源化潜力模拟与评价

为充分利用雨水资源应对黄土高原水土流失和干旱缺水的问题,引入分布式水文模拟技术,构建具有物理成因机制的分布式雨水资源化潜力评估模型,解决雨水资源利用的核心问题--评价当地的雨水资源化潜力。通过研究黄土高原典型区域黄河河口镇至龙门段(河龙区间)的雨水资源情况,定量评估该区域雨水资源化潜力,结果表明:在气候变化和人类活动的双重背景下,20世纪80年代后,黄河流域河龙区间的地表径流量、土壤有效水增量和雨水资源化潜力呈现上升趋势;河龙区间大部分地区雨水资源呈增长趋势,雨水资源可基本满足现有条件下区域植被恢复的用水需求。气候变化对雨水资源化潜力起正影响作用,贡献率为63.4%,土地利用/覆盖变化则为负影响,贡献率为-36.6%。人类活动对区域雨水资源利用的影响不容忽视,应大力发展干旱半干旱区降雨-径流调控技术,提高雨水资源化利用率,以保障区域生态-经济协同可持续发展。     

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。     

1956年以来洞庭湖盆的演变

1956年以来洞庭湖盆经历了萎缩和扩容的历史过程，为分析各历史阶段变化原因和预测变化趋势，根据1956-2019年洞庭湖水系水沙和湖盆水面面积、湖容实测资料开展研究，基于分离变量法重点识别泥沙淤积、湖盆沉降、湖区围垦及洞庭湖水系采沙对湖容变化的贡献比例。结果表明：1956-2019年洞庭湖水面面积减小1 247.59 km2，其中东洞庭湖水面面积萎缩最为严重，1956-1980年湖区围垦是洞庭湖水面面积减小的主要因素，1980年以后洞庭湖水面面积趋于稳定。三峡水库蓄水前（1956-2002年）入湖沙量及出湖沙量均持续减少，泥沙淤积率约为70%；三峡水库蓄水后（2003-2019年），入湖沙量大幅减少，泥沙淤积率降至14%。湖盆沉降、湖区采沙与泥沙淤积对湖容的影响存在抵消效应，洞庭湖盆目前仍处于缓慢的构造沉降中，平均沉降速率约3 mm/a;2003年以后随着采沙活动进行，洞庭湖萎缩速率有所减缓。1980年以前湖容减小，湖区围垦、泥沙淤积和湖盆沉降对湖容增大的贡献比例分别为-92.7%、-13.2%和5.9%;1980年以后湖容经历了由减小至变大的过程，整体为减小，1981-2002年泥沙...     

黄河内蒙古段头道拐断面沉积物中六六六(HCHs)和多氯联苯(PCBs)的残留特征分析研究

采用索式提取法和气相色谱法对黄河内蒙古段头道拐断面沉积物中的六六六(HCHs)和多氯联苯(PCBs)进行了分析测定.结果表明:HCHs和∑PCBs在黄河内蒙古段头道拐断面沉积物中均有检出,α-HCH和β-HCH的平均浓度分别为6.70 ng/g和6.24 ng/g,处于中等污染水平;除八氯联苯外,PCBs的各异构体在该断面沉积物中均有检出,且检出率均在65%以上,∑PCBs平均浓度为1.46 ng/g,处于较低污染水平;HCHs和PCBs的残留水平随时间均没有明显的变化.对黄河内蒙古段沉积物中HCHs和PCBs污染物的来源进行了解析,HCHs污染的最大贡献源是河套灌区的农业退水,PCBs的主要来源是历史残留.     

基于创新趋势分析方法的黄河年季降水变化特征研究

为探究黄河流域降水变化特征，选取黄河流域92个气象站1960-2015年逐日降水资料，采用创新趋势分析方法、Mann-Kendall检验和Sen’s斜率法分析了黄河流域年季尺度降水量变化特征。结果表明：黄河流域年降水量整体呈现出东南多西北少的空间分布格局。从时间变化上看，黄河流域年降水量整体呈现下降趋势。在季节尺度上，黄河流域春、冬季降水呈增加趋势，而夏、秋季降水呈下降趋势。黄河流域春季轻度降水无显著变化趋势，黄河中游和下游夏季轻度降水呈下降趋势，黄河流域秋季轻度降水呈下降趋势，黄河流域冬季轻度降水呈上升趋势。夏季强降水在黄河上游呈10%左右的下降趋势，在黄河中游呈5%左右的上升趋势。通过探究黄河流域不同量级年季降水的变化趋势，可为黄河流域水资源管理和水旱灾害防治提供参考，进而为黄河流域高质量发展提供支撑。     

洞庭湖三口河系地区径流演变情势与农业用水面临的挑战

基于1960-2012年实测径流及降水资料,利用M-K检验分析法得出三口河系年径流变化趋势及汛期径流变化趋势都显著减少,年径流量与年降水量变化过程中的突变年份为1973年与1982年;以1960-1968年为基准期,运用累积量斜率变化率比较方法,计算得到流域降水量变化和水利工程运行对洞庭湖三口径流量减小的影响贡献率在1974-1982年间分别为15.25%和84.75%,在1983-2012年间依次为11.01%及88.99%;随着本区农业生产规模的不断扩大,工程性缺水与季节性缺水问题日益凸现,到2020年洞庭湖三口河系地区90%保证率总缺水量为44 127万m3,其中农业生产缺水39 652万m3,农业供需水量的缺口对该区农业可持续发展将产生不同程度的约束性。     

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。     

清水河流域不同尺度水沙变化归因分析

【目的】揭示清水河流域水沙变化的驱动因素,为黄河上游流域的水土流失治理提供理论依据。【方法】基于1970—2019年清水河流域上、中、下游水文站的实测水沙数据及气象数据,采用Mann-Kendall检验法和Pettitt检验法对流域内不同尺度的水文气象序列进行趋势性分析和突变检验,基于Budyko弹性系数法、双累积曲线法和累积量斜率变化率比较法对流域不同尺度水沙变化进行归因分析。【结果】1970—2019年,清水河流域年径流深呈显著增加趋势,年输沙模数呈不显著减少趋势,流域上中游区域的年径流深和年输沙模数呈显著减少趋势;与突变前相比,人类活动对上游区、上中游区和全流域的年径流量减少的贡献率分别为99.9%～114.3%、77.5%～104.0%和-117.4%～-74.0%,对年输沙量减少的贡献率分别为104.7%～116.4%、110.2%～132.2%和113.0%～139.0%。【结论】引黄灌溉、水土保持措施等人类活动是影响清水河流域水沙变化的主要因素。     

流道出射角对单一流道结构非旋转折射式喷头水量分布及均匀性的影响

为探索单一流道结构非旋转折射式喷头水量分布及均匀性与流道出射角之间的关系,以Nelson D3000型蓝色喷盘为本体,设计7个不同流道出射角(-45°、-30°、-15°、0°、15°、30°、45°)的喷盘,测试并分析了50kPa压力下的实际射流出射角和单流道水量分布,模拟了单喷头水量分布和3.0m喷头间距下的组合水量分布,并计算出组合均匀性系数。结果表明,实际射流出射角略大于喷盘流道出射角。当流道出射角由-45°增至15°时,射程增大2m,单流道径向点喷灌强度最大值降低59%,径向湿润范围增加91.94%,垂直于径向的水量分布更均匀,且单喷头喷灌强度峰值减小,组合喷灌强度最大值下降;但流道出射角继续增至45°,各水量分布反而不均。流道出射角为15°喷头的单流道水量分布、单喷头水量分布和组合喷头水量分布较好。组合均匀性系数随流道出射角的增加呈先增大后减小的变化趋势。     

变化水沙条件下三口入洞庭湖水量变化趋势研究

根据实测资料,采用肯德尔秩次趋势性显著检验(Kendall rank test)表征了松滋口、太平口、藕池口三口入洞庭湖的水量变化趋势,同时预测了三口分流量变化。结果表明未来荆南三口分流量将呈逐年减少趋势,预计到三峡水库运用后第5个10年(2043-2052年)与第二个10年(2013-2022年)相比,年平均入湖水量将减少64亿m3,2032年以前是三口分流减少较快的时期,占总减少量的85%以上,此后逐渐趋缓。     

河套灌区解放闸灌域节水对地下水及蒸发影响研究

根据内蒙古河套灌区解放闸灌域2006-2013年水文、气象以及地下水资料,应用水量平衡对灌域实施节水后作物生育期内区域耗水、地下水贡献及水均衡变化进行了定量研究。研究结果表明2006-2013年作物生育期内灌域约有80%的地区地下水埋深呈增大趋势。在一定范围内,灌区水量输入(灌溉与降水之和)减少会明显使得灌域蒸散发减少。在实施节水灌溉的背景下,地下水对蒸散发的贡献率则呈一定幅度的上升趋势,8年平均地下水贡献率达到34%。灌区节水引起的地下水位下降及地下水对耗水贡献的改变将改变农业产出及灌区生态环境。     

太湖流域西苕溪1972-2008年径流量变化趋势与原因分析

西苕溪是太湖的主要入湖河流之一,也是流域主要的水源地,对支持太湖地区的经济社会发展具有重要意义。根据径流量时间序列资料,分析了西苕溪径流特征值,应用Mann-Kendall法分析了径流量的变化趋势,并定量分析了人类活动和气候变化两个要素对径流量变化的影响。结果表明:西苕溪径流量年际、年内变化较大,年际变差系数Cv最大达到0.38;径流量以汛期径流为主,汛期径流比例占全年最高达到90%;M-K趋势检验结果显示1972年以来,西苕溪上游和中游径流量有显著的下降的趋势,下降主要集中于汛期,非汛期径流变化不显著,年代分析则表明1980年以来径流量下降显著;在径流量的年内分配方面,汛期径流量所占比例有下降趋势。最后,分析了影响西苕溪径流变化的主要因素,发现降雨量的变化是西苕溪径流量减少的主要影响因素,1980-2008年降雨量变化对径流量减少贡献率占90%。     

黄土高原雨水资源化潜力与时空分布特征

为了缓解黄土高原干旱缺水与水土流失并存的现状,基于可变下渗容量模型计算了整个黄土高原近40 a逐月雨水资源化潜力,并对各分区可利用潜力大小、构成及其时空变化特征进行了对比分析.结果表明:黄土高原可利用雨水资源化潜力总量较为可观;土壤有效水是雨水资源化潜力的主要组成部分;雨水资源化潜力较丰富的黄河河龙区间、泾洛渭流域和汾河-伊洛沁河流域,其地表径流占雨水资源化潜力比例相对较高,该区域同时又是黄河泥沙主要来源地,可重点研发和应用降雨径流汇集、蓄存和集雨补灌等技术,以达到合理调控利用地表径流、减缓水土流失的双重目的;近40 a各分区雨水资源化潜力均呈现出略微下降趋势,但该趋势并不显著;黄土高原雨水资源化潜力空间上呈由东南向西北递减趋势,可利用潜力较大的区域主要分布在黄河中游地区.