多沙粗沙区5流域水沙变化及其对人类活动的响应

基于多沙粗沙区皇甫川、孤山川、窟野河、秃尾河和无定河流域（5个流域）中各水文站1956~2012年逐月降雨、径流和输沙实测资料,对比了5个流域水沙情势,并定量分析了降水和人类活动对水沙变化的贡献率。结果表明,1956~2012年径流量、输沙量减少趋势明显,输沙量主要集中在汛期,占全年的96%,2000年以后,输沙量急剧减少;截止2010年,该地区实测水库总库容67 899.5×104m3,仅为原库容的62.8%,同时该地区建有淤地坝9 114座,是水沙量减少的另一重要因素;在黄土高原北部区域,水库、淤地坝、灌区引水和煤矿开采等人类活动对径流量和输沙量的减少作用明显,也是水沙减少的关键因素。     

清涧河流域水沙变化规律及影响因素分析

为系统了解清涧河流域水沙变化规律及影响因素,基于清涧河流域出口控制站延川站1954~2011年径流量与输沙量资料,采用Mann-Kendall非参数统计检验法、累积曲线法和距平法等,分析了清涧河流域近58年来的水沙特征、水沙关系和水沙趋势及突变情况。结果表明,2001年以来,径流量和输沙量分别较1970年以前减少了35.5%和66.7%;径流量呈明显下降趋势,输沙量呈显著下降趋势,且在下降过程中均存在显著突变,突变分别发生在2004、1982年;流域水沙减少主要受降水量减少、水土保持措施和水库拦沙等因素影响。     

近50年嘉陵江水沙通量演变特征分析

根据1965～2016年嘉陵江北碚水文站实测径流泥沙资料,研究了嘉陵江水沙通量演变规律。结果表明,嘉陵江年径流量有减少趋势,但不显著,而年输沙量下降趋势显著,且通过95%置信度检验;嘉陵江径流量和输沙量分别存在32、28年的周期性变化规律;水库拦沙等人类活动为嘉陵江年输沙量显著减少的主要原因。     

龙川江流域上游地区河流泥沙输移变化及影响因素

为了解龙川江流域上游地区河流泥沙输移变化特征及影响因素,基于金沙江一级支流龙川江上游地区1970~2012年的逐月输沙量、径流量和降雨量等数据,采用均差累积曲线、Yamamot检验和小波神经网络耦合模型等方法,探讨了该区输沙量变化特征及其影响因素。结果表明,龙川江上游输沙量年内分配极其不均匀,主要集中在5~11月,尤其是7~9月集中了全年输沙量的近70%;40多年来,研究区河流输沙量变化可以分为三个阶段,1970~1984年为减少阶段,1985~2002年为增加阶段,2003~2012年为减少阶段;气候变化是龙川江流域上游年均输沙量变化的主要控制因素,而人类活动的贡献率相对较小,但越来越显著。研究结果为该区水电建设等提供了理论依据。     

北方典型多沙大凌河水沙演变特征及其影响因素分析

为分析北方典型多沙河流大凌河的水沙演变特征及其影响因素,结合M-K趋势检验法及水文学方法分析了大凌河干流4个主要控制水文站1956～2016年的水沙演变特征,并定量分离和剖析其水沙演变影响因素。结果表明,大凌河干流各站年径流量及输沙量急剧下降,M-K检验值均通过99%的显著性检验,尤其在2000年以后,年水沙递减率更为显著,与1970年代相比,2000～2016年各站年径流递减率在71.38%～80.93%之间,年输沙量递减率在96.02%～99.52%之间,且从上游到下游,水沙递减率呈递增变化;各站水沙累积双曲线突变点均发生在1980年;与基准期(1979年以前)相比,变化期(1980～2016年),人类活动对水沙演变影响要素的贡献率约为75%,降雨影响贡献率约为25%,2000年以后,大规模流域水保措施(退耕还林(草),淤地坝、梯田建设)是大凌河水沙锐减变化的主因。     

水利工程和降水波动对洞庭湖水沙过程的定量分析

为进一步分析洞庭湖水沙变化特征及主要影响因素,采用Mann-Kendall突变检测和滑动T检验方法,并结合洞庭湖水沙变化的阶段性特征,划分出基准期和变异期,通过双累积曲线法定量分析水利工程与降水波动对水沙变化的贡献率。结果表明,洞庭湖的水沙均呈减少趋势,水利工程是影响水沙变化的最主要因素;洞庭湖径流量在1977年发生突变,而输沙量在1980年发生突变;以1960~1966年为基准期,1967~1973、1974~1980、1981~2014年为变异期,对入湖年径流量变化影响,降水量贡献率分别为11.28%、6.83%、0.84%,水利工程贡献率分别为88.72%、93.17%、99.16%;而对入湖年输沙量变化影响,降水量贡献率分别为7.30%、12.49%、0.46%,水利工程贡献率分别为92.70%、87.51%、99.54%。四水流域与荆江三口流域的水利工程项目的运行均是入湖径流量变化的主要影响因素,荆江三口流域的水利工程运行是导致入湖输沙量变化的主要原因。     

基于CA和SPA的黄河源区水沙变化关系研究

基于唐乃亥水文站1956～2009年实测年径流量和年输沙量序列,应用协整分析和集对分析方法量化探讨了黄河源区水沙变量之间的波动关系。结果表明,年径流量与年输沙量之间存在协整关系;黄河源区年径流量和年输沙量波动的同一度最高,对立度最小且仅为0.02;黄河源区水沙变化具有较稳健的同步波动关系。     

东江水沙通量的年内分布规律分析

结合1957~2012年东江博罗站的水沙资料,运用Mann-Kendall趋势检验和连续小波变换方法,定性分析了东江水沙通量的年内分布规律,引入RRI指数定量研究了流量年内分布的均匀性。结果表明,东江流域水沙通量的年内分布规律在近50年内不断变化,枯季平均径流量呈较明显的增大趋势,洪季平均含沙量呈显著的减小趋势。分析发现,大中型水库建设和取水用水等人类活动作用是影响水沙通量年内分布规律的主要因素,气候因素影响较小。     

水库运行对径流—泥沙关系的影响分析

为研究水库运行对水沙关系的影响,以黄河上游龙羊峡水库为例,采用CEEMDAN方法对建库前后水沙序列进行多时间尺度分析,并与集对分析和信息熵理论相结合,分析水沙随机变化复杂性及水库运行对水沙关系的影响。结果表明,建库前水沙各序列具有较好的相关性,水库运行对多时间尺度下水沙关系影响显著;径流量、输沙量在短周期上以同一度和联系度为主,在长周期上以对立度为主,且水库运行后二者之间的同一度和联系度减小,差异度和对立度增大;水库运行后径流量与输沙量的熵值同步变化的关系被打破,二者之间熵值年际变化较稳定,说明水库运行改变了水沙同步变化的关系。     

2000年以来黄河流域干支流水沙变化趋势及其成因分析

鉴于2000年以来黄河流域的水沙特征发生了较大变化,采用M-K检验法对黄河干支流主要水文站2000~2014年的水沙资料进行分析,探究了干支流水沙的变化趋势及成因,并结合Yamamoto突变检验法进一步判断出更可靠的突变点。结果表明,与1950~2000年相比,干流各水文站径流量的减小比例沿程增大,支流水沙的减幅均大于干流;头道拐至潼关间的支流是影响该河段输沙量变化的主要因素,而龙门至潼关站间,渭河对该段干流的径流量影响较大;经Yamamoto突变检验法诊断后,排除20个虚假点,发现黄河干流径流量和输沙量在2000~2014年间分别出现5、6次强突变,而支流突变点分布散乱,与干流间无明显关系;干流径流量自2004年后为增加趋势,其M-K值于2010年后突破临界值上限1.96;中游年输沙量在2003年前均为增加趋势,2005年后呈减小趋势且在2008年后均突破临界值下限。     

1964~2012年晋西黄土丘陵区圪洞流域径流变化分析

为研究晋西黄土丘陵区圪洞流域的径流变化及其影响因素,基于圪洞流域1964~2012年的土地利用资料、降雨和径流等实测数据,运用变差系数、滑动平均法、累积距平法表征流域径流变化趋势,拟合建立年径流系数与土地利用变化的多元线性关系,定量评价不同土地利用类型对径流的影响。结果表明,圪洞流域年径流深变差系数在2001~2012年间最大,说明径流在该年段变化差异较大,这与流域开始大面积植树造林有关。流域年降水量下降趋势不明显,而年径流深呈明显下降趋势。1964~1979、1980~2000、2001~2012年三个阶段降水和径流的线性相关系数R2分别为0.887 6、0.799 7、0.698 5,呈明显的下降关系,这表明流域人类活动对径流影响逐渐加强。年径流系数与土地利用变化的多元线性关系表明林地可有效减少产流,流域径流主要来自草地与耕地和其他两个地类,草地产流率是耕地和其他部分的5倍。     

气候变化和人类活动对密云水库上游流域径流变化的影响

以北京市密云水库上游流域为例,采用非参数检验Mann-Kendall、Sen斜率、小波周期性分析、基尼系数及洛伦兹不对称系数、SCRAQ法,分析了1960～2017年水库上游流域张家坟站、下会站和密云水库入库月及年径流量的趋势、突变、均匀度等,并定量研究了气候变化和人类活动对径流量变化的影响。结果表明,三个站点月径流量所占比例主要集中于7～8月,且变幅较大,从8月开始,径流量开始减少;季度径流量夏季最大,春季和冬季较小;密云水库7～8月月径流总量的平均值为其他月份径流总量的0.94倍,其夏季径流量的平均值为其他三个季节径流总量的1.18倍;下会站在突变点即1997年后径流深出现缓慢的增加趋势,密云水库在突变点即1992年后径流深的减小速率变小,减小了20%,这是由于降水量及南水北调工程向其供水共同影响所导致;三个站点的主周期分别为8年和24年、5年和24年、6年和24年;年径流量的分布主要集中于许多较小的年径流量,其分布的不均匀性是由于少数较大的径流量引起的;降水和人类活动是对密云水库上游流域径流量变化影响最大的因素,其中人类活动是导致密云水库上游入库流量减小的主要原因。     

环境变化背景下海河流域水文特征演变规律

在气候变化和人类活动等要素的影响下,海河流域的水文特征发生了显著的变化。利用Mann-Kendall趋势检验方法诊断了1951~2010年海河流域环境变化背景下的河川径流量、入海水量、水资源总量和地表水资源量的演变规律。结果表明,1951~2010年海河流域的年平均气温呈现出显著的上升趋势,而年降水量呈现出显著的减少趋势;1980~2010年海河流域内的植被覆盖率明显提高,且从北到南增幅越来越大;流域内的地表水资源耗水量总体上呈现出先增加后稳定略减的变化特征;在环境要素变化的影响下,海河流域内的河川径流量、入海水量、水资源总量和地表水资源量都呈现出显著的减少趋势;滦河、海河北系和海河南系的入海水量、水资源总量和地表水资源量都呈现出显著的下降趋势,而徒骇马颊河的变化趋势不明显。     

东江上游龙川站水文情势变化分析

针对河道受气候变化和人类活动影响致使水文情势变异的问题,基于东江上游龙川水文站1952~2010年的实测径流数据,利用Mann-Kendall检验方法分析了径流量的变化趋势和变异区间,并引入IHA指标、生态过剩和生态赤字指数来量化东江流域的水文变异程度。结果表明,在过去近60年期间,龙川水文站年径流量呈增长趋势,由于上游水库的调节作用,径流量大小、频率、延时及逆转次数都有显著改变;生态统计分析表明,生态过剩现象较生态赤字现象更为频繁,夏季洪水期高度运用水库调度的情况则除外。可见龙川站水文情势的变化对生态系统具有潜在影响,需加强东江流域的水资源管理来满足供水和生态系统的需求。     

基于变结构协整理论的水沙关系研究

为了合理掌握黄河上游径流—泥沙关系,以贵德水文站年径流和年泥沙作为研究数据,利用累积距平法对突变点进行分析,在此基础上分别在不考虑、考虑结构突变的情况下,构建相对应的协整模型和误差修正模型,并评价了模型精度。结果表明,由于水库构建径流量和输沙量存在明显的突变点,在不考虑结构突变的情况下水沙序列的协整关系较弱;考虑结构突变后对应的协整关系性显著提高,特别是模型3对径流量模拟的年平均相对误差最小,为8.31%,该模型充分考虑了时间序列的非均衡误差和突变信息,能更准确地反映径流量与输沙量之间的长期均衡关系与短期波动特征。     

变化环境下浑河流域近50年来径流变化特征研究

浑河是辽河重要支流,研究其径流变化特征,对做好区域水资源相关工作具有重要的参考意义。基于浑河流域上游大伙房水库站、中游沈阳站和下游邢家窝棚站的1962~2011年逐月实测径流资料,借助累积滤波器法、Mann-Kendall法、小波分析法、集中度和集中期等方法和指标研究了变化环境下浑河流域径流的年际、年内变化特征。结果表明,浑河流域径流存在阶段性特征,其中1962~1984年径流偏枯,1985~2011年径流偏丰;各站年径流变化主周期均为11年,第二周期均为5年,第三周期存在微小差别;径流年内集中度逐渐减小,各月分配的径流量趋于均匀;浑河流域各站年、非汛期径流量分别呈减少、增加变化,总体上,汛期各月径流量呈减少变化,非汛期各月径流多呈增加变化,这些变化有助于发展流域社会经济和保护河流生态系统的健康。     

潼关水文站1919~2015年水沙演化特征研究

分析潼关水文站的水沙演化特征对分析黄河水沙变化有重要意义,采用三门峡水库入库潼关水文站1919~2015年共97年水沙数据,借助Manna-Kendall趋势检验法、R/S分析法、经验模态分解法及Pearson相关分析法,探讨该水文站在较长时间尺度下的水沙关系演化特征。结果表明,潼关水文站径流量与输沙量具有显著下降趋势,且在未来一段时间内这种变化趋势将持续;在不同时间尺度上径流量与输沙量主要具有明显的年际及年代际周期性变化,IMF1分量对径流、泥沙序列有重要影响。研究成果可为黄河水沙变化分析提供参考。     

闹德海水库泥沙特性分析

基于流域水文泥沙资料及闹德海水库大断面等测量结果,分析了水库泥沙年内年际变化、库区大断面多年演变及洪水期间水库水沙对应关系,并通过分析不同年代泥沙粒径、含沙量、输沙量,探讨了水库水沙变化规律,提出采用蓄清排浑方法减缓水库淤积,为水利工程设计、水库长期运行提供了科学数据.     

近50年来滦河下游径流演变特征及成因分析

选用滦河下游滦县水文站1956~2006年径流量资料,采用线性倾向估计、滑动平均、滑动t检验、Yamamoto法、有序聚类和小波分析等方法分析了滦河下游年径流量演变趋势和周期特征,并分析了径流变化原因。结果表明,滦河下游年径流量呈显著下降趋势,年径流量倾向率为-9.5×108m3/10a;年径流量在1979年前后发生了突变,随后总体呈下降趋势;年径流序列主要存在3个尺度的周期变化,其中以30年以上尺度的震荡最强;人口增长、工农业用水增加、跨流域调水等人类活动因素是导致滦河下游径流量减少的主要原因。     

气候变化与人类活动对滦河流域径流变化响应

针对气候变化和人类活动对流域水循环与水平衡的影响,以滦河流域为研究对象,基于SWAT模型,通过输入实测降雨、温度等气候资料及还原后的降雨资料,建立各时期气候变化及人类活动影响下的径流响应模型。结果表明,不同时期径流量呈现不同程度的减少,而引起径流减少的主要因素是人类活动的影响,气候变化的贡献率为20%~40%。