1955-2014年黄河内蒙古河段水沙变化特征分析

深入剖析黄河内蒙古河段水沙变化特征是研究黄河治理方略、水沙资源配置及重要水利工程布局的前提和基础。为此,以1955-2014年黄河内蒙古河段3个主要水文控制站（巴彦高勒站、三湖河口站、头道拐站）长时序水沙数据为对象,采用水沙年内不均匀性、集中度及变化幅度等指标值,及Mann-Kendall趋势检验和小波分析法,深入探讨了内蒙古河段水沙年内分配与年际的变化特征。结果表明：黄河内蒙古河段水沙序列年内变化表现为输沙量的不均匀程度和集中度比径流量的大,各站径流量集中期多在8、9月,输沙量集中期基本全在8月;水沙序列年际变化表现为水沙量呈显著减少趋势,水沙序列具有多尺度振荡的特点,存在着年际尺度和年代际尺度的周期变化规律。     

淮河流域水沙变化趋势及其成因分析

根据淮河流域来水来沙特点,选定反映淮河流域水沙变化趋势的代表水文站,利用50余年来的实测年径流量及年输沙量资料,研究了淮河流域水沙量的时空分布特性;采用Mann-Kendal秩相关检验法,分析了淮河流域水沙量年际变化趋势和可能发生突变的年份。研究结果表明整体上淮河流域来水量无明显的减小趋势,其中淮河干流年径流量无明显的变化趋势,支流及沂、沭、泗水系各站年径流量减小趋势明显;而淮河流域来沙量则呈现显著减少的趋势,发生突变的年份为1973—1975年。从流域降雨量、用水变化、水库拦沙、水土流失及其治理状况等方面分析了引起淮河流域水沙变化的主要成因,提出了淮河流域上游山区河流水库建设是流域来沙量减少的主要原因。     

淮河流域水沙变化趋势及其成因分析

根据淮河流域来水来沙特点，选定淮河流域水沙变化趋势的代表水文站，利用50余年来的实测年径流量及年输沙量资料，研究了淮河流域水沙量的时空分布特性，采用Mann–Kendal秩相关检验法，分析了淮河流域水沙量年际变化趋势和可能发生突变的年份，研究结果表明整体上淮河流域来水量无明显的减小趋势，其中淮河干流年径流量无明显的变化趋势，支流及沂、沭、泗水系各站年径流量减小趋势明显；而淮河流域各站年输沙量则均呈现显著减少的趋势，淮河流域来沙量发生突变的年份为1973-1975年。从流域降雨量、用水变化、水库拦沙、水土流失及其治理状况等方面分析了引起淮河流域水沙变化的主要成因，提出淮河流域上游山区河流水库建设是流域来沙量减少的主要原因。     

黄河流域水沙资源量变化及其对泥沙资源化的影响

在分析黄河流域水沙资源区域分布的基础上,本文采用Mann-Kendall秩次相关检验法和水文量累计曲线法分析黄河水沙资源量的变化特征,进而探讨了黄河泥沙的资源化及水沙资源量变化对泥沙资源化的影响。黄河龙羊峡水库以上河段年径流量和输沙量没有明显变化,其他干流河段和中游大部分典型支流的径流量和输沙量随时间具有明显的减少趋势。黄河水沙资源量大幅减少对泥沙资源化产生不同程度的影响,水沙资源量大幅减少会降低引洪淤滩、淤临和淤背的效率,限制灌区黄河泥沙烧制建筑材料、淤改与稻改等途径的实施,减小黄河口泥沙造陆的速率,影响黄河与河口湿地质量与数量的塑造;而对灌区浑水灌溉、清淤泥沙利用等没有明显的影响。     

黄河流域水沙资源量变化及其对泥沙资源化的影响

在分析黄河流域水沙资源区域分布的基础上,本文采用Mann-Kendall秩次相关检验法和水文量累计曲线法分析黄河水沙资源量的变化特征,进而探讨了黄河泥沙的资源化及水沙资源量变化对泥沙资源化的影响.黄河龙羊峡水库以上河段年径流量和输沙量没有明显变化,其他干流河段和中游大部分典型支流的径流量和输沙量随时间具有明显的减少趋势.黄河水沙资源量大幅减少对泥沙资源化产生不同程度的影响,水沙资源量大幅减少会降低引洪淤滩、淤临和淤背的效率,限制灌区黄河泥沙烧制建筑材料、淤改与稻改等途径的实施,减小黄河口泥沙造陆的速率,影响黄河与河口湿地质量与数量的塑造;而对灌区浑水灌溉、清淤泥沙利用等没有明显的影响.     

黄河河南段水沙变化规律与影响机制研究

黄河河南段为典型游荡型河段,其水沙变化剧烈、主槽摆动频繁、河床变形严重,对河道生境产生了严重影响。以1960—2019年小浪底、花园口、高村水文站水沙数据为研究对象,结合Mann-Kendall检验、滑动T检验、小波分析等统计方法探究了黄河河南段水沙变异周期特征,并应用双累积曲线法定量评估了降雨和人类活动对河南段径流量和输沙量减少的贡献率。结果表明：河南段年输沙减少趋势大于年径流减少趋势,小浪底到花园口间基本冲淤平衡,花园口到高村间以淤积为主,河南段汛期以泥沙淤积为主、非汛期冲刷;小浪底站输沙量在1997年发生突变,而花园口、高村站径流量和输沙量均在1985年发生突变;调水调沙对于径流量增加效果要大于输沙量增加,人类活动对河南段径流输沙减少起主导作用,对河南段径流量平均贡献率为80.94%,对输沙量平均贡献率为94.95%。     

黄河干、支流径流量与输沙量年际变化特征

收集黄河流域干、支流21个主要水文控制站1950-2007年间年径流量与年输沙量时序数据,采用TFPW(Trend-free pre-whitening)-MK法检验年径流与年输沙长期变化趋势,并利用贝叶斯变点分析方法诊断时序数据突变点.结果表明,黄河干(除唐乃亥外)、支(除头站年径流外)流年径流量与年输沙量均呈现显著下降;干、支流年径流与年输沙序列下降变化中均存在显著突变点,除干流年径流序列在1968年前后和1985年前后有共同突变点外,其它序列突变点出现时间极少一致;干、支流年径流量与年输沙量的突变式下降是对流域降水变化与人为干扰复合响应的结果.     

湟水水沙情势变化定量归因研究

水沙情势变化定量归因是水文学和流域地貌学的重要理论问题。以青藏高原向黄土高原过渡带的湟水为研究区,采用滑动t检验法、双累计曲线法系统分析了湟水干流径流泥沙的变化特征,量化评价气候变化和人类活动对湟水水沙变化的贡献率。结果表明:1956—2016年湟水干流上游石崖庄站径流量呈增大趋势,中下游站点径流量均呈减小趋势,各控制站输沙量年际变化呈显著减小趋势;径流量和输沙量表现出很强的年代际变化规律;各站径流量均在1980年、2004年左右发生突变,输沙量在1980年、2000年左右发生突变;不同时期,气候变化和人类活动对径流量和输沙量变化的贡献率不同;径流量和输沙量减少的主导因素是人类活动。     

黄河上游沙漠宽谷河段近期水沙变化特点及趋势

采用统计分析、相关性分析、滑动平均法和Mann-Kendall趋势检验等方法,对黄河上游沙漠宽谷河段主要控制站下河沿、石嘴山及头道拐近期水沙变化特点和变化趋势进行了分析.研究认为:1990年以来河段水沙异源的特点更加显著;2000年以来各站径流量和输沙量减少明显,与1990年以前相比分别减少24.8％～39.8％和36.6％～73.6％;径流量和输沙量在汛期的集中程度降低;水文站水沙关系变化不大;趋势分析表明各站水沙均呈显著减少趋势,且输沙量的减少比径流量更明显,其中头道拐站减少幅度最大.同时对影响沙漠宽谷河段水沙条件变化的降水量、引水引沙、支流来水来沙、水库运用、河道冲淤调整等因素进行了初步分析.     

百年尺度黄河上中游水沙变化趋势分析

根据黄河有实测资料以来的水文泥沙定位观测数据,利用非线性统计方法分析了1919—2012年黄河潼关以上河段水沙系列变化趋势。20世纪80年代中期以来水沙变化特点表明,黄河年径流量、年输沙量自20世纪80年代中期以来总体呈不断减少之趋势,而上中游水沙关系则早于20世纪60年代末已发生突变,1986年发生的突变属上中游同时发生的第2次突变。从百年尺度看,黄河水沙变化在1960年以前主要受到气候等自然因素影响,径流泥沙系列随降雨丰歉而出现相应的丰枯变化,之后黄河水沙变化受气候等自然因素和人类活动因素的双重影响,尽管不同时段降雨有丰歉变化,但径流量、输沙量都持续减少;近百年内年输沙量趋势度的绝对值明显大于年径流量趋势度的绝对值,中游的年径流量、年输沙量的趋势度的绝对值明显大于上游的;近30年是黄河水沙百年尺度中最枯的时段,其变化的突出特点表现在来水来沙量不断显著减少,水沙变化程度在空间上分布不均,泥沙主要减于中游而径流主要减于上游,水沙年内分配趋于均匀,来沙系数趋于降低,水沙搭配关系趋好。     

干支流水沙对黄河内蒙古河道冲淤量的贡献率

根据大量实测资料,采用多元回归和偏相关分析等方法,分析了不同时期干支流水沙对黄河内蒙古三湖河口至头道拐河段冲淤量的贡献率。结果表明:1952-2012年长系列黄河干流径流量、输沙量和支流十大孔兑输沙量等3个影响变量对干流河道冲淤量的贡献率在汛期分别为20.6%、23.1%和56.3%;年内分别为24.8%、24.7%和50.5%。由此可以看出,十大孔兑来沙对该河段冲淤量影响最大,而干流水沙对该河段冲淤量影响程度相当。1960-1986年时段3个影响变量对冲淤量的贡献率分别为17.6%、17.4%和65.0%;而1987-2012年时段3个影响变量对冲淤量的贡献率分别为8.8%、14.7%和76.5%。由于1987-2012年时段干流来水量大幅度减少,从而导致十大孔兑来沙对该河段冲淤量影响程度进一步提高,贡献率达到76.5%。因此,要想减少该河段的淤积,首先要减少十大孔兑入黄沙量,其次要减少干流来沙和增加干流来水量。     

黄河干流水沙关系变化及其成因分析

通过对黄河干流1950-2015年水沙资料的分析,利用M-K检验法及双累积曲线法,采用来沙系数研究了黄河干流水沙关系的变化特征。研究结果表明:黄河干流水文站除唐乃亥、艾山和利津站外,其他水文站的来沙系数均显示出不同程度的减小趋势,整体上水沙搭配关系发生了较大变化;此外,除唐乃亥站外,其他各站年输沙量的减小速率均大于径流量的减小速率;并且年输沙量与年径流量具有幂函数关系。最后,从降水变化、水土保持、水库调水拦沙和引水引沙等方面分析了引起黄河流域河道水沙关系变化的主要成因。     

1950-2011年黄河干流水沙关系变化研究

采用黄河干流主要控制水文站唐乃亥、兰州、头道拐、龙门、潼关、花园口、高村、艾山和利津站的实测径流量和输沙量资料,借助Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线法和Pearson相关分析等方法,探讨50余年来黄河流域不同时段、不同河段水沙关系的变化特征。结果表明:唐乃亥站径流量和输沙量无长期变化趋势,黄河干流自兰州以下各站年径流量和年输沙量均表现出显著下降趋势。借助花园口站实测径流量与输沙量双累积曲线知,2000-2011年无降水影响时的累积减沙量为61.602亿t。径流量和输沙量呈正相关关系,沿程各站相关系数r∈(0.512,0.664),不同年代水沙关联性有较大差别。黄河上中下游之间径流量、输沙量均呈现显著正相关,其相关系数分别为r∈(0.725,0.904)、r∈(0.887,0.918)。不同年代中游来水来沙量对下游径流量和输沙量的贡献率存在较大差异,在2000-2009年达到最小值。     

黄河入海水沙变化特征及其趋势预测

基于1951-2013年的利津水文站实测水沙数据,利用Eviews、SPSS、Matlab等工具,综合采用相关分析、累积距平、Mann-Kendall、R/S分析、Morlet小波分析和ARMA模型等方法,研究黄河入海水沙量变化规律,对其未来趋势进行分析预测,以期为黄河治理开发决策、黄河三角洲湿地演化研究提供参考。结果表明:近63年黄河入海年均水沙量总体上呈下降的趋势,年平均径流量为301.66亿m3,年平均输沙量为7.04亿t。黄河入海水沙量变化具有较明显的阶段性特征,其径流量和输沙量丰枯变化过程基本一致,整体上经历了丰-枯两个阶段的变化过程。黄河入海径流量和输沙量分别在1977年和1990年出现了突变。黄河入海水沙存在多尺度的周期性变化,径流存在5年、11年、15年和23年的周期,23年的时间尺度第一主周期;输沙存在6年、14年和22年共三个主周期,14年的时间尺度为第一主周期;水沙量的周期变化存在相似性,相关性较明显。黄河入海水沙量在未来一定阶段内整体上将呈现一种增加的趋势。利用ARMA模型对水沙量未来五年的变化进行了定量预测,径流量最优模型为ARMA(4,1),输沙量最优模型为ARMA(2,1),水沙量的预测值与实测值较接近,预测效果较为理想。     

50年来灞河流域水沙变化特征分析

根据灞河流域水沙特点,选取反映灞河流域水沙变化趋势的马渡王水文站,利用灞河流域50年的实测年径流量和年输沙量资料,采用Mann-Kendall非参数统计检验法、小波分析法、双累积曲线法,结合流域降雨量分析了灞河流域水沙年际变化特点及突变的年份。结果表明:灞河流域水沙年内分配极不均匀,水沙总体下降趋势明显;水沙序列具有多时间尺度特征,但变化尺度并不一致;径流量和输沙量分别在1989年和1981年发生了突变,但突变时间具有差异性,且输沙量的敏感性更强;进一步分析表明,降雨量的波动是径流量年际变化的主要影响因素,而输沙量的减少则主要受到径流量和人类活动的综合影响。     

气候变化和人类活动对长江径流泥沙的影响研究

采用长江干流寸滩、宜昌、汉口和大通四个控制站的径流量和输沙量资料,应用Mann-Kendall检验、滑动t检验和有序聚类检验等方法,分析水沙变化趋势及突变特征,运用气候弹性系数法以及累积量斜率变化率法,定量分解气候变化与人类活动对径流泥沙的影响。结果表明:近60年来长江干流径流量年际变化相对平稳,而输沙量年际变化剧烈,四个站的年输沙量均呈现显著减少趋势,大多数站点的年径流量和年输沙量在1968年前后和21世纪初期发生了突变。变异Ⅰ期为1969-2002年,人类活动对四个站的径流量和输沙量变化的贡献率分别为31.98%～70.04%和75.40%～95.33%。变异Ⅱ期为2003-2015年,人类活动引起四个站的径流量和输沙量变化的贡献率分别为59.75%～80.04%和91.94%～99.17%,显示人类活动的作用强度增大。     

黄河下游水沙变化与归因分析

以黄河下游为研究区,采用Mann-Kendall检验法、均值差异t法、小波分析法、双累积曲线分析法、累积量斜率变化率法对黄河下游近60 a来实测径流泥沙序列进行变化规律系统分析,定量评价气候变化和人类活动对黄河下游水沙变化的贡献率,以期揭示黄河下游水沙量变化规律及其引起水沙时空演变的影响因素。结果显示:黄河下游水沙量均出现明显下降趋势,且年输沙量比年径流量减少明显;花园口、高村、艾山3个水文站的年径流量均于1985年发生突变,利津水文站年径流量于1979年发生突变,高村、艾山2个水文站的年输沙量均于1997年发生突变,花园口、利津水文站年输沙量分别于1999年、1994年发生突变;各水文站水沙序列存在多时间尺度的周期变化,但变化尺度有所区别;4个水文站的水沙量双累积曲线均发生两次偏转,输沙量平均每年分别减少3.81亿、2.69亿、2.24亿、0.67亿t,减沙量沿程下降;水沙量减少的主导因素是人类活动。     

西江梧州段水沙时空演变特征分析

采用集中度和集中期分析西江梧州段水沙的年内变化;运用Mann-Kendall秩次相关、线性趋势回归检验、Mann-Whitney-Pettitt突变点分析、Morlet小波分析研究水沙的趋势、突变和周期成分;利用Kriging插值法对水沙的均值和趋势等进行空间插值。结果表明:径流量和输沙量年内分配具有一定的不均匀性;大湟江口、金鸡和梧州站年输沙量呈明显的下降趋势,分别在1997年、1986年和1988年发生突变,其余各站年输沙量和径流量变化趋势不明显,没有发生突变;西江梧州段多年平均年径流量和多年平均年输沙量大;年径流量和年输沙量呈从东部至西北部逐渐变小的减少趋势。     

1965~2011年赣江中上游年输沙量变化及影响因素

基于赣江万安坝址下游的西门水文站1965~2011年的径流量、输沙量观测资料和推算数据,利用Mann-kendall趋势分析检验法、双累积曲线法和相关性分析法等分析了赣江中上游输沙量变化特征,并探讨了该区域的气候变化和人类活动等因素对赣江中上游输沙量的影响。结果表明：西门水文站径流量年际变化较为均衡,而年输沙量有明显减少的趋势,特别是万安建库前后水沙关系分成两个系列,年径流量的突变点在1967年,输沙量突变点在1996年,即万安水库建成之后2 a;西门水文站年降雨量和年径流量基本保持一致,年降雨量的变化对年输沙量的影响显著;另一方面,1980年至今水利工程建设、水土保持工程等对河流泥沙产出和输送的影响显著,这也是导致该河段泥沙减少的主要原因。     

近50年来黄河输沙量变化特征及原因分析

收集了黄河重要干流水文站和一些主要支流近50年的输沙量及径流量数据,应用数理统计方法研究了输沙量绝对值和相对径流量的多年变化情况。结果表明:黄河干流除上游唐乃亥站输沙量相对径流量有升高趋势外,其他各站输沙量的绝对值和相对径流量的变化趋势为减少或基本保持不变,这主要是大量水库的拦沙作用和水土保持措施的实施造成的;各支流输沙量的绝对值和相对径流量变化也以减少或不变为主,但黄河中游产沙区的几条主要支流在径流量下降的情况下输沙量相对径流量却没有显著变化,这主要是由该地区的自然地理特征决定的。