冬雨型河流水文特性分析——以瓦赫什河为例

为了更好地了解和掌握冬雨型河流的水文要素变化规律,以塔吉克斯坦共和国瓦赫什河流域为研究区,对该研究区气温、降水、径流进行了分析。结果表明:1气温的季节性变化与径流过程具有较好的同步性;2瓦赫什河流域降水量在年内分配很不均匀,主要集中在春冬季;3对于冬雨型河流,降水主要以固态形式堆积在流域上,径流主要以融冰雪融水进行补给。     

祖厉河河源区径流、泥沙对气候的响应研究

针对黄河上游一级支流祖厉河的河源区河川径流及泥沙变化对气候的响应过程进行分析研究,运用水文统计学方法对30多年实际观测资料进行分析,结果表明:祖厉河上游源区的径流、泥沙对研究区的气候变化敏感。自20世纪80年代以来气温显著升高,蒸发量呈显著增加趋势,且两者变化速率高于黄河上游及全球变化速率,分别为0.75℃/10a和34.8 mm/10a。同时降水呈现减少趋势,河道径流和泥沙受气候变化影响显著减少,自2000年以来,祖厉河上游基本断流,1997年发生径流突变以及降水-径流、径流-泥沙关系的变化。而人类保护生态环境所采取的工程措施有效减少了土壤侵蚀,泥沙的突变时间有所延迟。     

玛纳斯河流域水文特征值及演变规律——以玛纳斯河为例

为更好地掌握玛纳斯河流域水文特征值及演变规律,发挥玛纳斯河在工农业生产和防洪工作的重要作用,根据玛纳斯河红山嘴水文站多年水文观测资料,对玛纳斯河的水文特征值及演变规律进行阐述与分析。结果表明,冰川与降水是玛纳斯河流域径流的主要补给源,影响该流域径流年际、年内变化的主要因素是降水和气温,其径流年内分配集中在6~8月份,7月份径流量最大占年径流量的28%,径流过程略滞后于气温和降水过程。     

新疆某河流域气温、降水变化趋势分析及径流响应关系

基于新疆北山区某河流域1959年～2015年以来的气温、降水和年径流序列资料,采用累积距平法、 M-K检验以及小波分析等方法,分析该流域近57年来年际变化特征。结果表明,某河流域在近57年以来,其气温和降水序列均呈不同程度的上升趋势,且分别以0.50℃/10 a和20.4 mm/10 a的速度上升;而径流序列虽有微弱的上升趋势但不显著;气温序列在1994年发生突变,降水序列在1993年、2004年、2013年发生突变,径流序列在1960年、1989年、2008年发生突变;某河流域水文气象要素均存在多时间尺度特征效应,流域气温、降水序列年代年际变化周期均以26年为第一主周期,而年径流序列则以24年为第一主周期,可为流域水资源合理开发利用以及防洪减灾提供依据。     

渭河流域气候要素演变特性分析

以渭河流域21个气象站1960-2010年的年降水、年潜在蒸散及年均气温为研究对象,通过气候倾向率法、Mann-Kendall法、累积距平法和小波分析法对各气候要素的演变特性进行了分析。结果表明:151 a来该流域年降水以1.55 mm/a线性趋势减少,年潜在蒸散以0.37 mm/a线性趋势增加,年均气温变化幅度不大,且3种气候要素的变化趋势均不显著;2年降水分布东多西少,南多北少,呈现出由东南向西北逐渐减少的趋势;年潜在蒸散在东西向呈现出南北带状相间分布的规律;年均气温分布东高西低,南高北低,呈现出由东南向西北逐渐降低的趋势;3年降水突变点为1972、1976和1985年;年潜在蒸散突变点为1962、1968和1974年;年均气温突变点为1977年;4年降水、年潜在蒸散及年均气温序列均有17 a和28 a周期。     

晋江西溪流域气候变化下的水文响应研究

气候变化的水文响应研究主要集中在气温和降水的变化对流域各水文要素的影响,选用分布式水文模型SWAT模型,采取直接设定气候情景的方法,定量的评估晋江西溪流域在不同气温和降水条件下产流量、产沙量及蒸发量的变化情况.模拟结果表明气温升高或降水减少都会使产流量减少,气温升高4℃,降水减少20 %,产流量减幅最大,为33.34 %,气温升高或降水增加会使产沙量及蒸发量增加,气温升高4℃,降水增加20 %,产沙量及蒸发量增幅最大,分别为106.73 %和25.12 %,且降水对产流、产沙的敏感性要大于气温.     

降水变化及人类活动对金钱河流域径流的影响

以秦岭南麓的金钱河流域为典型研究区,利用Mann-Kendall非参数统计检验方法、回归分析法、双累积曲线法等数理统计方法,分析金钱河流域径流和降水的年际变化特征,建立了降水年内变化参数的流域降水与径流关系模型;并基于水文模型的方法定量评估降水变化及人类活动对金钱河流域径流变化的影响。结果表明:金钱河流域的降水、径流变化呈现一致性;径流系数呈下降趋势;金钱河流域降水和径流突变点发生在1988-1989年左右;通过降水-径流关系模型计算,由人类活动引起径流减少的比率为51.67%,较高于降水变化的比率48.33%,是导致径流变化的主要原因。     

青藏高原大通河流域气候要素时空演变特性分析

以青藏高原大通河流域为研究区域,将流域内及周边5个气象站1960-2012年的年降水、年均气温及年潜在蒸散发作为研究对象,利用气候倾向率法、Mann-Kendall法、滑动平均和小波分析法对各气候要素的演变特性进行了分析,以期为大通河流域水电站梯级调度运行、减轻旱涝灾害及其影响提供科学依据。结果表明:153a以来,大通河流域年降水以0.60 mm/a线性趋势不显著增加,年均气温以0.03℃/a的线性趋势显著增加,而多年潜在蒸散发却以0.94 mm/a线性趋势不显著减小;2流域年降水受祁连山及季风的影响,在东西方向自西南向东北逐渐增加,在流域的中游达到最大;受海拔的影响,年均温度的空间分布东高西低,南低北高,最高温度出现在流域中下游;而流域年潜在蒸散自西南向东北呈现带状相间的分布规律;3该流域年降水、年均气温均未出现突变,流域年潜在蒸散发在1970及2008年出现突变;4周期分析显示,流域年降水序列周期为17、28 a左右,年均气温周期为8、15 a左右,年潜在蒸散发序列周期为18、30a左右。     

基于滑动Copula函数的金沟河流域径流-气温关系变异诊断

为探究变化环境下金沟河流域径流和气象因素的关系变异情况,根据八家户水文站1964—2016年的水文气象数据,采用极点对称模态分解(ESMD)方法、Spearman相关分析和滑动Copula函数对流域内水文气象要素进行了分析。结果表明:金沟河流域的径流序列整体上呈微弱的减小趋势,降水和气温序列呈增加趋势,ESMD趋势项反映出金沟河流域的径流、降水和气温序列均呈非线性趋势变化;降水和气温序列的突变时间分别为1983年和1997年,径流序列的突变时间为2002年和2015年;滑动Copula函数不同窗口下的相关系数显示径流-气温关系变异时间为1997年,联合序列的最佳Copula函数由1964—1997年阶段的Gauss-Copula函数变异为1998—2016年阶段的Gumbel-Copula函数。气候变化和人类活动是造成金沟河流域径流-气温关系变异的主要原因。研究结果有助于了解金沟河流域内水文气象要素的变化特征及径流气象要素的关系变异时间,可为流域内的其他水文计算提供参考依据。     

八音沟河流域水文要素特性分析

根据天山北坡中段河流八音沟河喇嘛庙水文站近29年来的水文资料分析了该河流的流域概况、气候及水文要素特性。得出八音沟河流域内水文平均变化周期,为合理开发、利用八音沟河流域水资源,解决环境及水资源短缺问题。提供分析依据。     

高寒山区融雪径流对气候变化的敏感性分析

以玛纳斯河流域为研究区,采用数理统计的方法以研究区1958—1987年实测的水文、气象资料为基础进行趋势变化及全球气候变化对降水、气温、径流影响的分析。以新安江模型为基础建立了研究区数字水文模型,并对1981年融雪径流进行模拟。利用该模型结合不同的气候情景假设分析高寒山区融雪径流对气候变化的敏感性。     

变化环境下“中华水塔”水资源及产流规律变化分析研究

受全球气候变暖的影响,“中华水塔”地区正面临着以“变暖变湿”为主的气候变化。受气候及下垫面条件的综合影响,区域水资源显著增加,各流域产流机理在空间上呈现出明显的地区差异特征。基于“中华水塔”区域1956—2020年水文气象资料,通过趋势、突变、距平等分析方法,分析其水文要素和产流规律的变化趋势、特征及相互之间影响关系。结果表明：近年来“中华水塔”区域气温显著升高,蒸发能力总体增强,区域进入丰水期,降水、径流显著增加,在同等降水径流尺度下,黄河源区产流能力有所降低,长江、澜沧江源区产流能力明显增强;气温升高、降水量持续偏丰以及流域前期影响雨量（蓄水量）增加、枯季径流比例提高、下垫面生态持水能力增强是引起区域产流规律变化、水资源量增加的主要原因。     

Impact of Climate Change on the Hydrology of Upper Tiber River Basin Using Bias Corrected Regional Climate Model

The use of regional climate model (RCM) outputs has been getting due attention in most European River basins because of the availability of large number of the models and modelling institutes in the continent; and the relative robustness the models to represent local climate. This paper presents the hydrological responses to climate change in the Upper Tiber River basin (Central Italy) using bias corrected daily regional climate model outputs. The hydrological analysis include both control (1961–1990) and future (2071–2100) climate scenarios. Three RCMs (RegCM, RCAO, and PROMES) that were forced by the same lateral boundary condition under A2 and B2 emission scenarios were used in this study. The projected climate variables from bias corrected models have shown that the precipitation and temperature tends to decrease and increase in summer season, respectively. The impact of climate change on the hydrology of the river basin was predicted using physically based Soil and Water Assessment Tool (SWAT). The SWAT model was first calibrated and validated using observed datasets at the sub-basin outlet. A total of six simulations were performed under each scenario and RCM combinations. The simulated result indicated that there is a significant annual and seasonal change in the hydrological water balance components. The annual water balance of the study area showed a decrease in surface runoff, aquifer recharge and total basin water yield under A2 scenario for RegCM and RCAO RCMs and an increase in PROMES RCM under B2 scenario. The overall hydrological behaviour of the basin indicated that there will be a reduction of water yield in the basin due to projected changes in temperature and precipitation. The changes in all other hydrological components are in agreement with the change in projected precipitation and temperature.     

基于青藏高原冰芯记录的长江源区径流重建

近几十年来长江源区河川径流条件发生了较大变化,研究全球变暖背景下长江源区径流变化特征对于认识气候变化引起的水文效应具有重要的现实意义。利用沱沱河水文站和气象站1960—2019年实测水文气象数据,分析径流演变规律及其与降水、气温、蒸发等气象因素间的关系。采用青藏高原5根冰芯δ¹⁸O记录与冰芯积累量,分析了不同冰芯间δ¹⁸O记录、冰芯积累量之间的关系,以及冰芯记录与沱沱河径流之间的相关性。在此基础上重建沱沱河水文站1900—1960年10 a滑动平均径流系列,并初步分析100多年来沱沱河径流的丰枯变化规律。研究结果表明,沱沱河水文站年径流在2002年前后发生显著增加的趋势,长江源区气温急剧上升导致的冰川和积雪融水增多是长江源区流量急剧增加的重要原因之一。重建沱沱河1900年以来径流系列表明,长江源区经历了多次的丰枯交替变化,径流变化规律与青藏高原3次气候突变时间点基本吻合。研究结果对揭示气候变化条件下长江源区河川径流演变规律及其水文响应提供了参考。     

A Semi-Distributed Monthly Water Balance Model and its Application in a Climate Change Impact Study in the Middle and Lower Yellow River Basin

Abstract

Human activities and climatic change have greatly impacted hydrological cycles and water resources planning in the Yellow River basin. In order to assess these impacts, a semi-distributed monthly water balance model was proposed and developed to simulate and predict the hydrological processes in the middle and lower Yellow River basin. GIS techniques were used as a tool to analyze topography, river networks, land-use, human activities, vegetation, and soil characteristics. The model parameters were calibrated in 35 gauged sub-basins in the middle Yellow River, and then the relationships between the model parameters and the basin physical characteristics were established. A parameterization scheme was developed in which the model parameters were estimated for each grid element by regression and optimization methods. Based on the different outputs of general circulation models (GCMs) and regional climate models (RCMs), the sensitivities to global warming of hydrology and water resources for the Yellow River basin were studied. The proposed models are capable of producing both the magnitude and timing of runoff and water resources conditions. The runoffs are found to be very sensitive to temperature increases and rainfall decreases. Results of the study also indicated that runoff is more sensitive to variation in precipitation than to increase in temperature. The additional uncertainty of climate change has posed a challenge to the existing water resources management practices, and the integration of water resources management will be necessary to enhance the water use efficiency in the Yellow River basin.     

Impacts of climatic variability on northward flowing rivers in North America,using a paired basin approach

Northward flowing rivers are the most vulnerable system to a general early warming trend in terms of flood risk. In a changing climate, how well we understand the variability of precipitation and streamflow and the correspondence between them determines the appropriateness and efficiency of river engineering activities, flood control structures, and water resource management policies. Using both time and frequency domain approaches, this study investigated variations and periodicities in precipitation and discharge of two neighboring northward flowing river basins, the Red River of the North (referred to hereafter as the Red River) basin and the Little Missouri River basin in North America. Additionally, this study also characterized whether the most dominant quasiperiodic climate variation El Niño Southern Oscillation (ENSO) affected regional precipitation and streamflow. Results indicated that the southern and central Red River basin experienced significant increases in precipitation and discharge, particularly in cold season, while the Little Missouri River basin had no statistically significant change in precipitation or discharge. The global atmospheric oscillation ENSO had little effects on the regional precipitation and streamflow increases in the Red River basin. Furthermore, strong spectral coherences and prominent annual/semi‐annual periodicities in precipitation and discharge were revealed, confirming how precipitation determines frequency peaks and primary oscillation cycles of discharges in both basins. By removing broad‐scale climatic driver, this study indicated that some local forcing is most likely responsible for the excessive water abundances in the Red River basin, among which agriculture land usages stand out to be the most promising driver.     

金沙江上游河段水温变化规律及其影响因素探讨

金沙江上游作为长江的源头地区,具有特殊的生态环境功能,河流水温对水生生物的生长及周边生态环境具有重要意义。采用金沙江上游干流岗拖、巴塘、石鼓水文站实测水温数据,以河段天然水温作为研究对象,对其年内、年际变化及沿程分布规律进行了研究,并探讨了影响水温的主要水文、气象因素。结果表明,金沙江上游岗拖、巴塘、石鼓3个水文站月均水温最高值一般出现在7—8月份,最低值一般出现在1月份。1961—2018年3个水文站年水温总体上呈现出显著的上升趋势,并分别于1998年、1992年、2003年出现突变点。气温对3站月平均水温的影响最为紧密,其次是降水和径流,相对湿度、蒸发和风速也对该河段水温变化产生一定影响,日照与水温之间的关系最弱。从水温变化的沿程分布来看,从上游至下游,水温与径流、风速、水面蒸发相关系数沿程减小,与降水、气温、相对湿度相关系数沿程增加,其主要原因与金沙江上游流域水文气象特征关系密切。同时通过主成分分析,进一步验证了影响水温的主要因素。     

基于DFA的桑干河水文气象因子的趋势分析

研究区域的气象因子(气温、降水和蒸发)及径流的长期演变特性,对于水文水资源系统的预报、模拟具有十分重要的作用。采用非趋势波动(DFA)分析法,对桑干河近55年(1955年-2010年)的气象因子的变化及石匣里水文站1955年-1990年的径流量的变化进行了分析,计算得到气温、蒸发、降水和径流的标度指数的数值分别为0.523 9、0.696 8、0.723 7、1.201 1,其中气温、降水和蒸发的标度指数居于0.5～1之间,而径流的标度指数大于1,分析结果表明,未来该流域的气温将呈升高的趋势,而蒸发和降水呈逐渐减少的趋势,降水的减少将更为显著,径流未来的变化趋势不能用DFA法来识别,有待于进一步的研究。     

汾河流域径流减少因素的定量解析

分析汾河流域 1981—2015 年气候、植被和人类取用水的演变特征。结果表明,流域年降水和净辐射分别呈 不显著（p>0.05）增加和减少趋势,叶面积指数显著（p<0.05）增加,人为取用水量波动增加,实测年径流显著（p<0.05） 减少。基于分布式水文模型和因素去趋势方法定量解析降水、净辐射、温度、叶面积指数以及取用水对汾河年径 流减少的贡献。结果表明,取用水的增加是导致汾河径流减少的主要原因,其次为温度、叶面积指数和净辐射的 变化。在上述 4 个因素无趋势情景下,实测年平均径流将分别增加 27.4%、14.4%,13.7% 和 2.1%。降水增加缓解 了年径流的减少。在年降水无趋势的情景下,实测年平均径流将减少 5.3%。上述研究结果可为汾河流域的水资 源管理和规划提供参考。