降水和人类活动对乌江上游径流变化的影响分析

径流量变化与气候和人类活动密切相关,其相互作用使得流域水循环发生变化,对气候变化和人类活动进行定量分析,可为流域调控水资源效率、协调农业发展等提供参考。以乌江上游为例,基于鸭池河水文站和流域内及周边共12个气象站,根据1960-2013年长时间序列实测径流与气象资料,利用Mann-Kendall法、累积距平法判断流域降水量和径流量的突变时间,用Morlet小波法对径流量进行周期变化分析,重点分析乌江上游流域降水与人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明:1960-2013年间,径流量与降水量无显著增加趋势;径流量和降水量在此期间存在1986和2002年两个突变点,且突变特征和阶段特征同步;径流量与降水量的共振周期为18～19 a及19～20 a,流域径流量对降水量变化具有一定滞后作用,滞后时间为1～2 a;以1960-1986年为基准期,1987-2002年降水和人类活动对径流的贡献率分别为50.93%和49.70%,2003-2013年降水和人类活动对径流的贡献率分别为49.30%和50.70%。降水对径流变化的影响程度在降低,而人类活动对径流变化的作用在增大,因此,未来流域水资源管理应重视良性人类活动的构建与调控。     

长江上游降水特征及时空演变规律

基于长江上游1960年-2014年80个国家气象站的降水量资料,统计分析了长江上游降水量特征,并且通过绘制空间分布图,采用Mann-Kendall法、Pettitt法、Morlet小波分析法检验降水量时间序列,综合分析了长江上游降水量的时空演变特征。结果表明,长江上游1960年-2014年多年平均降水量为900.8mm,平均年降水总量为8 925.1m~3,降水量年际变化大,年降水量极值比为1.5,冬季极值比达3.9,降水量年内分布很不均匀,汛期占80%以上;空间上,长江上游降水量呈现东南部降水量大,西北部小的分布特征;时间上,长江上游年降水量总体上呈现显著的下降趋势,年降水量在1985年发生了突变,长江上游年降水量变化周期由强到弱依次为28a、13a、8a,各分区变化周期以28a为主。     

云南高原岩溶区极端降水变化规律研究

利用云南高原岩溶区9个气象站1960-2017年逐日降水量数据,通过MATLAB软件计算了6个极端降水指数,基于反距离加权插值、线性倾向估计、Mann-Kendall突变检验以及Morlet连续小波变换等技术方法,探讨了云南高原岩溶区极端降水的演化规律。结果表明:云南高原岩溶区1960-2017年各极端降水指数中,CDD、RX1day、RX5day、SDII主要呈缓慢的上升趋势,CWD呈显著的下降趋势,PRCPTOT整体减少趋势不显著;1960-2017年间仅有CDD和PRCPTOT发生了显著突变,突变年份分别为2006年以及2000年,其余4个指数CWD、RX1day、RX5day、SDII无明显突变现象;各极端降水指数周期性震荡较为明显,CDD、CWD、RX1day、RX5day分别存在28~30a、26~30a、27~30a、27~30a的主周期,SDII与PRCPTOT在27~30a时间尺度上周期最为明显;1960-2017年云南高原岩溶区各极端降水指数空间差异较为明显,除CDD表现为由南向北逐渐递增趋势外,其余5个指数表现为由北向南逐渐递增的相反趋势;1960-2017年间,CDD、CWD、RX1day、RX5day以及SDII均与PRCPTOT呈一致的极显著正相关,相关系数均达0.98以上。极端降水的这些变化可为未来岩溶水资源管理、生态环境建设等方面提供参考。     

巴音河流域德令哈市气象站近60年来降水变化特征分析

基于1956-2013年德令哈气象站逐月降水资料,借助标准化降水指数(SPI)表征干旱,运用线性趋势分析、Mann-Kendall趋势检验、Mann-Kendall突变检测、滑动t突变检验、Morlet小波变换、R/S分析等方法,分析近60年来其降水及干旱特征。结果表明:20世纪80年代之前处于降水偏少期,20世纪80年代至今处于降水偏多期,且呈现出上升趋势,冬季降水变化相对平稳,秋季降水波动较大;近60年来,年及各季节降水量呈显著上升趋势,年降水量上升率为21.16 mm/(10a),夏季降水量上升趋势明显,上升率为12.35 mm/(10a);年及各季降水量存在显著的3~9年的短周期和18~28 a的长周期变化;降水距平和SPI显著相关,干旱呈减弱趋势,干旱变化的周期为5 a和18 a。巴音河流域降水量的变化具有持续性,未来降水将保持增多趋势,干旱呈减弱趋势。     

南昌市降水变化分析及其与全球气候相关性研究

为研究全球变暖背景下南昌市的降水变化特征,利用南昌站1960—2018年的降水数据,采用Mann-Kendall检验法和小波分析等方法,分析了降水的变化趋势、周期特性、突变性,并探讨了年降水量与部分全球气候指数的相关性。结果表明:年降水量和汛期降水量呈波动上升趋势;年降水量及汛期降水量仍不能确定是否存在突变现象;年降水量及汛期降水量存在28 a的振荡周期;年降水量与南极涛动指数存在显著的线性关系。     

1956-2015年高邮市气温和降水量变化特征研究

综合小波分析等多种统计方法,从趋势、突变、周期多方面解析高邮市1956-2015年气温、降水量时间序列近60年的变化特征。结果表明:近60年高邮市整体呈增温趋势,线性递增率约为0.30℃/10a,年平均气温自20世纪80年代中期开始波动上升,而年降水量波动平稳,略有上升,线性递增率约为2.2 mm/10a;滑动T检验结合MannKendall检验得出气温在1998年左右出现增暖突变,未检测到降水量变异点;Morlet小波变换说明年平均气温在55a时间尺度下周期性最为显著,年降水量周期变化存在56、43、20~30、9a这4类较明显的时间尺度,其中56a周期震荡最强烈,20~30a周期性最弱;气温主周期与降水量第一主周期(56a)相关。     

大理地区极端气候事件长期变化特征研究

利用大理气象站的1960—2014年逐日降水和气温资料,计算出12个极端气候指数,采用线性趋势分析,M-K方法、Pettitt法相结合和谐波分析等方法对极端气候指数的趋势、周期和突变进行分析,得出如下结论:(1)整体来看,大理地区的极端降水指数中,最大1 d降水量、大雨日数、连续湿日、强降水量以及年降水量分别以1.278、0.211、0.1、6.987、15.25 mm/10a的趋势在减少,降水强度以0.03 mm·d-1·(10 a)-1的趋势增加;极端温度指数中,年平均温度以0.15℃/10a的趋势在增加,暖昼、暖夜、热持续天数的增加速率分别为43%、39%、2.56 d/10a,冷昼、冷夜、冷持续日数分别以5%、43%、0.8 d/10a的趋势在减少;(2)极端降水指数中存在4、6、20、27 a不同的主周期变化;极端温度指数中,冷夜、暖夜、暖昼、冷持续指数的主周期为27a,与年平均气温的周期变化一致;(3)热持续日数和暖昼的大幅变化对大理地区的增温现象产生一定影响;(4)年降水量在2011年发生突变,其它极端降水指数均未检测到显著性突变,年平均气温在2006年发生显著性突变,冷夜、暖夜、暖昼指数在90年代前后发生突变,并且均通过了0.01的显著性检验。     

近57年云南降水量时空格局及周期特性研究

降水是水资源的主要补给来源。为了研究云南省降水量的时空变化及周期特性,以云南省1960～2016年日降水数据为基础,采用线性倾向估计法、滑动平均法、Mann-Kendall检验、Hurst指数法和小波分析法进行了时空变化分析和周期分析。得出以下主要结论:(1)云南省年降水量分布极不均匀,多雨区分布在省内西部和南部,少雨区分布在省内西北部如德钦、中甸,最大值与最小值相差1 667.2 mm。(2)年降水表现为不显著的减小趋势,在2002年发生不显著的突变。(3)季节降水量只有秋季变化趋势不显著,且四季均存在突变点,突变时间分别为1970,1994,2002,1980年。(4)年降水量、春夏秋冬四季降水量的Hurst指数分别为0.7,1.0,0.9,0.8,0.8;(5)年降水量、春夏秋冬四季降水量的第一主周期依次为28,22,28,27,18 a。     

1964-2013年汉江生态经济带干湿气候时空变化分析

根据1964-2013年汉江生态经济带气象站点的逐日观测数据,通过气候斜向率、Kriging插值法、M-K突变检验、小波分析等手段分别对各干湿要素进行趋势、空间、突变、周期分析.结果显示:该区域总体上经历了由湿变干的过程,年降水量、潜在蒸散量、干湿指数、水分盈亏量均呈线性下降趋势,突变分别发生于2005,1972,2006,2005年前后,且存在5,15,25a左右时间尺度的干湿周期;该区域分为湿润、半湿润地区,各干湿气候要素在空间上基本呈“山区少、平原多”沿汉江自东南向西北逐渐变干的格局.综上,受多因素的影响,汉江中下游流域干湿气候空间分布相对复杂并逐渐变干,这种趋势已经凸显,应予以必要的重视,并采取科学可行的防旱减灾措施应对干湿气候变化.     

内蒙古半湿润与半干旱过渡区气候干湿变化差异研究——以赤峰市与呼伦贝尔市对比为例

利用1978-2018年赤峰市与呼伦贝尔市共12个气象站点的气象观测数据,运用线性回归、滑动平均等方法分析两市降水及气温的变化特征,并结合M-K检验法以及Morlet小波分析法,对比分析两市气候干湿变化所带来的影响。结果表明：在气温方面,1978-2018年赤峰市与呼伦贝尔市年平均气温均呈波动上升趋势,上升增率分别为0.11、0.25℃/10a,两市年均气温均在1982年发生突变,年均气温变化主周期分别为14和10 a;在降水方面上,赤峰市年降水量增率为2.43 mm/10a,呼伦贝尔市为-9.76 mm/10a;夏季降水倾向率最为明显,两市分别为6.71、-11.09 mm/10a,两市年降水量均发生了多次突变,年降水量变化主周期分别为12和8 a;1978-2018年赤峰市气候向暖湿化发展,呼伦贝尔市气候则趋向暖干化,这对于处于农牧分界地带的两市农业生产有较大的影响,适时制定科学合理的农牧业规划十分必要。     

五指山市近 60 年降雨量时空演变规律分析

为了解五指山市近几十年降雨量的变化规律,基于市内及周边17个雨量站/气象站资料,采用不同插值方法逐月插值,与海南省水资源二次评价对比得到合理方法;并用滑动平均法、累积距平法、Mann-Kendall非参数检验法及Morlet小波分析等方法对降雨量进行时空变化分析,得到如下结果:五指山市近60年多年平均降雨量为1 921.3mm,在空间上呈现由东北、正北向西南逐渐递减的趋势,不同丰枯情景下降雨分布略有差异,但其对地形的响应较为一致;年降雨量总体呈现显著增加的态势,并且在1988年左右存在由减少到增多的突变;借助SPSS软件,通过归因分析表明,蒸发主要影响着五指山市降雨的变化规律;降雨量存在多尺度时间效应,存在23a和16a左右的主周期,且均存在丰枯交替变化,并在未来几年均处在偏丰时期。研究结果对五指山市的水资源开发利用和规划具有现实指导意义。     

冻融循环下南阳膨胀土直剪试验

我国南水北调中线工程沿线的部分膨胀土渠道处在季节性冻土地区。为了探究冻融循环对膨胀土抗剪强度和体积变化的影响规律,对经历冻融循环的膨胀土和非膨胀性黏土试样进行尺寸测量和直剪试验。试验结果表明:在冻融循环初始阶段,土体抗剪强度的降低较为明显,随后由于含水率的降低,土体的强度逐渐增强;在冻融循环的过程中,非膨胀性黏土的体积变化表现为"冻胀融沉",而膨胀土的体积变化表现为"冻缩融胀"。干密度的改变不影响膨胀土的抗剪强度和体积变化的规律形态,干密度大的膨胀土最终体缩量较小。采取防蒸发措施的膨胀土在冻融循环前3次抗剪强度逐渐减小,随后趋于稳定,其最终体积几乎不受干缩的影响。     

渭河流域降水时空变化与干旱特征分析

以渭河流域14个典型气象站降水资料为基础,应用Mann-Kendall趋势检验法、频率分析法、差积曲线法以及游程分析法对研究区的降水变化规律及少水概率特征进行了研究。结果显示:40多年来渭河流域降水量呈明显减少趋势,以春、秋两季最为明显,这增加了区域发生干旱的可能性;流域降水过程呈丰枯交替的周期性现象,连丰或连枯较易发生,且存在干旱与洪涝并发现象;连枯年的概率比连丰年概率大,且少水期常持续2~3a,引发的干旱强度较大;1991年以后渭河流域干旱事件的频率、强度和烈度均有增加趋势,未来渭河流域的农业发展与水安全将面临更大的威胁,必须予以高度关注。     

岗南水库上游流域大气氮干湿沉降研究

以岗南水库上游流域为研究对象,在岗南水库及其控制流域设置5个采样点位,分析2015年7月至2016年6月流域大气氮素干、湿沉降通量时空分布特征。结果表明,岗南水库流域总氮干、湿沉降通量范围分别为17.7～134.7kg/(km~2·月)和9.9～386.8kg/(km~2·月)。大气干沉降以硝态氮和有机氮为主,春、夏季较高;湿沉降中氮素形态以氨态氮和硝态氮为主,夏季最高,春季次高,秋冬季较低。空间分布上,呈现出由西北向东南不断增加的趋势。利用大气氮素总沉降量、流域面积以及水库水面面积计算得到全流域大气总氮沉降入河负荷量为3 674t/a,直接沉降入库负荷量为105.16t/a。     

黄河下游重塑黏性土抗冲特性试验

黄河下游河床存在典型的分层结构,不同部位对水流抗冲性不同,抗冲性极强的"胶泥层"对河势演变具有重大影响。通过对黄河下游花园口附近黏性土进行取样,开展了黄河下游河岸黏性土起动冲刷的水槽试验。分析了起动切应力随干密度的变化情况,建立了干密度、含水率与淤积历时的关系,拟合了黏性土侵蚀系数与起动切应力的关系式,结果表明:黏性土起动切应力随干密度的增大而增大,两者呈幂函数关系;当淤积历时较短时,黏性土干密度(含水率)随淤积历时的增大而增大(减小),两者呈对数函数(指数函数)关系;黏性土侵蚀系数随起动切应力的增大而减小,两者呈幂函数关系;同时研究发现,黏性土起动切应力与黏粒含量相关,相同干密度条件下,黏粒含量越高起动切应力越大;黏性土侵蚀系数与该土体的黏粒含量、土体结构相关,黏粒含量越高侵蚀系数越小,相应的其抗冲性越强。     

长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤防护措施

运用水锤理论和特征线法,结合工程实例,对采用缓闭式蝶阀、空气阀和单向调压塔等防护措施的长距离多泵联合运行输水系统停泵水锤进行计算和分析,得到了管道沿程的水头包络线以及泵端性能参数相对值的变化曲线。计算结果表明,无防护措施下最小水锤水头较低,泵端性能参数变化较大;泵端蝶阀防护可以有效地控制泵端性能参数流量和转速变化幅度,但水头的变化出现了振荡,最小水锤水头值降低;采用空气阀+泵端蝶阀防护可以有效地增加最小水锤水头值,只在管道局部出现负压,但与泵端蝶阀防护相比性能参数变化有所增大;单向调压塔+泵端蝶阀对停泵水锤防护效果最为明显。为了减小单向调压塔数目,最终选择单向调压塔+空气阀+泵端蝶阀的组合作为最终的防护措施,与无防护措施相比,组合防护下整个管道不出现负压,泵端水头虽出现了振荡,但幅度不大,流量最大变化幅度下降0.15,转速最大变化幅度下降0.7,转矩振荡时间变短。     

西安市区地下水位动态特征与影响因素

根据西安市区地下水位监测资料,分析了地下位动态变化特征,并以水文地质分区为单元,对水位动态的影响因素(降水和开采)进行了研究。结果表明:1965年-2010年西安市地下水位整体呈下降趋势;降水量对地下水位的影响主要体现在丰水年水位回升或下降速率减缓,枯水年水位下降速率加剧,不同水文地质分区水位变化与降水量变化的相关程度不同;开采量对地下水位的影响体现在随着开采量增加,地下水位下降,但同样的开采量下,各个水文地质分区水位下降幅度不同;最后,运用灰色关联度分析水位变化的主导因素,结果表明,地下水开采是西安市区地下水位变化的主导因素。     

旋流环形堰竖井泄洪洞三维流场数值模拟

旋流环形堰竖井泄洪洞是一种新型的环境友好的内消能工, 跟传统环形堰竖井泄洪洞相比, 泄洪洞的流态和 消能防蚀机理明显不同。作为一种新型布置形式, 其复杂的水流特性并不是十分清楚。依托于广东清远抽水蓄能 电站下水库泄洪洞工程, 基于RNG k2E双方程湍流数学模型, 并结合VOF( Volume Of Fluid) 方法, 对下库旋流环形 堰竖井泄洪洞进水口、竖井旋流泄洪洞、出口的复杂水流进行了三维数值模拟, 并对部分水力参数的特性进行了解 析计算, 获得了流态、压力、流速、空化数等水力要素的变化规律。模拟结果表明, 数值计算结果与物理模型试验成 果吻合较好。并通过数值模拟验证了该新型内消能工的泄流能力和高消能效率。     

虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的试验研究

为研究虹吸式管道排沙技术在西霞院水库清淤中的应用及效果,基于水库库区现场的清淤试验,利用西霞院水库上下游水位差的虹吸作用,辅以破土射流冲吸式吸泥头扰沙,通过对输沙管道沿程含沙量和流量等特征值的跟踪监测,研究单泵及双泵串联条件下,200m3/s、220m3/s、230m3/s、240m3/s、250m3/s、300m3/s和330m3/s共7个流量级不同试验工况下测点含沙量的变化范围、趋势及粒径级配等,并对试验清淤效果进行定量分析。水库清淤的现场试验结果表明:随着虹吸式管道排沙试验的工况流量不断增大,所测的平均含沙量呈现出增大趋势,而最大含沙量呈现先增大后减小的趋势,整个试验过程最大含沙量达到342.61kg/m3,清淤2 000m3泥沙的生产成本为10.56万元。     

基于马尔可夫链的北京市546年来的旱涝演变特征

基于北京546年的旱涝资料,通过Mann-Kendall检验、滑动t检验等方法,分析得到不同旱涝变化趋势,并使用马尔可夫链研究了整体和每个趋势各状态间的转移概率以及重现期。研究表明北京地区旱涝灾害具有明显的趋势性,整体呈现"涝-旱-涝-旱"波动,局部有旱涝急转的现象。1470-1579年整体偏涝,转向偏涝年份的概率最高(31.3%);1580-1768年整体偏旱,转向正常年份的概率最高(34.3%),且容易发生多年连旱;1769-1898年整体偏涝,转向正常年份的概率最高(41.5%),且旱涝灾害发生概率基本相同;1899-1961年由涝转旱,转向偏旱年份的概率最高(35.1%);1962-2015年整体偏旱,转向偏旱概率最高(29.7%),且容易发生多年连旱。对546年旱涝整体分析,旱涝转移趋向于正常,但整体处于一个偏旱的状态。