喀斯特地区流域洪水退水过程分析——以贵州省黄洲河流域为例

为研究喀斯特地区流域洪水退水的过程特性,以贵州省黄洲河流域为研究对象,对流域径流进行基流分割,运用指数型退水模型公式对退水过程进行模拟。结果表明:(1)黄洲河流域洪水过程的总流量变化与基流变化呈现正相关,退水过程受降雨时长、流量大小以及流域岩性特征等因素的影响。(2)地表径流退水速率大于地下径流退水速率,流域内大量的岩溶孔隙和裂隙存在使地下径流退水加快。(3)起退流量为11.99～381.81 m~3/s,退水系数的范围为0.033～0.084,退水系数越大,暴雨洪水时间越短,反之越长。(4)指数型退水模型能够较好地模拟黄洲河流域的退水过程。     

淮河上游紫罗山流域枯水频率及退水规律分析

应用枯季径流退水规律预报枯季径流总量和径流过程是枯季径流预报最常用、有效的方法。但目前,尚未有一种通用的分布可以很好地模拟所有枯水径流。以淮河上游紫罗山流域为研究对象,以1952～2010年各年最小7 d平均流量作为枯季径流统计特征序列,采用P-Ⅲ,LP-Ⅲ,GLO,GPA,LN3和GEV 6种分布,利用适线法、矩法等进行参数估计,推求经验频率对应的理论线型计算值。利用概率点据相关系数、四阶线性矩系数、确定性系数,均方根误差和平均绝对误差5个特征统计量,比较各分布线型拟合情况,确定该流域枯水频率最优拟合线型为P-Ⅲ分布。此外,利用退水曲线法推求各年份退水系数与多年综合退水系数。结果表明:流域年退水系数在0.007～0.200范围内波动,其变化与降水无关,随着最小7 d平均流量的变小而增大,流域多年综合退水系数为0.08。研究成果对合理开发利用水资源、保护河流生态系统平衡具有现实意义。     

以尼洋河流域为例探究高原山区降水插值方法

由于尼洋河流域位于青藏高原地区,雨量站分布稀疏,只有工布江达、巴河桥、更张3个站点有连续的降水记录,显然利用3个站点进行降水径流模拟是不符合降水径流平衡的,降水量明显小于径流量。为了使尼洋河流域降水径流平衡,将利用降水与地形关系进行降水插值,主要利用降水与海拔的关系及利用ARCgis进行流域自然分区,通过建立降水数学模型计算各分区降水量,再计算整个流域面上的降水量。得出流域多年平均径流系数为0.67,降水分布与实测藏东南区域多年平均降水量分布图吻合,达到降水径流平衡,证明该方法具有较强的实用性。     

南水水库汛期降水集中度和集中期与径流年内分配探讨

以南水水库流域1970~2016年的径流量资料为基础,为研究该流域径流年内变化的一般特征、径流在汛期的集中程度和汛期分期的变化,采用径流年内不均匀分配系数、年内完全调节系数等,并在汛期采用集中期和集中度的方法进行初步探讨。研究表明,汛期径流分配的集中期和集中度越大,该流域发生洪水的概率也就越高;汛期径流分配集中度呈增大趋势,表明汛期径流分配逐渐趋于不均匀。     

数字滤波法分割基流的论证

基流是河川的重要组成部分,基流划分的正确性直接影响对流域的水文分析,如流域的降雨径流关系、坡面汇流等。应用修改后的适用于场次洪水的数字滤波法及斜线分割法对总径流进行分割,并用分割后的地面径流与降雨资料建立降雨-径流相关图,推求流域的瞬时单位线,拟合洪水。结果表明,数字滤波法分割的基流比斜割法更平滑,更符合流量过程线退水段的物理规律,且其获得的瞬时单位线的确定性系数较斜割法高。     

沙颍河流域径流过程模拟与径流组分变化特征

采用线性关系和非线性关系对沙颍河流域的地下水退水曲线进行拟合对比,基于改进的SWAT(soil and water assessment tool)模型对沙颍河流域径流过程进行模拟,并采用Nash-Sutcliffe效率系数、百分比偏差及确定系数等3个指标对模拟效果进行评价,在此基础上,分析沙颍河流域径流过程的年内和年际变化特征。结果表明:沙颍河流域地下水退水曲线非线性关系拟合比线性拟合效果好,基于此建立的模型模拟结果较好;沙颍河流域地表径流、壤中流和基流分别占径流量的55.5%、25.4%和19.1%,冬季径流主要由基流补给,径流年内分配与降水变化基本一致,具有明显的季节变化和不均匀性;1961-2014年径流量呈上升趋势,地表径流和基流的波动与径流的变化基本一致,呈上升趋势;1961-2014年壤中流呈下降趋势。     

近年来青海三江源区河川径流变化特征及趋势分析

依据三江源区1956-2012年57年水文监测资料,采用距平分析,集中度、集中期、不均匀系数等方法,分析了自2005年青海三江源生态保护工程实施以来,三江源区河川径流变化特征及趋势。结果表明:三江源区2005-2012年系列径流的空间分布特征是由南向北递减;2005-2012年径流距平自东南向西北逐渐增大,最大为长江源头区,距平在80%以上,最小为源区东南部地区,距平在-10%左右;2005-2012年长江、澜沧江、黄河吉迈以上径流集中度、不均匀系数呈减小趋势,集中期有所推后,说明径流的年内分配趋于均匀、最大水量出现时间有所滞后;2005-2012年期间源区径流总体呈偏丰状态,各站径流较多年均值有明显增加;1956-2012年期间,长江源区径流有明显上升趋势,澜沧江、黄河源区径流无明显上升或下降趋势。     

东江流域基流变化特征及影响因素

基于东江流域控制性水文站博罗站1954—2010年实测日径流数据,采用数字滤波法和平滑最小值法进行基流分割,从不同的时间尺度上探讨博罗站基流的变化特征,从降水和人类活动两方面分析基流影响因素。结果表明:数字滤波法更适用于研究区;东江博罗站基流量的年内分布先增大后减小,基流指数先减小后波动增大;东江博罗站年均基流量和基流指数总体呈增大的趋势,多年平均基流量为414.04 m~3/s,多年平均基流指数为0.56。枯水年和偏枯水年的平均基流指数均为0.55,平水年为0.57,偏丰水年和丰水年分别为0.57和0.55;降水对东江流域基流量有年际影响;年内不同月份的突变规律说明大型水库是东江流域基流变化的关键性因素,水库的水量调度使基流量在枯水期呈显著增长趋势。     

人类活动对晋江流域径流演变影响的分析与定量评估

为了进一步探讨人类活动对流域径流演变特征的影响,以东南沿海晋江流域为例,基于1960年-2010年逐月径流、降水数据,应用Mann-Kendall趋势分析法、差积曲线-秩检验法和小波分析等方法,分析了径流的变化趋势、突变和周期;利用SCRCQ方法定量估算了气候变化和人类活动对石砻水文站年径流及年内分配特征变化的贡献率。结果表明:在跨流域调水和山美水库调蓄等人类活动影响下,石砻水文站年径流上升趋势较不受水库影响的安溪水文站明显,年内径流变化幅度更趋于平稳。径流序列主要存在6~7a、11~12a和20~21a左右三个时间尺度的周期变化,与流域年降水周期变化基本保持一致,但20世纪80年代后石砻站周期变化与流域降水周期变化出现微弱差别。石砻站年径流序列在1982年发生变异,而安溪站年径流序列未发现明显变异;变异期内,以山美水库为主的人类活动对石砻站年径流、年内不均匀系数和集中度变化的贡献率分别为67.17%、84.76%和71.16%。     

基于基流退水过程的非一致性枯水频率分析

枯水流量频率研究在水资源管理中具有重要作用。在气候变化和人类活动的影响下,水文极值序列的频率分布随时间变化。近年来,非一致性水文系列频率分析作为一项新课题逐渐被水文学者重视和研究。非一致性序列的频率计算方法主要集中于洪水和年径流,而对枯水频率研究不足。本文探讨了流域基流退水和降雨特征对河道枯水流量的重要影响,并通过结合基流退水分析和广义回归模型,研究了基于基流退水过程的非一致性枯水频率分析方法。以渭河为实例,结果表明:以流域退水参数和降雨参数为协变量的非一致性模型更好地描述了渭河华县站枯水流量分布特征的变化;渭河华县站枯水流量总体呈减少趋势,主要原因是基流退水速率加快、日平均降雨深减少以及降雨事件平均时间间隔增加。研究成果对变化环境下水资源供水设计管理、河流生态系统保护以及旱灾风险管理等问题具有实践意义。     

1979—2018年雅砻江中上游积雪时空变化及影响因素分析

基于1979—2018年积雪深度卫星数据及同期的格点型降水和气温观测资料,分析了雅砻江中上游积雪时空分布及其影响因子,利用相关分析法分析气候因子与地形因子对积雪深度时空分布的影响及贡献程度,采用趋势分析法研究积雪特征和气候因子的时间变化规律。结果表明:雅砻江中上游降水、气温、高程、坡度和坡向对年均雪深空间分布的贡献率分别为0.218、0.453、0.206、0.080和0.043,气候因子的贡献程度明显高于地形因子;研究区积雪期主要集中在10月至次年5月,年降水量和年均气温呈显著上升趋势,西北部和东南部积雪期变暖现象明显,绝大部分区域年均雪深表现为不明显的减少趋势;积雪深度与降水量的相关系数多为正值,与气温的相关系数均为负值,在区域中下游表现的相关性较强,各影响因子与积雪深度的相关程度由强到弱依次为气温、高程、坡度、降水和坡向。     

大通河上游径流演变及驱动因素定量分析

近60年来,位于青藏高原东北边缘祁连山区的大通河上游气温、降水和潜在蒸散发均显著增加,同时在冰川消融50%、冻土退化、源头797km2沼泽退化等多重因素影响下,年径流深以6.0mm/(10a)趋势增长;基流分割表明,径流突变以来基流总量和占比均增加,8月基流量由谷值转变为峰值,汛后和枯水期基流显著增加;采用基于Budyko假设的气候弹性系数法对径流增量进行驱动因素定量分析,径流突变之后相对于基准期而言,年径流深变化+33.6mm,其中降水影响+18.3mm,潜在蒸散发变化影响-3.0mm,冰川融化对径流增量的影响至多为+10.0mm,剩余项+8.3mm为冻土退化和误差项的综合影响。由于各要素影响机制、持续时间各不相同,未来水文情势尚不明朗。     

基于HBV的黑河流域径流对气候变化的响应

黑河流域是我国西北干旱区内陆河研究的代表性流域,研究未来气候变化对黑河流域山区径流的定量影响,对干旱区水资源规划设计、开发利用和保护管理具有重要意义。采用HBV-light模型,首先根据实测径流数据验证了该模型在黑河流域上游的适用性,然后拟定25种气候变化情景模式,模拟气温与降水变化对径流的定量影响。结果表明:(1)当气温保持不变时,降水增加会造成年径流增加;而当降水维持不变时,气温升高将导致年径流减少。(2)关于径流年内分布,气温变化与6~9月份的径流呈负相关关系,而与4月份的径流呈显著正相关关系;降水变化与径流呈明显的正相关关系;年径流与年内分配均表现为对于降水变化的敏感性高于气温变化。(3)未来气候变化有助于缓解黑河流域水资源短缺的现状。     

近十年中国陆地水储量变化及其时空分布规律

利用GRACE重力卫星数据分析了我国及十大流域近十年水储量变化趋势、年变化特征、年内分布特征以及时空分布规律,结合TRMM降水数据分析了水储量与降水的关系。研究结果表明:近十年,中国水储量变化趋势具有空间差异性,西南大部、华北平原及黄河中下游、西北准噶尔盆地一带水储量呈减少趋势,东南部、长江大部分区域、长江黄河源头以及塔里木盆地区域水储量呈增加趋势;中国水储量年变化幅度较小,淮河、海河、珠江、松花江流域振幅较大,西北诸河流域振幅最小,全国除黄河、海河和西北诸河流域外,流域水储量年变化与降水年变化均呈显著正相关,东南诸河、珠江、长江流域相关系数均达0.7以上;年内分布上,我国冬春季水储量亏缺,夏秋季水储量盈余,3月-4月西南诸河及长江流域水储量亏缺严重,7月-9月则盈余较大,华北平原5月-7月水储量有亏缺,其他月份则水储量略为盈余。此外,黄河、长江、东南诸河、西南诸河以及珠江流域水储量与降水量年内分布一致性较好,西北诸河流域2月-4月份水储量与降水一致性较差,其他月份一致性较好,而其它流域则一致性较差。     

基于地理因子的福建省年降水空间估算模型研究

为研究福建省多年平均降水量的空间分布格局,为工农业生产、自然灾害预测、生态环境建设提供科学依据,利用福建省及周边区域35个气象站点1951—2011年降水资料,分析年均降水量与海拔、纬度、距海岸距离、坡向的相关性;同时,结合多元回归方程和克里金插值构建降水空间估算模型,反映出年均降水量空间分布的总体趋势,突出局部地区降水的差异,估算福建省1951—2011年年均降水量空间分布。结果表明:已知气象站点年均降水量估算的平均相对误差为3.4%,绝对误差为56 mm,验证站点的平均相对误差为3.6%;福建省年均降水量从东南沿海向西北山区呈现波动式上升的特点。     

黑河流域水生态系统异质性与环境因子关系研究

以我国西北干旱区域典型河流——黑河为例,通过水生态系统野外调查、水生生物鉴定与数据整理,对黑河流域水生态系统空间异质性特征进行了分析;利用空间相关分析和主成分分析等技术方法,对流域水生态系统空间异质性特征的主要环境影响要素进行了筛选和识别分析。分析表明:在影响黑河流域水生态系统的各环境因子之间,具有一定的信息冗余和相互作用关系。绝对高度与相对高度、径流深、降水、净初级生产力等因子之间具有较好的正相关关系;而绝对高度与蒸发量、平均气温及干旱指数之间具有较为明显的负向相关关系。地形因子中海拔高度以及气候因子中降水量与干旱指数这3个环境因子指标与流域的水生态系统异质性空间分布特征关系较大,是干旱区黑河流域水生态系统空间格局宏观分异的主要环境影响因子。     

南四湖流域水循环要素的时空变化特征

选取南四湖流域鱼城、孙庄等8个监测站点,利用其1952-2015年的实测水文数据,采用Mann-Kendall非参数检验和Morlet小波变换等分析方法,分析了流域降水、径流、蒸发等水循环要素变化时空特征,研究结果表明:(1)流域降水量呈现增加趋势,径流量和蒸发量呈减少趋势;各水循环要素的年际变化周期都有多种时间尺度相互嵌套,降水量和蒸发量的主周期为25a,径流量的主周期为31a;水循环要素的年内分配不均匀,降水量集中在6月-8月,径流量的峰值较降水量滞后1个月,蒸发量的最大值出现在6月份;(2)空间分布不均匀,表现为降水由东南向西北方向递减趋势,径流深的空间分布格局吻合于降水;湖东区域水循环要素的变化大于湖西区域;(3)流域水循环要素的时空变化特征受到气候变化和人类活动的共同影响。     

Hydrological Responses to Climate Change in Nenjiang River Basin,Northeastern China

Under the background of global climate change, hydrological responses to climate change were investigated in Northeastern China. This study analyses the trends of annual and seasonal temperature, precipitation and streamflow series in Nenjiang River Basin. Correlations between streamflow and meteorological variables were investigated, while parametric method and nonparametric tests were applied to determine the trends and correlations. Data collected from a series of monitoring stations showed significant increasing trends of annual and seasonal mean temperature versus time, whereas during the whole period the annual and seasonal precipitation in the basin did not exhibit similar trends although temporal and spatial variations were detected. Affected by the precipitation and temperature changes, significant trends of decreasing annual, spring and autumn streamflow were demonstrated; the decrease concentrating mainly on the mainstream and tributaries of the left bank. Correlation analyses revealed strong relationships between the streamflow and meteorological variables in Nenjiang River Basin, and the impacts of climate change on streamflow were complicated. Results from this study will help water resource managers for decision makings that address the consequences of climate change.     

1976-2010年榆林市降水时空变化趋势分析

利用榆林市及其周边的109个雨量站1976-2010年逐月降水资料,运用Mann-Kendall、经验正交函数(EOF)、小波分析,并结合Arcgis10.1的空间分析工具,分析了榆林市降水量35年来的时间变化趋势和空间演变特征。结果表明:榆林市年降水主要呈东南向西北递减的趋势;各站点35年的年、汛期、枯季降水量趋势变化增减不一,年降水量表现出减小的趋势。榆林市大致存在两种主要降水型:总体一致型和东北-西南走向型,其中,东北-西南降水型是榆林市的典型降水类型,这主要是由地形条件和气候因子决定的。时间系数表征了该空间型的时间变化特征,从时间系数的波动来看,年、汛期、枯季降水量年际震荡比较显著。通过小波分析揭示了降水空间结构的周期变化特征,结果显示年降水、汛期降水的周期变化显著,不仅存在6~7a的短周期高频变化,还存在20a以上的长周期低频变化特征,枯季降水则只存在一种周期变化。这种周期变化特征可能与东亚季风的周期变化规律有关,也符合大尺度天气系统的周期变化规律。