黄河流域降雨-径流关系时空演变研究

由于气候变化和人类活动的影响,黄河流域的降雨-径流关系发生了显著性变化,严重影响流域水资源的规划和管理。为了揭示黄河流域降雨-径流关系的变化特征、趋势及主要驱动因素,研究采用Mann-Kendall检验、双累积曲线法、Copula函数、累积量斜率变化率法分析1960-2010年黄河流域的径流系数时空变化规律、7个主要区间降雨-径流关系的突变年份、降雨径流组合概率变化,以及气候变化和人类活动对降雨-径流关系变化的贡献率。结果表明:黄河全流域降雨-径流关系有明显的趋势性变化,其中除黄河源区的径流系数没有明显变化及少数地区的径流系数有增大的趋势外,绝大部分地区的径流系数有明显减小的趋势;黄河流域7个主要区间,即唐乃亥以上、唐乃亥—兰州、兰州—头道拐、头道拐—龙门、龙门—三门峡、三门峡—花园口及花园口—利津的降雨-径流关系突变年份依次为1989、1984、1997、1979、1992、1987和1970年,年份差异主要受到人类活动时间的影响,流域内大规模水土保持措施开展的年份、水利工程的兴建时间都是造成降雨-径流关系发生转折的重要因素;黄河流域主要区间降雨-径流关系发生转折后,同等降雨条件下其产流能力降低;人类活动是降雨-径流关系变化的主要驱动因素,贡献率均在50%以上,且越往下游,影响越大。     

1956-2016年黄河流域河川径流演变规律

黄河流域水资源短缺问题突出,深入分析河川径流的演变规律对于流域水资源管理具有重要的指导意义。基于黄河干流上、中、下游不同位置的代表性水文站实测径流,利用Mann-Kendall非参数趋势检验方法分析了1956-2016年期间黄河流域年、月径流的历史演变规律。结果表明:1956-2016年,除源头区年径流变化不显著以外,黄河流域径流呈现出显著的下降趋势,达到了1%的显著性水平。从上游到下游,河川径流下降幅度越来越大,趋势越来越显著。1980-2000和2001-2016年的多年平均入海径流比1956-1979年分别减少了50. 07%和59. 67%。径流演变呈现出3阶段特征,20世纪50、60年代属于丰水期;随后在70至90年代径流持续下降;在2000年以后径流有所回升。除源头区以外,黄河流域的月径流总体呈现减少趋势;上游和中游地区的月径流占年径流的比例枯增丰减;下游地区月径流占年径流的比例在冬季、夏季增大,春季、秋季减小。     

长江中下游径流情势演变及其归因分析

长江上中游大型水利工程的修建,对长江中下游的水文情势产生了较大的影响.针对目前径流情势演变研究中,单一变异分析方法存在检验结果不合理、不一致等情况.采用水文变异诊断系统,对宜昌、汉口、大通水文站的实测径流进行变异识别与变异时段划分,得出长江中下游径流情势的演变特征;并采用基于降雨径流关系的归因分析方法,从气候变化和人类...     

近50年伊洛河流域径流演变归因分析

流域尺度的径流变化反映了气候和人类活动的综合影响,然而目前伊洛河流域径流演变的量化归因尚不明晰。基于Budyko假设构建解析径流变化归因的模型,量化评估径流对各环境因素变化的敏感性系数,定量揭示各因素对径流变化的贡献。结果表明,1970—2018年间,伊洛河流域径流显著下降（α=0.05）,且在1991年发生突变,突变后径流减少了46.43 mm（34.32%）。径流变化对降水、潜在蒸散发和下垫面参数的敏感性系数分别为0.42、?0.18和?78.36,即降水每增加1 mm将导致径流增加0.42 mm,潜在蒸散发量每增加1 mm将导致径流减少0.18 mm,下垫面参数每增加1个单位将导致径流减少78.36 mm。气候变化和人类活动对径流变化的贡献率分别为42.60%和56.36%,人类活动引起的下垫面变化是径流变化的主要原因,其中植被变化是下垫面变化的主导因素。研究结果可为流域径流演变归因和水资源管理规划提供理论支撑。     

我国主要河川径流演变规律与归因及其区域特征

从径流演变规律主要分析方法和主要河川径流演变规律、径流主要归因方法和主要河川径流归因分析、案例分析、我国主要河川径流演变规律与径流归因分析区域分布特征4个方面系统总结和梳理了我国近年来在主要河川径流演变规律与归因及其区域特征研究方面取得的主要研究成果。结果表明: Mann-Kendall非参数趋势检验方法是较为常用的径流演变规律分析方法,水文模型法、统计分析方法和Budyko假设的流域水热耦合平衡方法是进行径流变化归因分析的常用方法,其中Budyko假设的流域水热耦合平衡方法应用较为广泛；我国主要河川径流量除西北诸河和西南河流源区部分河流呈增加趋势外,其他区域河川径流大多呈减少趋势；人类活动是引起我国主要河川径流变化的主要原因。     

黑河流域上游径流变化及其归因分析

基于莺落峡站径流资料,结合流域内气象因子及土地利用类型的变化情况,采用Budyko假设下的张橹经验公式,定性和定量分析了不同因素对黑河流域上游径流变化的影响。结果表明:(1)1960-2015年研究区径流量显著增加,在1997年和2004年存在变点,据此将研究期划分为基准期(1960-1997年)、突变期I(1998-2004年)、突变期II(2005-2015年);(2)降水、潜在蒸散发与永久性冰川雪地面积三者的变化与径流变化在一定程度上呈现一致性;降水和永久性冰川雪地融化对径流增加产生正效应,潜在蒸散发对径流增加产生负效应;(3)突变期I时段三者变化对径流变化的贡献率分别为149%、-83%和34%;突变期II时段三者的贡献率分别为138%、-35%和-3%。     

黄河流域降雨径流关系动态分析

将黄河流域划发为唐乃亥以上、唐乃亥－兰州、兰州以上、兰州－头道拐、头道拐以上、头道拐－龙门、龙门三门峡、三门峡－花园口、花园口以上、花园口以下及全流域共11个区域，分析了黄河流域1950年以来降雨径流关系的动态变化特点。研究结果表明，黄河流域降雨径流关系十分复杂，不是简单的函数关系，表现在不同区域甚至同一区域降水量、径流量数峰谷值出现不同步以及变化幅度不大相同等方面。而且1970年以后由于人类活动影响的加剧，黄河流域降雨关系发生了一定的变化，尤其是黄河中游表现在同样降雨条件下径流量偏少，例如花园口以上年径流量和汛期径流量分别减少7．6％和4．1％。     

浅析径流变化归因定量识别方法中的假定与问题

径流变化归因识别分析揭示径流变化原因并且为径流适应性调控指明方向。现有的径流变化归因定量识别方法可以划分成统计分析类方法、概念类方法、水文模拟类方法三类。每类方法具有共通的归因识别思路,在具体实施时往往基于一定的假定条件。分别选取三类方法中具有代表性的气候弹性方法、Budyko框架的水热耦合平衡方法、分布式水文模型模拟方法开展径流变化定量归因识别理论研究,归纳了径流归因定量识别的基本思路,分析了各类方法内在假定以及可能带来的问题。研究结果可供流域开展河川径流变化分析提供参考。     

黄河流域世纪之交的长期持续径流干旱现象分析

黄河流域20世纪90年代以来长期干旱，其烈变虽远低于1922～1932年的连续枯水段，但在流域规划和水利水电工程规划设计、管理运用中，仍应认真考虑其多发性的严重危害，并采取相应的对策。     

气候变化和人类活动对黄河流域内蒙古段典型支流径流变化的贡献

以黄河流域内蒙古段典型支流旗下营、准格尔站点控制流域为基础,采用累积量斜率变化率比较法,定量分析了径流变化、气候变化和人类活动对径流变化量的贡献。结果表明,径流量多年来呈减少趋势,随降水的增加而增加,随平均气温的升高而减少。径流量2000 s最小,相对1990 s减少了45.67%~58.26%。径流突变点为1981年。1981~2010年与1957~1980年相比,旗下营、准格尔两个水文站点控制流域气候变化对径流减少的贡献率分别为12.80%和23.46%,人类活动对径流减少的贡献率分别为87.20%和76.54%。     

渭河流域径流系数的演变规律研究

以渭河流域1960-2005年的径流系数资料为基础,将渭河流域分为北道以上、北道-林家村、林家村-咸阳、咸阳-临潼(含张家山)、临潼-华县+状头5个区域。分析了这5个区域和渭河流域径流系数的基本统计特征、年际变化,并运用R/S法进行持续性分析,Kendall秩次相关检验分析趋势性,功率谱分析法计算周期,Mann-Kendall法和累积距平法相结合分析突变。结果表明:渭河流域径流系数呈现显著的递减趋势并将继续持续下去,北道以上最显著周期为3年,北道-林家村最显著周期为2.66年,其他区域均无显著周期存在。径流系数突变发生在20世纪60年代末—70年代初、80年代—90年代初。由于人类活动和气候变化的影响,整体渭河流域降雨转化为径流的能力显著减弱并在未来还将继续减弱。     

黄河河口演变与管理开发研究进展

基于当前黄河河口治理与管理开发进程中出现的突出问题,本文从黄河河口来水来沙条件变化、黄河河口演变特征、黄河河口整治及管理措施研究等3个方面概括总结了黄河河口在演变与管理开发方面的研究进展,并对21世纪黄河河口的研究进行了展望。     

黄河径流变化规律的小波分析

以黄河为研究对象,从系统的观点出发,同时考虑时空变化条件,采用不同类型的小波变换 对其上、中、下游的径流变化过程进行了周期性检验、突变点检测和趋势性分析。研究结论表明:黄 河径流在不同的时间尺度所对应的径流丰枯变化是不同的,大尺度的丰枯变化中嵌套着较小尺度下的 丰枯变化,呈现较为复杂的丰枯结构。为此,黄河径流变化具有多层次结构和局部特征,某个周期变 化在某一时段表现明显,但在其他时段表现可能并不明显,周期变化仅在特定的时段内才有意义。因 而,径流时间序列的长度会影响分析结果,随着径流序列的延长,可以分析出径流变化更长的周期特 征。本研究可以为黄河流域水资源开发利用和减灾防灾提供相关科学依据。     

黄河流域天然径流量评价探讨

针对现有径流系列一致性处理方法不够具体的问题,提出了一种黄河流域天然径流量还原、还现算法。根据黄河流域入海口利津站的实测径流、利津断面以上流域地表水消耗量、地下水开采引起的地表径流减少量、人工水库和淤地坝水面蒸发增加量、水库蓄变量等数据,对利津站的天然地表径流量进行还原分析,并以2001—2016年下垫面作为参照下垫面估算下垫面还现后的天然径流量。结果表明:1956—2016年长系列的黄河利津站地表水天然径流量为577.72亿m³,下垫面还现后的天然径流量为551.72亿m³,还现天然径流量比流域机构给出的第三次水资源评价结果多61.72亿m³。     

基于贝叶斯网络的黄河径流预测

基于黄河流域1979—2018年的ERA-Interim再分析气候与水文数据,以及CMIP5中10个气候模式下3种典型排放情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)的全球气候变化数据,采用离散数据的处理方法,建立黄河流域贝叶斯网络模型,推断黄河流域近40余年来气候要素对径流的影响概率,预测黄河流域未来径流量。结果表明:1979—2018年黄河天然径流量呈减小趋势,基于贝叶斯网络分区间概率预测预报的径流量也呈减小趋势;黄河流域的不同区间(低、中、高)径流量对气候的敏感程度不同,但径流始终与降水相关性最高;在RCP2.6情景下,黄河流域未来20年、60年的径流量为585.50亿、588.57亿m~3;在RCP4.5情景下,其值为585.42亿、587.53亿m~3;在RCP8.5情景下,其值为593.50亿、585.11亿m~3。     

渭河上游径流变化特征及归因研究

分析渭河上游降水量、径流量的变化趋势和径流量的突变点,定量计算气候变化和人类活动对径流量变化的贡献,揭示渭河上游径流变化原因,为渭河流域水资源管理及开发利用提供依据。基于1961-2015年降水和径流数据,采用线性回归、Mann-Kendall检验和双累积曲线等方法分析渭河上游降水和径流演变规律。结果表明:渭河上游降水及径流的年际变化趋势均呈下降趋势,径流突变点为1970、1987、1990和1993年,根据突变点确定渭河上游径流基准期为1961-1969年;通过双累积曲线法的定量分析结果表明:人类活动是渭河上游径流减少的主要影响因素。总体上,近年来人类活动对径流的影响呈现增加趋势,2010-2015年间人类活动对径流影响的贡献率高达98. 32%。气候变化对径流变化有一定影响,尤其是,1990-1999年间气候变化对径流量影响占到22.52%。统计资料表明:在这段时间内,渭河流域发生多次极端干旱事件,导致渭河上游降水量骤减,使得气候变化对渭河上游径流变化的贡献增加。     

黄河流域水沙变化趋势多模型预测及其集合评估

黄河水沙变化情势深刻影响着黄河流域水沙调控工程布局、流域内外水资源配置和跨流域调水工程建设等黄河保护与治理开发重大问题的决策。但受研究时段、方法及其边界条件等影响,黄河水沙变化预测成果差异大,难形成共识。本研究基于水沙变化归因和预测结果的不确定性解析,构建了多模型预测成果集合评估技术,预测了黄河流域未来50 a水沙量。结果表明:既有流域水沙变化归因与预测成果差异大,原因在于不同方法因数据输入、变量构成及精度评价方法差异带来的不确定性;提出了基于输入-结构-输出的模型适用性判别准则和评价技术,并基于标准化的数据输入,从数据需求、物理基础、应用效率、输出尺度和预测精度等五个维度,集合评价了现有水沙变化预测模型的适用性;构建了流域水沙变化多模型集合评价-多结果加权融合-BMA集合预测的集合评估技术,根据9类模型预测成果,集合预测了黄河流域未来50 a年径流量为240亿m³,年均输沙量为2.5亿t。     

黄河河口生态需水初步研究

黄河入海水量及其流量过程对保障其河口三角洲生态健康具有十分重要的作用。本文分析了黄河三角洲生态系统的结构、组成和功能演替特点，认为该区生态关键期为5～9月；分别分析了黄河渔洼以下三角洲生态系统中的陆域湿地、河流湿地和近海湿地等重要生态单元生境修复与黄河河川径流条件的关系，提出了它们对黄河入海水量及其流量过程的要求；统筹考虑黄河天然径流条件、自然功能用水和社会功能用水的平衡、黄河水资源配置条件等因素，提出了现阶段黄河可向其三角洲生态系统提供的生态用水控制指标，其中，5～6月繁殖关键期的适宜水量约22亿m3、利津断面流量宜大于250m3/s，7～9月应保障量级不低于2500 m3/s的漫滩洪水、平水期流量不低于200～300 m3/s，11～4月流量应不低于75m3/s、并争取达120 m3/s左右。