黄河下游年径流量及输沙量变化的EMD分析

运用EMD方法对黄河下游花园口站1952—2009年年径流量及年输沙量的时间序列资料分别进行了多时间尺度分析,得到了各自具有不同周期的波动分量以及趋势分量。结果表明:黄河下游年径流量、年输沙量的变化过程具有复杂的多时间尺度特性,是多种波动成分共同作用的结果;年径流量和年输沙量变化过程均存在3个波动周期,而趋势项呈递减的态势;相同尺度下的水、沙分量之间具有显著的相关性,而不同尺度下的水、沙分量之间基本无相关性。     

基于经验模态分解方法和信息熵的水沙关系研究

为研究黄河中游水沙关系及其细部演化特征,利用黄河中游控制性水文站——潼关水文站1919—2015年实测径流量和输沙量资料作为研究数据,采用经验模态分解方法分析径流和泥沙随机变化的复杂性,并运用信息熵理论计算不同时间尺度上径流和泥沙分解序列及原始序列的熵值、径流与泥沙各分量与其原始序列之间的互信息、径流与泥沙之间的互信息。结果表明:潼关水文站径流量与输沙量变化具有显著下降的趋势;径流量和输沙量在一定程度上表现为某种同步变化关系;径流量与输沙量的长周期分量及趋势项互信息较大,因此水沙关系宜采用长周期研究,趋势项分量数据信息阐述原始序列数据信息比较可靠。     

赣江外洲站近50年水沙变化规律

基于赣江外洲站年径流量时间序列(1957-2008年)和年输沙量时间序列(1966-2008年),采用肯德尔秩次相关检验法、有序聚类分析和秩和检验法、小波分析法对赣江水沙变化规律进行分析.结果表明:年径流量时间序列趋势变化不明显,不存在显著跳跃点,当时间尺度为17时,存在以10～12a为周期的丰枯变化.年输沙量时间序列下降趋势明显,在1984年和1998年附近发生跳跃,周期性变化可分为两段,1966-1986年间,在时间尺度为6时平均变化周期约为4a,1986年后,在时间尺度为1时平均变化周期约为3.7a.水土保持、人工采砂、万安水库拦沙等是影响赣江输沙量显著变化的主要因素.     

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。     

三峡水库进出库水沙特征及其影响因素分析

受气候变化和人类活动的影响,近年来三峡水库进出库水沙条件发生了很大变化。运用Mann-Kendall方法及小波分析方法,研究了三峡水库入出库主要控制站近60 a的实测径流量和输沙量时间序列。结果表明：进出库径流量存在减小趋势但减幅不大,入库输沙量明显减小;主要控制站径流量和输沙量序列均具有明显的多时间尺度特征,径流量和输沙量的第一主周期分别为12~28 a,15~25 a;水土保持、上游修建水利工程、河道采砂等人类活动是输沙量明显减小的主要原因,而其对径流量的影响相对较小。     

淤地坝和植被变化对渭河流域水沙情势的影响

以渭河咸阳站以上区域为研究区,利用1965年～2016年的水沙长序列实测资料,分析了不同时间尺度上水沙的变化趋势、突变点、周期特征和空间分布,探讨了覆被变化和淤地坝对流域水沙变化的影响。结果表明,径流量和输沙量下降趋势极显著,减水减沙趋势有很强的持续性;20世纪90年代是水沙突变和剧变的时期;在年内分配上输沙量比径流量更集中,沙峰较洪峰提前;水沙主要来自武山和秦安站以上流域;不同年代的降水径流关系和水沙关系发生了很大变化,径流对降水的响应逐渐减弱,输沙量递减;植被覆盖度显著增加,总体与水沙变化呈负相关,2000年后植被覆盖度与径流变化呈正相关。     

湫水河流域水沙变化现状及成因分析

根据湫水河流域林家坪水文站47年降水、径流、泥沙资料,利用水文法建立降雨径流模型和降雨产沙模型,在此基础上根据降雨资料建立模拟天然径流量和模拟天然输沙量序列,对因降水变化和人类活动对河川径流及输沙量的影响进行了定量分析,并根据流域内主要的人类活动类型分析了水沙变化的原因。     

近50年来浙江入海河流水沙通量变化过程

基于1961-2012年浙江主要入海河流年径流量和输沙量的时间序列资料,结合流域降水量和相关人类活动,通过数理统计,阐述了河流入海水沙通量的多尺度变化过程。结果表明:1961-2012年浙江入海河流径流量基于多年平均值上下波动、无明显趋势性变化,降水量的波动是径流量年际变化的主要影响因素。近50年来,河流的输沙量年际波动比较剧烈,整体呈减少的态势。径流模数和输沙模数双累积拟合曲线表明,输沙量存在2~5个不等的时间尺度变化特征,各阶段输沙量明显减少与人类活动关系密切,流域的水土保持、水利枢纽兴建、人为采砂等活动改变了河流的水沙过程。     

近60年来长江干流水沙特征分析

根据长江干流宜昌站、汉口站、大通站1950-2013年的年径流量和1954-2013年的年输沙量数据,采用小波分析、相关分析和双累积曲线分析等方法,分析三个水文站的水文序列的周期性特征及水沙关系的变化。分析结果显示:三个水文站的水沙序列存在多时间尺度变化特征,大尺度波动中有小尺度震荡,年径流量变化存在着16~17年、7~9年和2年的主要周期,年输沙量变化存在17~18年、9年、2~3年的主要周期;长江干流年径流量和年输沙量存在一定的相关关系,但受水利工程建设等人类活动的影响,相关关系不断变化。研究结果对研究气候变化和人类活动对长江干流水沙特征的影响有一定的参考价值。     

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。     

泾河长系列水沙变化规律与归因研究

近些年泾河径流量及来沙量大幅减少,在一定程度上影响到流域的水资源开发利用,为了厘清水沙减少程度及变化特征,探寻其变化背后的驱动因素,采用联合滑动t检验、距平累积曲线法和Copula等方法,从不同层面对泾河长系列水沙规律进行了研究。同时,建立分布式水文模型,分情景对泾河流域径流泥沙对气候和土地利用变化的响应进行了模拟。结果表明:气候变化对径流和泥沙减少的贡献率约为21. 20%和6. 08%;土地利用变化对径流泥沙减少的贡献率约为4. 04%和11. 08%;泾河流域径流泥沙变化除受气候变化影响外,还与土地利用(覆被)类型、面积比重等有关。研究结论表明:人为拦蓄和引水是河川径流减少的主要原因,而泥沙减少的主因除了退耕还林还草之外,通过淤地坝等水保措施直接拦沙也起到了重要作用。     

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。     

黄河调水调沙

黄河下游河道淤积的主要原因在于“水少沙多，水沙不平衡”，按照黄河下游河道冲淤规律，只要把进入黄河下游河道的不平衡的水沙关系调节为协调的强大功能。小浪底水库位于控制进入黄河下游河道水沙的关键部位，该水库控制了黄河径流量的91％，控制了近100％的黄河泥沙，2002年7月4日进行的黄河首次调水调沙试验控制花园口断面流量不大于2600m^3/s，平均含沙量不大于20kg/m^3，小浪底水库泄流历时不少于10天，黄河下游河道共冲刷泥沙0．362亿t，试验达到了预期的目的。通过这次试验，共取得测验数据520万组，这为今后建立更加符合原型黄河实际的数学模型和实体模型提供了极其重要的物理参数，试验证明，利用水库调水调沙，将不协调的水沙关系调节为相协调的水沙关系，是有利于输沙入海、减轻下游河道淤积甚至冲刷下游河道的有效途径之一。     

广西钦江流域水沙年际变化规律分析

为了探究河流水沙的变化规律及影响因素,利用钦江陆屋流域1957—2016年的长时序年降水量、年径流量和年输沙率数据,采用5年滑动平均法、R/S检验法、Mann-Kendall突变检验法、累积距平法及复Morlet小波分析法分析以上序列的趋势性、突变性和周期性;运用双累积曲线法分析降水和径流输沙关系的变化;最后结合流域森林转型特征来进行分析。结果表明:(1)降水量弱上升、径流量减少、输沙率显著减少,在α=0.05和β=0.01的显著水平下,降水量和径流量无变异,输沙率弱变异。降水量在1962年、1971年、1989年和2013年发生突变,径流量在1963年、1971年、1989年和2007年发生突变,输沙率在1967年、1971年、1981年和2001年发生突变。降水量存在4类时间尺度,23 a、13 a分别为第一、二主周期;径流量序列存在3类时间尺度,14 a、9 a分别为第一、二主周期;输沙率序列存在4类时间尺度,22 a、5 a分别为第一、二主周期。(2)降水量-径流量累积关系分为两个阶段,即1957—1988年和1989—2016年,斜率分别为0.006 8、0.005 8;降水量-输沙量累积关系分为四个阶段:1957—1962年、1963—1988年、1989—1998年和1999—2016年,斜率分别为0.014、0.019 4、0.016 4、0.009,造成水沙关系变化的原因是人类活动的影响。(3)广西林业建设和森林转型的发展过程是径流量和输沙量不断发生变化的原因。     

石河水文站输沙量与径流量相关性分析

以石河水库站汛期径流量和悬移质年输沙量的同步实测资料为依据,建立相关曲线,通过相关系数计算和显著性水平的检验及误差评定,给出回归预测模型,为延长石河水库站悬移质输沙量系列长度提供有效的理论依据,在方法和精度上为预测今后石河水库站年输沙量提供了保证。     

流量过程对平滩流量的影响

在分析年平滩流量与来水来沙关系的研究中多关注当年或多年水量、沙量、水沙系数等总量特征参数,部分研究中增加考虑了洪峰峰值等特征参数,而针对流量过程对年平滩流量影响的研究较少。通过花园口断面1954-2000年实测流量过程及大量实测断面资料,采用流量历时曲线法来描述流量过程,采用改进的WOL方法估算实时平滩水位,进而估算年/实时平滩流量,分析流量历时曲线特征参数与年/实时平滩特征之间的关系。分析认为,在流量峰型扁平时,断面的年/实时平滩水深基本不变,断面形态变化不大;当流量峰型尖瘦时,断面的年/实时平滩水深变化较大,断面形态变化较大。分析认为,影响年平滩流量的水沙特征参数除水量、沙量、水沙系数等表征总量特性的参数外,还应该适当考虑流量过程的影响,即流量过程峰型相对尖瘦时年/实时平滩流量均变化较大。     

渭河下游河道冲淤规律及断面形态变化研究

渭河具有水沙异源的特性,水量主要来自于咸阳以上干流,沙量主要来源于支流泾河。在天然水沙断面资料分析及实体模型试验研究的基础上,根据平滩水位变化情况等,将泾、渭河洪水分为4类组合,分析了典型年份不同水沙组合条件下渭河下游河道的冲淤规律及主槽形态的变化特点。结果表明:1975年以渭河为主的大洪水,对扩大主槽形态、提高主槽输水输沙能力具有明显作用,而1992年以泾河为主的大洪水的作用却不明显;河道萎缩条件下的1995年小水大沙使主槽严重淤积、变得更为宽浅,断面面积减小。     

黄河水沙变化与下游河道发展趋势

引起黄河水沙变化的原因有人为因素和自然因素两方面，通过分析，发现在人类活动的影响下，黄河上中游水沙变化的趋势是：年水量大量减少，且汛期水量从占全年的６０％减为３０％－５０％；洪峰流量大幅度削减，来沙量有所减少，但减少的幅度小于水量减少的幅度。小浪底水库建成运用初期，下游河道冲刷浆向纵深方向发展，滩地冲蚀量要比三门峡水库拦沙期小得多；水库转入蓄清排挥运用期，孙口以上河段将发生冲刷，孙口至艾山冲淤平衡