海流兔河近50年来基流变化特征分析

基流是枯水期河流的主要补给来源,对干旱半干旱区的河流尤其重要.在沙漠半沙漠区,河流基流还对维持脆弱的生态系统中发挥重要作用.对河流基流变化分析,可为流域水资源保护以及合理的利用和开发提供依据.本文基于半干旱风沙滩地区海流兔河1957年到2007年的实测流量资料,采用递归数字滤波法对该站的流量过程进行了基流分割,研究了海流兔河年基流量和基流指数(BFI)的年内、年际变化特征;用M-K非参数检验法分析了基流量和BFI的变化趋势.结果表明,海流兔流域基流占径流比重较大,年均径流、基流都呈减少趋势,径流年内分配均匀、基流则表现为先减少后增加,BFI年际、年内变化都较均匀,没有明显的增加或减少趋势;情势变化指数法(RSI)检测出基流在1966、1986年存在突变点,径流在1968、1989、2001年发生突变.     

皇甫川流域降水基流特征及其响应关系

采用不同方法对黄河中游典型黄土丘陵沟壑区皇甫川流域1954—2012年的日流量进行基流分割,可知Eckhardt数字滤波法及其与改进最小滑动法结合使用所得基流值较为合理。多种方法分析表明,流域年内降水分配不均匀,主要集中于夏季,冬季少雨,且夏、秋季呈显著变化趋势;多降水年、普通降水年及少降水年的雨量空间分布均不一样,年际面降水量无明显突变点,表现为波动变化;流域基流呈显著下降趋势,1999年为突变点,2010年11月—2011年12月间基流出现断流。通过分别比对基流—气温和基流—降水数据的变化过程、变化趋势,结合基流—降水双累积曲线,发现基流与气温间相关关系较弱,降水是影响基流变化的次要因素,在全球气候变化背景下,人类活动的增强是促使基流变化的主要因素,人类活动和降水变化的共同作用导致皇甫川流域基流整体呈下降趋势。     

人为活动和气候变化对安阳河流域年径流量的影响研究

为研究人为活动与全球气候变化对安阳河流域水资源的影响,采用了流域水文模型模拟的方法,计算了人为活动和气候变化对流域水资源量的影响及其贡献率,利用聚类分析方法计算了两者的权重,判定了影响安阳河流域年径流量的主要因素。分析结果表明,人为活动是安阳河流域年径流量变化的主要影响因素,气候变化对流域年径流量的影响在流域内存在空间差异。     

基于新安江模型的老挝南俄河流域径流变化贡献率分析

为分析20世纪60年代以来气候变化和人类活动对老挝南俄河流域径流变化的贡献率,基于流域内地面站点实测降水数据,对广泛应用于湄公河流域的APHRODITE和MSWEP两种卫星降水产品日降水数据进行了偏差校正,采用经校正的基准期卫星日降水和白冠洪、欣赫普两站点实测日径流资料构建了新安江模型,模拟还原了流域水库影响期的天然日径流过程,定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：南俄河流域年径流总体呈下降趋势;白冠洪站两个水库影响期气候变化对径流变化的贡献率分别为-429%和-399%,欣赫普站水库影响期气候变化对径流变化的贡献率为-380%,而对应的人类活动贡献率分别为529%、499%和480%,人类活动是流域径流变化的主要原因;以水库运行为主的人类活动对径流年内分配影响显著,丰水期人类活动影响量的绝对值超过气候变化影响量绝对值的2倍。     

气候变化和人类活动对玛纳斯河流域径流及干旱的影响

基于1956—2020年玛纳斯河流域逐月降水和径流资料,运用Mann-Kendall非参数检验法、双累积曲线法和标准化径流指数(standardized runoff index, SRI)揭示了流域径流量的年际变化趋势,定量描述了气候变化和人类活动对流域径流变化的贡献比例,同时探究了气候变化和人类活动影响下流域季节尺度的干旱变化特征。结果表明：(1)玛纳斯河流域年径流量呈上升趋势,并在1995年发生了显著性突变;(2)气候变化是导致玛纳斯河流域径流量增加的主要因素,气候变化和人类活动对流域径流量增加的贡献率分别为56.73%、43.37%;(3)从季节尺度上看,相较于受气候变化的影响,人类活动降低了流域干旱事件发生的频率,改善了流域冬季的干旱状况,但同时春季农田灌溉需要消耗大量的水资源,使得流域春季呈现出干旱化趋势。     

汾河流域上游基流特征及其影响因素EI北大核心CSCD

针对汾河流域河川径流量、河川基流量急剧减少和流域内生态环境恶化严重的问题,根据汾河流域上游控制站兰村水文站实测径流量数据,对比了数字滤波法、时间步长法对汾河流域基流分割的适用性,分析了基流变化特征及主要影响因素,并应用随机森林算法对影响因素重要性进行了评价。结果表明:数字滤波法(α=0.925)适宜汾河流域基流分割,可以客观反映汾河流域基流情况;河川基流量在1956—2016年呈极显著下降趋势,在2008年之后有所缓解,突变发生在1981年和2008年;汾河流域上游基流年内分布呈典型双峰型结构,峰值流量从之前的8月转移至3月,2000—2009年平均基流量仅为1956—1959年的1/8;降水量减少对基流量减少的贡献率仅为9.96%,不考虑气温影响时人类活动对基流量减少的贡献率为83.19%;人类活动中煤矿开采和地下水开采是造成基流减少的主要因素。     

1954—2010年皇甫川流域基流变化及原因分析

以皇甫川流域1954—2010年的日流量资料为基础,采用递归数字滤波法进行基流分割得到基流数据,利用小波分析对该基流进行周期和趋势性分析,最后采用CPA法对该基流进行突变分析。基流趋势分析表明,皇甫川流域年均基流量呈明显下降趋势;小波分析表明,皇甫川年均基流量在时间序列上存在着3~8 a、8~17 a、17~26 a的周期变化,且皇甫川流域年均基流量在2015年、2016年左右将处于偏少期;CPA法分析表明,皇甫川流域年均基流的突变发生在1962年、1983年、1999年,主要受气候变化和人类活动的影响,特别是1999年后,在气温上升、下垫面变化和矿产资源开发的共同作用下,皇甫川基流量进一步向减小突变。     

近50a来窟野河流域水文情势变化研究

对窟野河流域1966—2012年降水量、径流量以及降水—径流量关系的变化趋势进行了分析,通过建立SIMHYD模型,研究了气候变化和人类活动对窟野河流域径流的影响程度。结果表明:近50 a来流域径流量呈显著减少趋势;降水量虽然没有明显变化,但是1999年以后降雨强度减小;1998年后流域产流条件发生了很大变化;近几十年来,人类活动是窟野河流域径流量减少的主要因素。     

气候变化及人类活动对灞河源流区径流的影响

灞河是西安市主要水源地之一,对于改善城市生态环境和维持快速发展具有重要作用.近年来,气候变化和不断加强的水资源开发利用活动,已经引起生态环境问题.根据灞河流域1966-1975及1991-2000年6个观测站的降雨、径流资料,并结合ARCGIS流域地形及水系提取结果,定量分析了气候变化、人类活动对流域径流的影响.结果表明:灞河上游水资源开发利用强度不大,径流变化受人类活动影响比例54.6％,气候变化因素影响45.4％;气候变化对降水空间分布、年内变化影响较大,降雨分配年内和空间分布更加集中.     

海流兔河径流特性变化及影响分析

采用海流兔河韩家峁水文站1957-2010年实测径流资料,利用基流指数(BFI)方法计算了河流基流量,并分时段分析了径流年际变化、年内分配不均匀系数、集中程度及变化幅度等特性。结果表明:①流域基流指数为0.864,即80%以上的河水来源于地下水的排泄。②20世纪50-60年代,年径流量较高;70-80年代,年径流量有所下降;90年代,年径流量持续下降至最低值;而2000年以来,年径流量有所回升。③径流年内分配比较均匀;50-60年代,径流年内分配较不均匀;70-90年代,径流年内分配趋于缓和;而2000以来,径流年内分配极不均匀。     

Variability of Water Resource in the Yellow River Basin of Past 50 Years, China

We use Mann–Kendall trend test and Lepage method to study spatial and temporal variations of the streamflow series over the past 50 years based on daily hydrologic data from six gauging stations in the Yellow River basin. Research results indicate that: (1) The streamflow of the Yellow River basin is decreasing and water resource deficit tends to be more serious from the upper to the lower Yellow River basin; (2) Zero-flow days are observed after 1970 and overwhelmingly prevail during 1990–2000. Moreover, zero-flow events are observed mainly during spring and summer; (3) Low flow events are more sensitive to climatic changes and human activities when compared to the high flow events, which is mainly reflected by larger fluctuation of timing of change points. Furthermore, the timing of change point of hydrologic events tends to be earlier from the upper to the lower Yellow River basin, indicating more intensive impacts of human activities on water resource in the lower Yellow River basin. The current research will be greatly helpful for sound and effective water resource management in the Yellow River basin, being characterized by serious water deficit.     

大渡河流域年径流变化特征及其归因分析

根据1951—2012年大渡河流域内气象站年降水量、年平均气温和铜街子站年径流量资料,利用Mann-Kendall秩次相关检验法识别年径流量变化趋势,基于小波分析法检验其周期成分,采用有序聚类法、累积距平法及Pettitt法诊断年径流量突变点,利用累积量斜率变化率比较法揭示气候变化与人类活动对流域年径流量的影响程度。研究结果表明:1951—2012年大渡河流域年径流量整体呈不显著的减少趋势,其中,1951—1968和1988—2012年期间呈不显著的减少趋势,1969—1987年期间呈不显著的增加趋势;年径流量存在7年、11年、17年和28年的周期成分;流域年径流量在1968年和1987年发生突变;以1951—1968年为基准期,1969—1987年期间气候变化和人类活动对大渡河流域径流量减少的贡献率分别为36.22%和63.78%;在1988—2012年期间的贡献率分别为33.68%和66.32%;人类活动是大渡河流域年径流量变化减小的主导因素,气候变化是次要因素。     

海流兔河流域径流变化的周期和趋势分析

以荒沙草滩区典型河流海流兔河为例,利用连续小波变换、多时相趋势分析,并联合利用离散小波变换和Mann-Kndall秩次检验法对1957—2011年的年均径流分别进行周期、趋势以及趋势结构分析。结果表明:1海流兔河年均径流量在时间序列上主要存在着12~21 a周期变化,第一主周期为17 a,且径流量偏少阶段将从2010年持续至2016年左右,之后将进入偏多阶段。2海流兔河流域径流量呈现显著下降趋势,与整个黄河中游总体径流量减少趋势相一致。3联合利用离散小波变换和Mann-Kendall秩次检验法可以很好地解释趋势的基本结构,8~16 a的周期性事件对海流兔河径流的趋势影响最大。水文时间序列周期部分的周期性越强,其对序列趋势的影响越大。4序列趋势的显著性和方向取决于其长度以及在整个序列中的位置,主要是因为序列中长周期丰枯交替的存在,多时相趋势分析一定程度上解决了由于序列长周期丰枯交替的存在造成的序列趋势判断的不确定性问题。     

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。     

长江上游干流和支流河流泥沙近期变化及其原因

通过长江上游宜昌水文站、金沙江屏山水文站和嘉陵江北碚水文站20世纪50年代以来径流量和输沙量的变化分析，表明宜昌站多年水沙关系未见有明显的变化，属正常波动。20世纪80年代以来，长江上游主要支流嘉陵江和金沙江的水沙关系发生了不同的变化，嘉陵江的河流泥沙呈明显减少的趋势，金沙江呈略有增加的趋势，嘉陵江、金沙江两流域的侵蚀、产沙、输沙环境条件差异较大。人类活动的方式、程度，植被破坏与恢复，水土流失治理，水利工程拦沙和工程建设增沙等的明显差异，是20世纪80年代以来，嘉陵江和金沙江水沙变化不同的主要原因。     

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。     

北洛河流域近期水沙变化原因水文分析

在分析北洛河流域自然环境特征和水土保持情况的基础上,利用降雨径流泥沙资料,建立降雨产流产沙统计模型,分析了北洛河流域近期水沙变化原因.结果表明:北洛河流域的减沙主要是刘家河以上的减沙,人类活动影响约占60%,降雨影响约占40%;径流量的大量减少主要发生在刘家河以下,就人类活动与降雨影响来看,降雨影响约占60%～70%,人类活动影响约占30%～40%.     

Assessment of Contributions of Climatic Variation and Human Activities to Streamflow Changes in the Lancang River,China

The construction and operation of hydropower reservoirs on the Lancang River have drawn worldwide concern, because streamflow changes have occurred in this river since the introduction of dams. To address these concerns, it is necessary to quantitatively assess relative contributions of climatic variations and human activities to these changes. In this research, Mann-Kendall method was used to assess the trends in hydro-climatic data. The streamflow data were divided into a reference period (1956–1985) and a change period (1986–2008) based on hydropower reservoir construction timeline. The Back-Propagation Artificial Neural Network (BP-ANN) model was used to reconstruct natural streamflow. The contributions of climatic variations and human activities were investigated at the yearly, seasonal and monthly time scales. The results indicate that human activities exerted a slightly greater impact on flow changes than did climatic variations, at the yearly time scale (54.6 and 45.4 %, respectively). At the seasonal time scale, climatic variations made a greater contribution (65.8 %) during the wet season, while the contribution of human activities became the dominant factor during the dry season (85.3 %). At the monthly time scale, the contribution of climatic variations in January, June, August, and September was greater than that of human activities, while in the remaining eight months, human activities exerted a greater contribution than did climatic variation. The relative contributions of human activities and climatic variations (RCs) were also determined during the single- and cascade-dam periods; these did not always increase at the three time scales when dam system shifted from single-dam to cascade-dam.     

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.