湄公河下游生态水文情势变化研究

由于人类活动加剧,湄公河下游河段生态水文情势发生改变。为定量评价湄公河下游生态水文情势的变化程度,基于湄公河下游桔井水文站(1961～2020年)逐日水文数据,采用Mann-Kendall突变检验和滑动t检验法进行年均流量趋势特征分析,并应用RVA法综合评价了湄公河下游生态水文情势变化及其生态影响。结果表明：(1)桔井站年均流量总体呈现先下降后上升趋势,突变年份出现在1996年,表明1996年以来人类活动对湄公河下游水文影响加剧;(2)湄公河下游桔井站的整体水文改变度为57.99%,属于中度改变,其中旱季水文指标受影响最高;(3)人类活动的干预增加了湄公河下游的旱季流量,对丰水期流量影响较小,需要增加对水生态的监测,防止水文情势变化对生态产生不利影响。研究成果可为探究湄公河下游水文情势变化提供理论支撑。     

基于IHA-RVA法四水流域水文情势变化评估

为了分析湘江、资江、沅水、澧水流域的水文情势变化情况,选取了湘潭、桃江、桃源和石门4个代表性水文站1959—2016年历史流量资料,应用Mann-Kendall法、累积距平法检验以及滑动T检验法分析湘、资、沅、澧四水的水文特征与水文突变点,并应用水文指标变动范围法(IHA-RVA)和水文改变度法综合评估了四水各站点突变前后水文指标改变程度。研究结果表明:(1)1959—2016年四水流域的湘潭、桃江、桃源站年均流量均呈不同程度的增长趋势,石门站呈降低趋势;湘潭、桃江、桃源、石门站各水文站年均流量变化的突变年份分别为1991、1987、1989和1973年。(2)通过对水文突变前后各水系的水文情势的大小、频率、历时、发生时间和变化率5组水文指标以及变化程度分析,4个站点水文整体改变度分别为36%、22%、35%和42%,其中只有桃江站改变度为低度改变其余3站都处于中度改变。该研究成果可为四水流域水文情势影响评价以及流域水生生态安全提供技术支撑。     

三峡水库对洞庭湖水文情势影响评估

为了评价三峡水库对洞庭湖湖区水文情势影响,选取洞庭湖湖区城陵矶、南咀、杨柳潭3个代表水文站1959年～2016年历史水位资料,应用Mann-Kendall法、累积距平法检验以及滑动T检验法分析洞庭湖湖区水文特征与变化趋势,并应用水文指标变动范围法和水文改变度法综合评估了三峡水库运行对洞庭湖水文指标改变程度。研究结果明,洞庭湖湖区城陵矶站和杨柳潭站年均水位呈现增长趋势,南咀水文站呈微弱减少趋势;突变年份出现在2003年,三峡水库蓄水后洞庭湖水文情势改变明显; 3个站点水文整体改变度分别为56%、45%和50%,属于中度改变。     

基于IHA-RVA法金沙江下游生态水文情势评价

为了定量评价长江上游鱼类保护区河流生态水文情势的变化,选取金沙江下游屏山水文站(1956—2012年)逐日流量数据,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法进行流量特征分析,并应用生态水文指标变化范围法(RVA)以及水文改变度法,综合评价了长江上游鱼类保护区河段生态水文情势变化及其对河流生物多样性的影响。结果表明:(1)屏山站年均流量总体呈现微弱增长趋势,突变年份出现在1997年,表明1997年以来气候变化和人类活动尤其是水电开发对长江上游水文影响加剧;(2)金沙江下游屏山站的整体水文改变度为51%左右,属于中度改变,其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显;(3)水电工程建设一定程度上改变了长江上游河流生态水文情势,导致了长江上游鱼类数量减少。研究成果能够为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供参考。     

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。     

基于 IHA － ＲVA 法金沙江下游生态水文情势评价

为了定量评价长江上游鱼类保护区河流生态水文情势的变化,选取金沙江下游屏山水文站( 1956—2012 年) 逐日流量数据,采用 Mann － Kendall 法、累积距平法和滑动 T 检验法进行流量特征分析,并应用生态水文指标变化范围法( ＲVA) 以及水文改变度法,综合评价了长江上游鱼类保护区河段生态水文情势变化及其对河流生物多样性的影响。结果表明: ( 1) 屏山站年均流量总体呈现微弱增长趋势,突变年份出现在 1997 年,表明 1997 年以来气候变化和人类活动尤其是水电开发对长江上游水文影响加剧; ( 2) 金沙江下游屏山站的整体水文改变度为 51% 左右,属于中度改变,其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显; ( 3) 水电工程建设一定程度上改变了长江上游河流生态水文情势,导致了长江上游鱼类数量减少。研究成果能够为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供参考。     

基于RVA法的尼尔基水库下游水文变异分析

采用Mann-Kendall检验法对嫩江流域同盟(二)站年均流量进行突变性检验,采用RVA方法从河流水文情势指标和生态多样性指标两方面分析尼尔基水利枢纽运行对下游河流水文情势的影响。研究表明:尼尔基水库运行后,下游河流极值流量、低流量脉冲的频率及历时、径流涨、落水率次数和流量涨落逆转次数都发生了明显改变,尼尔基下游河流整体水文改变度为51%,为中度改变;受尼尔基水利工程建设的影响,下游河道内的生物多样性指数均值由水库运行前的24减小到水库运行后的18,生物多样性和生物量减少,生态系统呈现退化趋势。     

渭河生态水文特征变化研究

随着河流开发利用程度的提高,河流的水文情势发生了很大的变化,生态系统受到威胁,保护和修复河流生态成为关注的焦点。本文在收集渭河林家村站、咸阳站和华县站长系列的实测日径流序列的基础上,采用滑动平均法和Mann-kendall检验法判断并检验年径流序列的变化趋势,采用有序聚类分析法、Pettitt法、秩和检验法和Mann-whitney检验法4种方法综合诊断并确定年径流序列的变异点。以跳跃显著的年份为界,将水文序列划分为变化前后两个水文变动序列,基于水文变异指标(IHA指标),应用变动范围法(RVA法),计算渭河中下游生态水文目标,研究生态水文特征的变异度。结果表明:渭河林家村站、咸阳站和华县站年平均流量均有显著下降趋势,最可能变异点分别为1990、1990和1993年,生态水文指标的整体改变度分别为70.61%,74.25%,73.05%,均为高度改变。研究结果可为渭河流域综合规划和生态治理提供科学合理的依据。     

变化环境下渭河流域生态水文情势演变归因研究

采用生态最相关水文指标(ERHIs)评估渭河流域生态水文情势改变程度,通过主成分分析法筛选出7个指标作为渭河流域的ERHIs,并基于可变下渗容量模型的“观测-模拟”对比分析法对渭河流域生态水文情势演变进行定量归因。结果表明:咸阳水文站和华县水文站径流序列呈显著下降趋势,1990年是径流序列的突变点；咸阳站和华县站实测ERHIs综合改变度为41%和34%,模型模拟的两站ERHIs综合改变度均为18%；气候变化和人类活动导致渭河流域水文情势发生改变,两者对咸阳站ERHIs综合改变度的贡献率分别为44%和56%,对华县站的贡献率分别为53%和47%。     

1956-2019年乌江水文情势变化及其对鱼类的影响研究

水量变化导致河流生态水文情势发生改变,进而影响河流生态系统健康。为深入明晰乌江干流水文变异前后水文情势变化对鱼类生境的影响,选取武隆水文站1956-2019年逐日流量数据及2009-2015年12种漂流性鱼类产卵量资料,采用曼-肯德尔 (M-K)检验法、累积距平法研究乌江干流变异节点,分析突变前、后逐日流量的变化趋势,通过生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)综合评价乌江32组水文指标特征及改变度,基于水文情势变化下研究鱼类数量变化过程。结果表明：乌江流量突变年份为2009年,与彭水水电站的运行时间相同,变异后,多年平均日流量峰值波动于15 000 m³/s,而变异前流量峰值接近18 000 m³/s。乌江32组水文指标整体改变度为38.7%,处于中度变化范围;属于高度改变的低流量历时和次数改变度分别为74.64%、75.29％,发生时间推迟4 d;高流量历时和次数改变度分别为29.79%、37.83％,发生时间提前21 d。降雨与流量呈极强正相关,降雨量的逐年减少对流量有重要影响。此外,水文情势的变化易受彭水水电站的影响。流量减少和变化下的水文情势对鱼类的影响是一个累积的过程,2009年后12种漂流性卵鱼类的产卵总量大幅减少,尤以2011年最为突出,仅为1 541.69×10⁴粒。本研究可为研判乌江水文情势变化过程及制定水生态修复措施提供参考。     

1998年以来黄河干流水资源量变化特征分析

采用Mann-Kendall法、距平累计法、变差系数法和Sen's斜率估测法分析了1998—2015年黄河流域水资源量变化趋势,结果表明:1998—2015年,黄河水资源量整体上比20世纪末的干旱时期有所增大,且具有空间差异性;干流5个主要水文站中的年均天然河川径流量和水资源总量除兰州站小于1956—2000年的而大于1987—2000年的外,头道拐站、龙门站、三门峡站、花园口站均小于1956—2000年的和1987—2000年的,但与1987—2000年的差异不显著; 1998年以来,5站天然径流量、实测径流量、水资源总量都呈现增大趋势,且实测径流量除龙门站外都通过了99%的显著性检验。黄河流域与地表水不重复计算量的地下水资源量主要集中在中下游的河谷平原,1998—2015年呈现减小趋势。河川径流及水资源变化主要受降水、人类取用水活动和土地利用变化的影响。黄河流域取耗水量呈明显增长趋势,耗水强度最大的为兰州站—头道拐站和龙门站—三门峡站区间,5站控制流域平均降水量除兰州站、头道拐站外,均呈不显著增大趋势。1998—2015年黄河径流量与水资源量增长的主要原因为降水量增大。     

龙羊峡水库调度对径流的影响及蓄补水规律

通过对比同一时段内龙羊峡水库入库径流与出库径流的水文变化指标（indicators of hydrologic alteration,IHA）、流量过程变异程度等指标变化,结合突变检验,量化水库调度对径流过程的影响,采用显著性检验识别水库[JP+1]蓄补水与来水、耗水等因素的关系。结果显示,1986—2016年龙羊峡水库调度导致径流过程显著变化：年均流量表现为极值比和变异系数减小;月均流量表现为6—10月减小、11月—次年5月增大;日流量表现为径流过程坦化,但小范围波动加剧。水库出库断面流量过程变异程度在初次蓄水年份发生突变,蓄水后流量过程变异程度是蓄水前的43倍。水库年补水量与黄河天然径流量呈显著负相关关系,与黄河流域地表水耗水量占天然径流量的比例呈显著正相关关系。[JP2]黄河流域地表水耗水量占天然径流量的比例超过64%时龙羊峡水库以补水为主,反之以蓄水为主。     

水土保持生态建设对黄河中游水文情势影响研究

以黄河中游河口镇至潼关区间(河潼区间)的头道拐、府谷、吴堡、龙门和潼关水文站日均流量为研究对象,采用水文指标改变度(IHA)方法计算1958—2020年32个水文指标值,以1958—1979年作为参照,评价各个水文站1980年以来和2000年以来水土保持生态建设对黄河水文情势的影响。结果表明:黄河河潼区间整体水文改变度呈低等级高度改变;在五大类水文指标中,年极端流量类(第II类)和高低流量的频率及历时类(第V类)水文指标呈高度改变;在32个指标中,1980年以来和2000年以来流量的逆转次数发生高度改变,11月平均流量呈低度改变。水利水土保持措施和退耕还林(草)工程对黄河中游水文情势产生较大影响,使得河流径流波动性减弱。     

三峡水库对长江中下游河流水文情势影响评估

运用Mann-Kendall法分析长江中下游河流水文变化特征,并应用生态水文指标变动范围法(RVA)综合分析了三峡水库蓄水对长江中下游河流生态水文指标改变程度及其生态效应。研究结果表明,1952年～2014年长江中下游年均流量呈现减少趋势,其中宜昌水文站减少趋势显著;长江中下游宜昌、汉口和大通水文站整体水文改变度属于中度改变,其中宜昌站和汉口站的整体水文改变度分别为61%和63%,接近于高度改变;三峡水库蓄水引起长江中下游河流水文情势发生了较大改变。     

近60 a琴江流域水文情势变化研究

为定量评估琴江流域近60 a水文情势的变化,该文分析了该流域尖山水文站近60 a的径流序列资料,选用Mann-Kendall检验法、累积距平法、pettitt法综合分析了年径流序列的趋势性和变异性,并通过IHA-RVA水文指标法综合评价了突变后该流域水文情势的具体变化情况。研究发现琴江流域径流序列于2001年产生突变,突变后高度(H)变化指标有3个,中度(M)变化指标有6个,低度(L)变化指标有23个,综合水文改变度为50.3%,属中等变化。其中枯水发生时间和流量序列波动变化指标为高度变化,说明了该流域的人类活动已对河流水文情势造成明显改变。     

近60 a河南省河川径流演变特征研究

河南省地跨海河、黄河、长江、淮河四大流域,水资源问题突出,深入分析河川径流演变规律对河南省水资源管理具有重要意义。选取河南省主要流域的6个代表水文站实测流量数据,利用Mann-Kendall秩次相关检验分析了各代表站年平均流量、月平均流量演变规律。结果表明：近60 a河南省实测流量呈下降趋势,2000年后流量略有回升。自西向东,流量下降速率越来越大。全省径流突变后年平均流量减小,各站减小幅度均大于15%,北部流域突变年份较早,南部流域变化幅度较大。月平均流量总体呈减小态势,海河流域河南段、黄河流域河南段下降显著,达到5%显著性水平。除长江流域河南段外,全省月平均流量年内分配变化不大,从全省范围来看,月径流量占年径流量比例呈枯增丰减态势。     

梯级小水电对黑水河生态水文情势的影响

为了解梯级小水电对河流生态水文情势的影响程度,以金沙江左岸一级支流黑水河为研究对象,基于宁南水文站（1959—2014年）流量数据,使用累积距平法和Mann-Kendall法进行水文趋势和突变分析,采用IHA、RVA及整体水文变化度法对黑水河水文情势进行综合评价。结果表明：(1)宁南站年均径流量总体呈下降趋势,水文波动幅度减小;(2)建坝后河流基流、高低脉冲谷次数及平均持续时间、水流上升和下降幅度、水文逆转次数等指标均发生显著改变;(3)干流四座梯级小电站在较大程度上改变了黑水河的整体水文情势。在后续河流生态修复工作中,需协调生态流量和电站运行效益,明确坝址处下泄生态流量值和仿自然水文过程,为需水流刺激产卵的目标保护鱼类创造符合自然水文特征的水生态环境。     

基于IHA/RVA法西江下游高要段水文情势研究

为综合评价西江下游高要段水文情势变化情况,选取西江下游高要水文站1974—2018年逐日平均流量资料,应用Mann-Kendall法、Pettitt突变检验法和累积距平法分析西江下游高要段的水文情势特征和水文突变点,运用IHA/RVA法综合评估了高要水文站突变前后水文指标的改变程度。研究结果表明：1974—2018年高要水文站流量综合改变度为37%,改变度是中度改变,流量总体呈现丰水期减少,枯水期增大的态势;研究成果可为西江下游水资源的合理开发提供依据。     

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％。     

丹江口水库运用对下游水文情势影响研究

为了分析丹江口水库建成投入运行以后对下游河道水文情势的影响,利用黄家港站、襄阳站和皇庄站1961~2000年日平均流量资料,采用水文变化指标法(IHA)和变化范围法(RVA),定量分析了丹江口水库运用前后汉江中下游河道水文情势变化及改变程度。结果表明,在5组IHA水文指标中,除年极端流量发生时间变化不大以外,其他各组水文指标值均发生了较显著变化;黄家港站、襄阳站和皇庄站的整体水文改变度分别为中度、低度和中度改变,这对汉江中下游河道生态系统稳定性和生物多样性带来不利影响。研究成果为丹江口水库生态调度和汉江中下游河道生态修复提供了科学依据。