乌江流域水沙规律演变及驱动因素定量分析

研究乌江流域水沙特性及其演变规律,对长江中上游地区水土保持、水资源有效利用、防灾减灾和减少水库泥沙淤积具有科学价值。以乌江流域武隆站1955-2015年的降雨、径流和输沙量资料进行相关性分析、趋势检验以及突变点检验,考察自然和人类活动对径流、泥沙的影响,并定量描述其影响程度。研究表明:乌江流域年径流量和年输沙量均呈下降趋势,且输沙量的下降幅度较为显著;1955-2015年乌江流域降雨-径流关系未发生明显变化,而水-沙关系特性发生阶段性改变,特别是在2005-2015年,泥沙降幅达到0.142亿t,为原有的80%。矿物资源开采,大型水利工程建设等人类活动是影响水沙关系的主要驱动因素。     

湟水输沙量演变特征分析

运用ＭＡＮＮ－ＫＥＮＤＡＬＬ检验法和均值差异Ｔ检验法对民和站１９５６年—２０１３年的输沙量和径流量进行趋势分析和突变分析。得出的主要结论有:水沙线性关系较差，降水径流相关关系较好；泥沙年际变化剧烈与人类活动有较大关系，降水径流变化幅度较稳定；泥沙有显著的下降趋势且在１９９９年发生突变；降水径流没有明显的变化趋势和突变点；人类活动对河流泥沙含量影响较大，泥沙减少主要因为水利工程拦蓄和水土保持措施造成。     

近50年来嘉陵江流域径流泥沙演变规律及驱动因素定量分析

 运用Mann-Kendall秩次趋势分析法和均值差异T检验法对嘉陵江流域1956-2000年年径流量和年输沙量序列进行了分析。其结果表明：嘉陵江近50年来径流量无明显趋势变化,输沙量呈显著下降趋势;输沙量分别在1968年、1985年、1989年、1993年发生了突变,4个突变点的年平均输沙量分别为1.81×108,1.35×108,0.71×108,0.34×108t,相应变点的跃度为0.46×108,0.64×108,0.37×108t。嘉陵江流域径流量在1993年发生了一次突变,相应变点的跃度为184.73×108m3,这与利用径流泥沙双累积曲线法得到的输沙量阶段性分析结果相一致。最后,根据嘉陵江流域水沙变化原因,从自然因素和人为因素两方面对嘉陵江流域的水沙变化原因作了分析,并运用数学模型,给出了人为因素和自然因素对水沙趋势影响的定量指标,结果表明,嘉陵江流域输沙量变化中人为作用（主要是水利工程建设和大规模水土保持）的贡献率为53.8％,而自然原因（主要是降雨）的贡献率为46.2％,引起嘉陵江输沙量变化的主要原因是人为因素。     

近50年黄河下游水沙情势演变及其影响因素分析

根据黄河下游花园口水文站长时间序列资料,采用Mann-Kendall非参数检验法和小波分析法等方法对其多年水沙变化的特征进行分析研究。结果表明,花园口水文站1960年～2016年径流量和输沙量均呈现出显著下降趋势;花园口站年径流量于1985年发生突变,年输沙量于1998年发生突变;运用小波分析得出径流量和输沙量分别存在13 a和21 a的周期性变化规律; 1987年～1997年累计减沙量为32.34亿t,1998年～2016年累计减沙量为82.40亿t;径流泥沙演变规律受气温、降水和人类活动等多个因素影响,其中多种人类活动对水沙变异起重要作用。     

湟水水沙情势变化定量归因研究

水沙情势变化定量归因是水文学和流域地貌学的重要理论问题。以青藏高原向黄土高原过渡带的湟水为研究区,采用滑动t检验法、双累计曲线法系统分析了湟水干流径流泥沙的变化特征,量化评价气候变化和人类活动对湟水水沙变化的贡献率。结果表明:1956—2016年湟水干流上游石崖庄站径流量呈增大趋势,中下游站点径流量均呈减小趋势,各控制站输沙量年际变化呈显著减小趋势;径流量和输沙量表现出很强的年代际变化规律;各站径流量均在1980年、2004年左右发生突变,输沙量在1980年、2000年左右发生突变;不同时期,气候变化和人类活动对径流量和输沙量变化的贡献率不同;径流量和输沙量减少的主导因素是人类活动。     

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。     

王瑶水库径流泥沙特性分析

以王瑶水库径流、泥沙资料为基础,统计分析王瑶水库径流泥沙年内、年际变化规律,并利用系列资料进行滑动平均计算以反映径流泥沙变化趋势。绘制不同年代输沙量和径流量双累积曲线,对流域输沙量随径流量变化的具体情况进行分析,初步判定水沙变化的突变时间点,然后用有序聚类法对径流趋势进行突变分析。结果表明:王瑶水库流域水沙关系基本协调,径流、输沙量呈减少趋势;径流、泥沙系列变异点在1980年,与实际情况吻合;洪峰流量降低,但大洪水仍有可能发生。通过从量值、过程、洪水等方面分析王瑶水库的水沙特性、分布规律和变化特点,可为流域区内水利水电建设、水沙资源开发利用、水土保持等提供参考依据。     

百年尺度黄河上中游水沙变化趋势分析

根据黄河有实测资料以来的水文泥沙定位观测数据,利用非线性统计方法分析了1919—2012年黄河潼关以上河段水沙系列变化趋势。20世纪80年代中期以来水沙变化特点表明,黄河年径流量、年输沙量自20世纪80年代中期以来总体呈不断减少之趋势,而上中游水沙关系则早于20世纪60年代末已发生突变,1986年发生的突变属上中游同时发生的第2次突变。从百年尺度看,黄河水沙变化在1960年以前主要受到气候等自然因素影响,径流泥沙系列随降雨丰歉而出现相应的丰枯变化,之后黄河水沙变化受气候等自然因素和人类活动因素的双重影响,尽管不同时段降雨有丰歉变化,但径流量、输沙量都持续减少;近百年内年输沙量趋势度的绝对值明显大于年径流量趋势度的绝对值,中游的年径流量、年输沙量的趋势度的绝对值明显大于上游的;近30年是黄河水沙百年尺度中最枯的时段,其变化的突出特点表现在来水来沙量不断显著减少,水沙变化程度在空间上分布不均,泥沙主要减于中游而径流主要减于上游,水沙年内分配趋于均匀,来沙系数趋于降低,水沙搭配关系趋好。     

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。     

湖南资水水沙变化特征及成因分析

以资水控制站桃江站多年长系列水文数据为基础,运用M-K趋势检验和双累积曲线法分析资水水沙变化特性及其成因。变化特征分析结果表明:1956～2016年桃江站年径流量无显著变化; 1月与7月径流量呈明显增加,突变发生时间为1965年; 5月径流量有所减少,突变时间为1959年;年输沙量总体呈明显下降趋势,突变发生时间为1999年。变化成因分析表明,资水月径流量的变化主要受人为活动尤其是柘溪水库建设影响,输沙量主要受流域内水利工程和水土保持工程建设的影响。     

乌江流域水沙变化趋势及驱动力分析

为对乌江流域水文变化趋势特征及其主要驱动力进行分析,采用Mann-Kendall非参数检验,滑动T检验和累积曲线等方法研究了乌江武隆站1965～2017年输沙量、径流量、降水量及其变化趋势与突变特征,采用累积量斜率变化率法定量计算了乌江流域气候变化和人类活动对输沙量与径流量变化的贡献率,并通过河流影响因子法(River Impact, RI)对乌江水沙情势改变度进行了分析。结果表明:乌江流域径流量、降水量、输沙量均呈下降趋势,其中输沙量的下降幅度最为显著。导致径流量和输沙量下降的主要驱动因素分别是气候变化与人类活动。乌江流域径流量发生轻度改变而输沙量发生严重改变。     

渭河流域水沙时空变化及其对人类活动的响应

基于渭河流域32个水文站近60 a水沙数据,采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验、双累计曲线等方法分析了渭河流域不同区间水沙变化特征及驱动因素。结果表明:渭河流域62.5%(50%)区间径流量(输沙量)呈显著减少的趋势,34.36%(42.86%)区间径流量(输沙量)无显著变化趋势,仅3.12%的区间径流量和输沙量呈显著增加趋势;渭河径流量和输沙量的突变年份集中在20世纪80年代末、90年代初;泾河径流量和输沙量的突变年份集中在20世纪90年代;北洛河径流量和输沙量在21世纪初发生突变;以渭河控制站(■头站和华县站)水沙之和为基础量化的人类活动和降雨量对渭河径流量减少的贡献率分别为84.86%和15.14%,对输沙量减少的贡献率为92.54%和7.46%;退耕还林(草)工程、淤地坝建设、水库拦蓄等是渭河径流量和输沙量变化的主要原因。     

气候变化和人类活动对长江径流泥沙的影响研究

采用长江干流寸滩、宜昌、汉口和大通四个控制站的径流量和输沙量资料,应用Mann-Kendall检验、滑动t检验和有序聚类检验等方法,分析水沙变化趋势及突变特征,运用气候弹性系数法以及累积量斜率变化率法,定量分解气候变化与人类活动对径流泥沙的影响。结果表明:近60年来长江干流径流量年际变化相对平稳,而输沙量年际变化剧烈,四个站的年输沙量均呈现显著减少趋势,大多数站点的年径流量和年输沙量在1968年前后和21世纪初期发生了突变。变异Ⅰ期为1969-2002年,人类活动对四个站的径流量和输沙量变化的贡献率分别为31.98%～70.04%和75.40%～95.33%。变异Ⅱ期为2003-2015年,人类活动引起四个站的径流量和输沙量变化的贡献率分别为59.75%～80.04%和91.94%～99.17%,显示人类活动的作用强度增大。     

黄河下游水沙变化与归因分析

以黄河下游为研究区,采用Mann-Kendall检验法、均值差异t法、小波分析法、双累积曲线分析法、累积量斜率变化率法对黄河下游近60 a来实测径流泥沙序列进行变化规律系统分析,定量评价气候变化和人类活动对黄河下游水沙变化的贡献率,以期揭示黄河下游水沙量变化规律及其引起水沙时空演变的影响因素。结果显示:黄河下游水沙量均出现明显下降趋势,且年输沙量比年径流量减少明显;花园口、高村、艾山3个水文站的年径流量均于1985年发生突变,利津水文站年径流量于1979年发生突变,高村、艾山2个水文站的年输沙量均于1997年发生突变,花园口、利津水文站年输沙量分别于1999年、1994年发生突变;各水文站水沙序列存在多时间尺度的周期变化,但变化尺度有所区别;4个水文站的水沙量双累积曲线均发生两次偏转,输沙量平均每年分别减少3.81亿、2.69亿、2.24亿、0.67亿t,减沙量沿程下降;水沙量减少的主导因素是人类活动。     

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。     

黄河干、支流径流量与输沙量年际变化特征

收集黄河流域干、支流21个主要水文控制站1950-2007年间年径流量与年输沙量时序数据,采用TFPW(Trend-free pre-whitening)-MK法检验年径流与年输沙长期变化趋势,并利用贝叶斯变点分析方法诊断时序数据突变点.结果表明,黄河干(除唐乃亥外)、支(除头站年径流外)流年径流量与年输沙量均呈现显著下降;干、支流年径流与年输沙序列下降变化中均存在显著突变点,除干流年径流序列在1968年前后和1985年前后有共同突变点外,其它序列突变点出现时间极少一致;干、支流年径流量与年输沙量的突变式下降是对流域降水变化与人为干扰复合响应的结果.     

西江梧州段水沙时空演变特征分析

采用集中度和集中期分析西江梧州段水沙的年内变化;运用Mann-Kendall秩次相关、线性趋势回归检验、Mann-Whitney-Pettitt突变点分析、Morlet小波分析研究水沙的趋势、突变和周期成分;利用Kriging插值法对水沙的均值和趋势等进行空间插值。结果表明:径流量和输沙量年内分配具有一定的不均匀性;大湟江口、金鸡和梧州站年输沙量呈明显的下降趋势,分别在1997年、1986年和1988年发生突变,其余各站年输沙量和径流量变化趋势不明显,没有发生突变;西江梧州段多年平均年径流量和多年平均年输沙量大;年径流量和年输沙量呈从东部至西北部逐渐变小的减少趋势。     

大通河流域近60年径流变化特征和趋势分析

基于大通河干流中、下游的天堂和享堂水文站实测年径流量资料,采用滑动平均、累计距平、小波分析和M-K检验方法,分析大通河干流径流年内年际变化、周期、突变特征和趋势。结果表明:大通河流域径流年内分配不均,主要集中在夏秋两季,年际变化波动明显;中游和下游年径流量在1990年以前变化趋势一致性较好,1995～2015年两站径流变化趋势相反;1989年中上游年径流量发生突变,总体呈上升趋势;1999年下游享堂站年径流量发生突变,存在明显下降趋势。小波分析表明,天堂站径流量存在3,7 a及25 a的振荡周期,下游享堂站径流量存在3,6 a及30 a的振荡周期,大通河下游径流量小周期的转换要比中游径流频繁,下游径流受影响较大。     

黄河河南段水沙变化规律与影响机制研究

黄河河南段为典型游荡型河段,其水沙变化剧烈、主槽摆动频繁、河床变形严重,对河道生境产生了严重影响。以1960—2019年小浪底、花园口、高村水文站水沙数据为研究对象,结合Mann-Kendall检验、滑动T检验、小波分析等统计方法探究了黄河河南段水沙变异周期特征,并应用双累积曲线法定量评估了降雨和人类活动对河南段径流量和输沙量减少的贡献率。结果表明：河南段年输沙减少趋势大于年径流减少趋势,小浪底到花园口间基本冲淤平衡,花园口到高村间以淤积为主,河南段汛期以泥沙淤积为主、非汛期冲刷;小浪底站输沙量在1997年发生突变,而花园口、高村站径流量和输沙量均在1985年发生突变;调水调沙对于径流量增加效果要大于输沙量增加,人类活动对河南段径流输沙减少起主导作用,对河南段径流量平均贡献率为80.94%,对输沙量平均贡献率为94.95%。     

蒙江流域近60 年水沙演变特征研究

基于1960-2020 年蒙江流域日降水资料、蒙江控制站太平站径流和输沙资料分析蒙江流域降水量、径流量和输沙量的演变特征及原因;运用线性趋势回归检验法分析其趋势成分;采用Mann-Whitney-Pettitt 突变点分析法对其进行突变分析;采用Morlet 小波分析法分析其周期成分。结果表明：除夏季降水量、径流量、输沙量和冬季降水量呈不明显的减少趋势外,其余序列呈不明显的增加趋势;年降水量、年径流量和年输沙量呈不明显的增加趋势,没有发生显著突变;年降水量序列存在4 年、7 年、20 年、45 年左右的周期;年径流量序列存在3 年、7 年、19 年、50 年左右的周期;年输沙量序列存在4 年、6 年、11 年、16 年、46 年左右的周期;人类活动是引起蒙江流域年输沙量减少的主导因素。