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。     

大中流域长系列径流泥沙模拟

根据治理与尺度对黄土地区产流模式的影响，将径流成份分为地面径流和地面以下径流，分别用超渗产流理论和地下水线性水库演算法加以模拟计算。通过坡面土壤颗粒的受力分析，运用泥沙运动力学基本理论和方法，推导出坡面土壤侵蚀量计算公式，从而建立了适用于长系列大中流域的产流产沙物理概念模型。率定后的模型应用于中大尺度的大理河流域水沙计算，效果良好。     

泾河流域水沙变化水文分析

1990 1996年泾河流域水沙变化特点为 :①年输沙量及洪水输沙量比 80年代明显增大 ,增幅分别达 47%和 49% ;②“96·7”洪水干流泾川和杨家坪水文站实测最大洪峰流量分别达 3 3 2 0和 5 0 60m3 /s ,均为建站以来的最大值 ;③单位毫米汛期降水产洪产沙量为 5 0年代以来最大。“水文法”计算结果表明 :1970～ 1996年 ,泾河流域年均总减水量 7.85 1亿m3 、总减沙量 0 .70 9亿t ,其中人类活动减水减沙居主导地位 ,年均减水 5 .487亿m3 、减沙 0 .5 5 9亿t ,分别占总减水、减沙量的 70 %和 79% ;降水影响年均减水 2 .3 64亿m3 、减沙 0 .15 0亿t。     

气候和下垫面要素对泾河流域径流变化的影响

定量评估河川径流的变异规律,开展其归因诊断分析是变化环境下制定应对策略与合理利用水资源的基础.以水资源匮乏的泾河流域为例,首先,采用3种潜在蒸发计算方法(Penman-Monteith方法、Priestley-Taylor方法和Hargreaves-Samani方法)评估径流对气象因素和下垫面因素的敏感性;其次,采用B...     

泾河流域土地利用/覆被变化对径流情势的影响

通过建立泾河流域SWAT分布式水文模型,重点模拟分析了河流径流情势对土地利用/覆被变化的响应,对比了不同气候条件及人类活动综合影响下研究区水文过程的变化。结果表明:1996年以前土地利用/覆被变化是影响水文过程的主要人类活动影响源,径流量年际变化平稳,属有小幅增加的正偏;年内影响以枯水季节为主,年内分配更趋均匀,径流集中度降低,集中期略有滞后,且趋于平稳;土地利用/覆被变化导致流域蒸散发量、冠层和落叶层截留量减小,入渗量增加,河川基流量和地表径流量相应增大,并在时域上耦合形成了水文过程的新变化;1996年以后,气候条件驱动下泾河年径流量呈现明显的增大趋势,人类活动亦从以土地利用/覆被变化为主转变为以人类水事活动为主的综合影响模式,且人类水事活动超过气候变化和土地利用/覆被变化成为影响水文过程变化的主因。     

DEM和土地利用分辨率对SWAT水沙模拟效果的影响——以泾河流域为例

DEM和土地利用的数据精度影响水文模型的模拟效果。以泾河流域为对象,选取毛家河、杨家坪和张家山3个水文站作为控制站,分别利用9组不同分辨率的DEM和土地利用数据(分辨率范围均为30～3 000 m)构建了100个SWAT模型,探究输入数据精度对水沙模拟效果的影响,并采用TOPSIS理论方法对模型进行综合评价。研究表明：DEM分辨率会影响流域的边界和河网提取,且流域特征信息会随分辨率的降低而发生丢失;当DEM分辨率低于1 000 m时,需使用SWAT中的Burn in工具,才能完成流域边界与河网的准确提取;HRU的数量随DEM分辨率的下降而减少,而土地利用分辨率对HRU数量的影响不显著;当分辨率变化较大时,DEM对参数敏感性造成的影响要大于土地利用;在构建的毛家河、杨家坪和张家山3个站点的模型中,DEM和土地利用分辨率的最优组合分别为750和300 m、30和90 m以及150和3 000 m。该研究可为流域水沙模型构建与模拟精度提升提供方法与技术参考。     

基于GIS的泾河流域径流过程分形特征研究

运用分形理论对水文系统演化的非线性规律进行研究,可全面地揭示水文动力系统的复杂运动特征。论文首先运用DPS数据处理软件选取不同频率(25%、50%、75%)的典型年,整编泾河张家山站不同典型年的1日、7日、15日径流资料,再运用ARCG IS中的Hawthtool工具计算各频率典型年的1日、7日、15日径流过程分维数,以及1932年-1999年的年径流序列分维数,得出:平水年水量分配较枯水年和丰水年更不均匀,在这些年份里,积极准备防洪抗旱,实现合理的水资源调节,有着重要的现实意义。并在此基础上,进一步分析泾河流域径流过程的分形特征,得出:分维数是一段时间内自然因素和人类活动共同作用于径流过程的综合反映。研究对于指导研究区水资源的调控有着重要的意义。     

泾河流域水沙联合分布特征分析及其不确定性评估

文章结合四种边缘分布密度函数,在对泾河流域水沙联合分布特征进行分析的基础上,拟合张家山水文站径流量与输沙量边缘分布,聚焦“或”重现期模型建构,梳理输沙联合模型变量设计方式,结合水文站监实测数据,判断泾河流域水沙联合模型最优解,找寻径流量和输沙量的内在关系。采用蒙特卡洛统计理论,分析分布特征计算的不确定性,判断不确定性对水沙联合设计的影响,结果表明泾河流域联合分布具有高度不确定性。     

基于 Budyko 假设的若尔盖流域径流变化归因分析

变化环境下的水文循环研究是当今水科学研究的热点之一,研究流域水文过程变化的响应机制,对未来流域水资源规划及管理具有重要的现实意义。以若尔盖流域为研究区域,基于Budyko假设理论,应用敏感性分析方法,对若尔盖流域径流变化进行归因分析,结果表明:若尔盖流域径流对降水、潜在蒸散发和流域特征参数的敏感性系数分别为0.645 1、-0.234 7和-182.205 0,即若尔盖流域降水每增加1mm将导致流域径流增加0.645 1mm,潜在蒸散发每增加1mm将导致流域径流减少0.234 7mm,流域特征参数每增加1将导致流域径流减少182.205 0mm;若尔盖流域逐年径流呈明显的下降趋势,与基准期(1960-1990年)相比,变化期(1991-2011年)径流量减少了56.23mm(20.48%),其主要影响因素为流域下垫面特征的变化,其贡献率可达93.46%,而气候变化的影响仅占5.57%。     

泾河流域水沙联合分布特征分析及其不确定性评估

径流与泥沙是非独立的二维随机变量,若要对流域实现水沙并举的科学管理方案,开展水沙联合概率分析显得尤为必要。而在联合概率分析中,水沙样本系列容量一般较小,使得联合设计值估计具有不确定性。以泾河流域为例,本文提出基于蒙特卡洛法的两变量联合设计值不确定性量化方法。该方法基于Copula函数建立水沙联合分布模型,推求两变量联合设计值的最可能组合模式,利用蒙特卡洛抽样法分析样本不确定性对水沙联合设计值的影响,计算两变量设计值置信区间。结果表明,OR重现期为20年的情况下,联合设计值95%二元置信区间表现出较大的不确定性,对流域工程设计值的确定提出了巨大挑战,且随着重现期水平的增加,联合设计值的不确定性随之增加。     

泾河流域径流量变化特征研究

通过分析张家山典型水文测站长序列径流量变化情况,揭示泾河流域径流量演变规律,预测未来变化趋势。采用线性回归、滑动平均法、Mann-Kendall检验分析泾河流域径流量变化特征,采用有序聚类法和滑动t检验分析突变点,采用R/S法对流域径流量的未来变化趋势进行预测。结果表明:张家山站径流量年内分配不均,主要集中在7-10月,占到全年径流量的近70%。从年际变化趋势来看,年径流量、汛期径流量与非汛期径流量丰枯年份交替频繁,突变点在1996年左右,其中汛期径流量波动性与年径流量波动性相似程度更高,非汛期波动相对平稳。张家山站在1950 s至1980 s年代平均径流量较大,处于偏丰年代,1990s至2010s年代平均径流量小于多年平均值。年径流量、汛期径流量与非汛期径流量均呈现出显著减少趋势,其Hurst指数均大于0. 5,表明未来与当前趋势有一定持续性,预测未来将呈现持续减少趋势。     

Attribution analysis of runoff change in the Beidasha River BasinEI北大核心CSCD

基于ABCD模型,提出了分离气候变化和人类活动对径流影响的分析框架,结合弹性系数法,在不同时间尺度上对北大沙河流域径流变化进行了归因分析。结果表明:从基准期(1980—1990年)到扰动期(2006—2018年),年尺度上ABCD模型和弹性系数法得到的气候变化导致径流的增加量分别为43.0mm和32.0mm,人类活动导致径流的减少量同气候变化导致的增加量相当,弹性系数法未考虑气象要素年内分配的变化,可能低估气候变化的影响;月尺度上,气候变化使径流在汛期增加了4.4~18.1mm,非汛期增加了1.3~2.2mm,在夏、秋两季占主导地位,人类活动使径流9月增加了11.3mm,其他月份减少了1.9~10.1mm,在春、冬两季占主导地位。     

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。     

近50多年来北洛河水沙变化特征及原因分析

北洛河流域是黄河粗泥沙的主要来源区之一.基于北洛河流域(氵状)头水文站1950-2006年逐年降水量、径流量和输沙量数据,分析了北洛河径流与输沙变化特征.Mann-Kendall、Spearman检验以及线性趋势拟合均表明,降水量、径流量和输沙量均呈显著减少趋势;利用单位降水产流产沙量距平累积曲线分析表明,北洛河单位降水产流产沙量变化可以分为枯水平沙期、丰水丰沙期、枯水平沙期、丰水枯沙期、丰水丰沙期和枯水枯沙期等6个阶段.分析其变化原因认为,降水是影响径流输沙变化的主要自然因素,其中降水径流关系最为密切;水利水保措施的实施、毁林开荒、修路开矿等破坏活动、国家政策以及法律法规的颁布实施等人类活动同样影响径流、输沙量的变化.     

基于Budyko假设的永定河流域上游不同支流径流变化归因分析

针对永定河流域径流锐减的突出问题,将线性倾向率、Mann-Kendall趋势检验、双累积曲线等水文统计法与基于Budyko假设的互补关系概念模型相结合,从定性和定量角度分析桑干河和洋河流域1957-2017年水文气象要素和NDVI（归一化植被指数）的演变趋势,并量化不同因素对其径流变化的贡献率。结果表明：1957-2017年期间,桑干河、洋河子流域径流深均呈显著减小趋势,减小速率为6.236和6.520 mm/10a,分别在1969、1983和1998年发生突变;降水量均呈微弱减少趋势,气温和NDVI均呈显著升高趋势,上升速率分别为0.321、0.296 ℃/10a和0.019/10a、0.016/10a。敏感性系数分析表明,桑干河和洋河流域径流对降水量表现为正敏感,干扰期敏感系数分别为0.08和0.09,对潜在蒸散量表现为负敏感,干扰期敏感系数分别为-0.03和-0.02。基于Budyko假设的互补关系法结果表明,相较于基准期,桑干河和洋河径流分别减少27.5和22.2 mm,降水量、潜在蒸散量和下垫面变化对桑干河径流变化的贡献率为16.7%、1.1%、82.2%,对洋河径流变化的贡献率为7.2%、-4.5%、97.3%。人类活动干扰导致的下垫面变化是永定河上游径流减少的主要原因,相较于桑干河子流域,洋河子流域径流受人类活动的影响更为显著。     

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。     

秃尾河流域水沙特性变化分析

秃尾河是黄河中游河龙区间一条多泥沙河流,通过对其降水、径流和泥沙等水文资料的分析,重点讨论了20世纪70年代前后降雨量、径流量和泥沙量的变化,认为70年代以前降雨、径流和泥沙总量大于70年代以后,粗颗粒泥沙逐渐向细化的趋势发展,与天然状态相比,流域水沙关系发生了变化。     

泾河流域来沙系数变化与响应分析

对泾河流域水沙搭配关系、来沙系数及其变化、来沙系数与降雨之间关系、来沙系数与水利水土保持措施年均减沙效益之间关系及其响应等进行了分析.结果表明:泾河张家山水文站年最大洪水的水沙搭配关系为高含沙水流;进入20世纪90年代以后,全流域的水沙搭配关系更不协调.流域3个主要水文站自1988年以来年平均来沙系数均有明显增大的趋势;流域最大洪峰来沙系数和最大日平均来沙系数均与流域最大1日降雨量呈反比例幂函数变化关系;来沙系数随着降雨的增大而减小.流域治理后年均减沙效益和年平均来沙系数关系具有明显的分区规律;两个区单位减沙效益的年平均来沙系数几乎相等;年平均来沙系数对流域水土保持综合治理的响应非常明显.但流域水土保持综合治理对单位减沙效益的年平均来沙系数影响不大.     

淤地坝对流域水沙影响模拟研究

使用SWAT模型,结合淤地坝特点对模型自带的水库模型进行修正来设置淤地坝模块,研究淤地坝对流域径流和输沙的影响,并在内蒙古十大孔兑之一的西柳沟流域进行模拟和验证.以1980-1990年为率定期、2006-2015年为验证期,龙头拐水文站模拟径流量和输沙量与实测值拟合较好,线性拟合系数R2和纳什效率系数ENS均超过0.6...