1960年以来赣江流域生态径流变异机制及生态效应研究

【目的】在全球变化背景下,科学理解流域生态径流变异机制,对优化水资源调控方案和提高抗旱减灾效果至关重要。【方法】基于赣江流域上、中、下游3个水文站1960—2018年时间序列不等的逐日径流量,结合流量过程线计算的生态赤字与生态剩余指标,研究分析了赣江流域的生态径流的变异特征。在此基础上,通过计算标准化降水蒸发系数(SPEI)与生物多样性指数(SI)及其与生态径流指标的拟合关系,探讨了赣江流域生态径流变化的驱动机制和生态响应。【结果】研究显示：(1)赣江流域上、中、下游之间生态适宜流量差异显著,同一站点在不同月份间的生态适宜流量也极为悬殊。(2)从上游到下游生态赤字变异程度逐渐减小,生态剩余略有增大;各站点生态赤字在较低水平上呈现“高-低-高”的年代际波动特征,生态剩余的整体变化规律则相反。(3)生态剩余与SPEI呈正相关关系,而生态赤字与SPEI呈负相关关系;万安水库修建前后,枯水期与丰水期的赣江中下游生态剩余指标有所提升,平水期生态剩余出现下降。(4)SI与河流生态剩余之间以线性正相关关系为主,而SI与河流生态赤字之间表现为指数负相关关系;各站点SI在1985年之前呈现小波动下降趋势...     

不同时间尺度下的生态径流风险评价方法

生态盈余与生态赤字是评估河流生态水文状况的指标之一，但现有计算方法缺乏统一度量，无法据此判断河流生态水文状况在不同月、季、年之间的优劣。基于流量过程线提出了一种不同时间尺度下的生态盈余与生态赤字计算方法，年生态盈余为第75分位数流量过程线以上的年多余径流与年可能最大多余径流之比，年生态赤字为第25分位数流量过程线以下的年不足径流与年可能最大不足径流之比，月、季生态盈余与生态赤字类似定义，并基于生态赤字将径流减少带来的生态风险划分为4个等级：无风险、低风险、中风险、高风险。利用新方法对金沙江下游屏山站资料进行了分析。结果表明：新方法克服了现有方法的局限性，生成的生态风险图显示了屏山站1940—2012年中每个月、季和年的风险水平，可为今后设计生态径流调控措施提供评估手段。     

汉江中下游近60年最小流量变化及影响因素分析

研究河道内最小流量变化特征对于确定河道最小生态流量具有基础性作用,对于流域水资源利用、河流生态环境和生物多样性保护有重要意义。分析了汉江中下游最小流量的变化特征,并揭示了影响最小流量变化的主导因子。研究结果表明:汉江中下游最小流量略呈增加的变化趋势,从黄家港到皇庄,最小流量值增加,仙桃河段减小;丹江口水库修建后汉江中下游年均流量减小,最小流量大幅度增加;汉江中下游最小流量受降水变化、植被变化、流域引水、水利工程等多种因素的影响,对汉江中下游的最小流量的变化起主导作用的是丹江口水库蓄水运用。     

基于生态指标的水库影响下河流水文情势评价

本文通过基于FDC的生态指标综合评价了太子河流域上水库建设对水文情势的影响.结果表明:(1)水库建设后,秋季高流量组分与发生频率减小,春季和夏季低流量组分值显著增加;(2)年生态盈余受水库影响小,生态赤字受水库影响较大,季节生态指标受水库影响较大,尤其在春季和夏季.     

气候变化和人类活动对汉江上游径流变化影响的定量研究

以汉江上游为例,基于弹性系数法和水文模拟法定量估算气候变化和人类活动对流域径流的影响,探讨了变化环境下流域径流对气候变化和人类活动的响应特征。研究结果表明:1961年-2013年汉江上游流域径流呈明显下降趋势,并在1985年前后发生了突变;降水及潜在蒸散发在同时期内也逐渐降低,但变化趋势不显著。气候变化对径流变化的贡献率为42.8%~43.5%,人类活动对径流变化的贡献率为56.5%~57.2%,相比人类活动对汉江上游径流的影响稍大,且其对径流变化的影响呈现增长的趋势。     

汉江下游流域生态流量区域特征指标的优选

在评价河流水文情势变化特征时,传统水文改变指标法（indicators of hydrologic alteration,IHA）存在的指标间相关性高和数据冗余问题会造成整体评价偏差。对汉江下游流域的河流水文情势评价时,考虑到汉江流域干支流日均流量及取水调水工程等的影响,分别选择汉江干流上的3个水文站及支流流域的3个水文站点,采用主成分分析法对6个水文站IHA指标进行优选,再利用相关性分析结果进一步筛选,优选出适用于评价汉江下游流域水文情势的13个代表性指标,分别为2月流量、4月流量、7月流量、10月流量、12月流量、基流指数、最低流量出现日期、最高流量出现日期、低流量脉冲次数、高流量持续时间、日均流量增加率、日平均流量减少率和日均流量反转数。结果表明：6个水文站的代表性指标间相关性均大幅降低,13个代表性指标间的相关系数不超过0.3的占比约70%;经变化范围评价法（range of variability approach,RVA）验证,IHA指标与优选出的代表性指标对汉江下游流域整体水文改变度评价结果的差值均小于7.5个百分点,表明其能够对汉江下游流域提供较为全面合理的水文情势变化...     

曹江中上游流域水文要素的气候变化特征

受气候变化影响,流域水文循环特征变化显著。基于曹江流域降水径流水文循环要素,6个雨量站和1个水文站近50 a的实测水文数据资料,运用小波周期分析、Mann-Kendall检验等相关分析方法,分析曹江流域水文循环要素的稳定性、趋势性及周期性等气候变化特征。结果表明流域内降水的相对变率比较小,均在18%以下,降水相对比较稳定,但是流域内的降水有较强的分布不均匀性;流域内各站点的年降水量大多数站点呈增加趋势,但增加趋势均不显著;同时流域暴雨和特大暴雨日数增加;典型站点年降水量存在28 a的主周期;径流量存在21~29a的主周期。综合降水趋势和周期分析,曹江流域现在正处于降水量的偏少期,预测曹江流域将很快进入下一个降水偏多期阶段。     

滦河流域径流变化及其驱动力分析

根据滦河流域滦县站1950年-2009年的逐日降水资料、逐日流量资料,运用数理统计等方法系统分析了滦河流域径流的年际、代际、年内变化特征和径流的变化趋势,并对滦河流域降水变化做了相应分析,探讨了降水和人类活动对径流变化的影响。结果表明:滦河流域径流的年际变化剧烈,代际变化明显,1950年-1979年基本处于丰水期阶段,1980年后基本处于枯水期阶段;径流年内分配极不均匀,主要集中在7月-9月,几乎占全年的66.2%。滦河流域径流有显著的递减趋势,降水与径流变化趋势基本一致,不同阶段降水和人类活动对径流的影响不同,1959年-1968年,降水和人类活动均对径流的增加做出了贡献;1969年-2009年,人类活动是该时期滦河流域径流减少的主要原因。     

博斯腾湖流域气候水文变化及对湖泊水位的影响研究

随着气候环境变化和人类活动影响加剧,博斯腾湖水位发生了明显改变。基于最近观测的气候水文数据,分析了1961—2019年博斯腾湖流域水文气候要素和湖泊的变化特征,探讨了湖泊水文变化的可能影响因素。结果表明:博斯腾湖水位(面积)发生了明显的阶段性变化,其中1961—1987年有下降(萎缩)趋势,1988—2002年迅速上升(扩张),在2003—2012年大幅下降(萎缩),但在2013年之后有明显上升(扩张)。这种阶段性变化受区域气候转型和人类干扰共同影响,其中区域气候增暖增湿引起了1987年之后湖泊水位上升;但从2003年开始,农业灌溉用水增加使得博斯腾湖入湖径流有所减少,流域生态输水工程增加了博斯腾湖的出湖水量,而降水减少导致的干旱频率增加,这些因素共同作用下使得湖泊水位大幅下降;而2013年以来湖泊水位上升主要与山区降水增加和增温加剧引起的冰雪融水补给增加有关。此外,工农业排放废水导致水质退化,进而改变了博斯腾湖自然水循环系统。因此,在气候变化背景下,博斯腾湖未来的水安全很大程度上依赖于人类活动的影响。     

水库调度对大坝下游河道生态径流的影响

采用逐月频率计算法,分别计算水库修建前后河道生态径流,并对其变化情况进行比较,确定水库调度是否符合河道生态径流的要求。根据襄阳站水文资料对丹江口水库的调度进行分析,结果表明:丹江口水库目前的调度方式对汉江流域生态系统的影响比较大,提出了减小丹江口水库调度对汉江生态系统影响的措施:为减少这种影响,应以建坝前的最大、最小和适宜生态径流过程为准,对现有的调度规程进行适当修改,使以后运行的最小生态径流不小于建坝前的最小生态径流,最大生态径流不大于建坝前的最大生态径流过程,减小水库对生态系统的影响。     

内蒙古高原典型草原内陆河流域径流的时序演变特征

高原内陆河在我国半干旱地区社会经济发展的区域水资源开发利用过程中起到了重要的支撑作用,认识其演变特征及进行模拟对于流域的可持续发展具有重要的意义。以内蒙古高原典型草原内陆河流域——巴拉格尔河流域为研究对象,基于1959-2015年的水文、气象和社会经济等数据,采用双累积曲线法、累积距平法、改进的M-K趋势检验法和小波变换法对流域径流序列的变化特征进行了解析,并通过细化降水特征因素影响和以社会经济指标量化人类活动影响,运用统计相关检验法筛选径流时序演变模拟的主要输入要素,以改进的BP神经网络实现了水文年、季尺度下径流的时序演变模拟。结果表明:巴拉格尔河流域径流量在年、季尺度下呈现显著减少趋势;径流变化的突变年份为1998年,在这之前受到气候变化为主的影响,而在这之后为加入人类活动的双重影响;年、枯水季径流序列均存在6a和30a周期,而丰水季径流在分析序列内无明显周期变化;降水指标中的降水量、降水天数和降水次数,气候因素中的蒸发和相对湿度,以及人类活动的所有指标是与径流显著相关的影响因素;在无法实现分布式水文模拟时,改进的BP神经网络可以较好地模拟该流域径流的时序演变过程。     

琴江流域生态流量的核算与分析

本文以琴江流域1978—2021年石城水文站的实测径流资料和11个雨量站的降水资料为依据,选取流域内4个水文监测断面,分别用水文学Q_p法、Tennant法、频率曲线法三种方法计算分析了琴江流域各河段生态流量,综合分析认为采用Tennant法的分析成果于琴江流域各河段生态流量较为合理,各控制断面汛期和非汛期的生态流量保证率均达90%以上,该成果可为日后琴江流域水资源开发利用提供一定的参考。     

变化环境下“中华水塔”水资源及产流规律变化分析研究

受全球气候变暖的影响,“中华水塔”地区正面临着以“变暖变湿”为主的气候变化。受气候及下垫面条件的综合影响,区域水资源显著增加,各流域产流机理在空间上呈现出明显的地区差异特征。基于“中华水塔”区域1956—2020年水文气象资料,通过趋势、突变、距平等分析方法,分析其水文要素和产流规律的变化趋势、特征及相互之间影响关系。结果表明：近年来“中华水塔”区域气温显著升高,蒸发能力总体增强,区域进入丰水期,降水、径流显著增加,在同等降水径流尺度下,黄河源区产流能力有所降低,长江、澜沧江源区产流能力明显增强;气温升高、降水量持续偏丰以及流域前期影响雨量（蓄水量）增加、枯季径流比例提高、下垫面生态持水能力增强是引起区域产流规律变化、水资源量增加的主要原因。     

中亚瓦赫什河上游源区气候水文要素演变特征

为研究全球变化背景下中亚河流源区气候水文变化,基于中亚跨境河流瓦赫什河上游源区1955—2017年气象水文数据,分析了流域内气候水文要素演变特征及流量变化主要控制因子。结果表明:瓦赫什河上游源区近1955—2017年气候呈现暖湿化趋势;瓦赫什河上游源区气温在1994年发生突变现象,降水在2007年与2012年发生突变现象,流量则在2003年发生突变现象;小波分析显示瓦赫什河上游流域气温、降水、流量的第一主周期分别为28 a、20 a、28 a,周期性振荡明显;瓦赫什河上游源区在气候水文要素关联上,气温与流量变化相较于降水紧密,但受全球升温停滞影响,温度对于流量作用并没有持续增强。     

考虑径流年际变异的洮河河道生态径流研究

人类活动尤其是大规模的水利工程建设,极大地影响了河道径流的一致性,因此考虑径流年际变异的河道生态径流研究具有重要意义。以洮河流域为例,采用Mann-Kendall突变检验法和滑动t检验法对洮河中游岷县站、下游李家村站1950—2016年逐月实测径流做突变检验,借助逐月次最小值法、逐月频率计算法计算了两站河道最小、适宜生态径流,分析了水文变异前后生态径流满足情况以及流域发展带来的可能影响。结果表明:岷县站和李家村站年径流存在显著水文变异,突变点分别出现在1989、1991年;逐月次最小值法得到的最小生态径流和逐月频率计算法得到的适宜生态径流均可保证河流生境处于"好"及以上的流量范围内;水文变异后,河流最小、适宜生态径流满足情况均变差,尤其是在鱼类产卵育幼期(4—8月);现状河流来水存在显著减少变化,未来人类活动强度和影响范围将进一步加大,应立足流域角度,统筹考虑河流生态用水与经济社会用水。研究成果可为流域未来更好地开展水资源开发与利用工作提供一定的参考。     

TRMM雨量在汉江上游大尺度水文模型中的应用

将TRMM（Tropic Rainfall Measurement Mission）卫星收集分析的降雨资料,利用大尺度水文模型对汉江白河以上流域进行流量模拟与预测,研究TRMM降雨资料应用于大尺度水文模型（LSHM）进行流量预测的可行性。对比分析了TRMM年、月、日系列降雨资料与气象站网降水观测资料,以及将其作为输入数据源的大尺度模型降雨径流模拟预测结果,分析表明：大尺度水文模型概念基本适合汉江上游的流量预测,水库对模拟预测结果影响显著,TRMM日降雨资料尚不满足利用该模型进行洪峰流量预报精度的要求。     

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。     

碧流河水库流域降水和径流特征变化及成因分析

为全面分析碧流河水库流域降水和径流变化特征,根据流域内1958-2011年的日降水及径流资料,运用基尼系数法、R/S分析法和小波分析法分别分析了降水和径流的年内变化特征、年际变化趋势和周期性特征。结果表明:流域内降水和径流年内分配极度不均匀,年内分配过程呈单峰型,月降水峰值在20世纪80年代后有峰值后移的特点;多年降水量和径流量均有减少趋势,径流量的减少趋势更显著,说明除降水减少外,还受其它因素的影响,如各种人类活动等;降水径流序列都呈现丰-枯交替变化周期,变化主周期均为12～16a,可能与太阳黑子周期活动有关;20世纪80年代后的径流周期较降水震荡性减弱,说明径流周期变化还受除降水外的其它因素的影响。     

基于水文循环分析的雅砻江流域生态需水量计算

本文提出基于水文循环分析的生态需水量计算流程图和方法,即通过野外现场查勘和室内遥感分析,总结研究区生态需水特征,运用环境同位素技术分析水分来源和河道内外水力补给关系,确定明确的生态保护目标,选定合适的生态需水估算方法并进行计算。最后对雅砻江流域河道内外的生态需水量进行计算。结果表明,雅砻江河道径流主要受大气降水补给,地下水单向补给河道水;河道内外生态保护目标分别为保持当前植被面积不减少和保证优势鱼类生长繁殖期最低生境条件;天然降水即可满足草地林地的生态需水要求。雅砻江热巴坝址处最小生态流量范围为36.3～46.8m3/s。     

金沙江流域径流特性变化及影响分析

以金沙江流域屏山站55 a(1950～2004)水文资料为基础,研究了流域内径流的变化特征。运用多种统计方法较系统地分析了屏山站径流的年内、年际变化规律及影响流域径流变化的因素。结果表明,流域径流年内分配不均匀系数Cvy的值介于0.05～1.49之间,且有减少趋势。径流的年际变化剧烈,丰水时段与枯水时段交替出现,由年降水—径流双累积曲线及回归分析可知,降水是影响流域径流变化的主要因素,人类活动对径流变化影响较小。