金沙江下游流域水沙格局变化研究

金沙江下游水沙变化对梯级水库淤积进程和优化调度有重要的影响,随着大型梯级水库的建设运用,金沙江下游水沙格局发生了显著的变化。本文基于金沙江下游干支流历年实测水沙资料,分析了流域水沙变化过程,提出了不同时段流域水沙格局。从时间上看,金沙江下游干支流径流量年际变化均不大,干流输沙量显著减少;支流雅砻江、龙川江、牛栏江输沙量明显减少,其它支流输沙量没有明显变化趋势。从水沙来源分布上看,不同时期,金沙江干流径流量和流域支流径流量的占比变化不大,金沙江干流、雅砻江和其他支流占比分别为46%、45%和9%左右。而输沙量占比变化显著：1999年以前金沙江、雅砻江和其它主要支流占比分别为40%、36%、24%;在二滩水库蓄水拦沙后的1999—2010年三者的占比分别为61%、13%、26%;金沙江中游梯级水库蓄水拦沙的2013—2020年三者的占比分别为16%、31%、53%。进一步考虑未控区的影响,金沙江干支流水库运行后,来水格局仍未发生明显变化,干流、雅砻江、其他支流和未控区间径流量占比分别为40%、40%、9%和11%。但来沙格局变化显著,水库运行前干流输沙量占比为21%,雅砻江为19%,其他支流为12%,未控区间为48%,水库运行后区间来沙占比明显增大,达到了97%,其中未控区间占比为82%,区间支流占比为15%,未控区间来沙是金沙江下游流域泥沙的主要来源。     

长江中下游水沙态势变异及主要影响因素

流域人类活动对长江中下游水沙态势变异产生重要影响,为了深入了解长江中下游水沙态势变异特征及主要影响因素,本文利用累积曲线法、M-K次序分析法和有序聚类法就长江中下游干流、主要支流和两湖(洞庭湖、鄱阳湖)湖口1950-2011年期间水沙态势变化特征进行研究,分析了流域人类活动的变化特征,指出长江中下游干流汉口站和大通站、主要支流汉江皇庄站及鄱阳湖湖口站年径流量没有明显的变化趋势,干流宜昌站和洞庭湖湖口城陵矶站的年径流量有显著减少的趋势;除鄱阳湖湖口站年输沙量变化不大外,干流、主要支流和洞庭湖水文站年输沙量显著减少。结合长江中下游水沙变化的特征,分析了水库拦沙、水土保持、两湖(洞庭湖、鄱阳湖)区域水沙变化、河道采砂等因素的影响,指出不同的影响因子对河道水沙态势变化的作用是不同的,特别是水库拦沙的影响更显著,三峡水库运用对中下游干流水沙态势变异的作用是非常重要的。     

近70年黄河宁夏河段干支流水沙变化规律

根据黄河宁夏河段干支流的水沙实测资料,采用变异系数、Mann-Kendall检验法和小波分析法,从水沙量的年际变幅、变化趋势、突变特性和周期波动等方面分析黄河宁夏河段水沙变化的规律,为河段治理和工程布局提供依据。黄河宁夏河段年输沙量的年际变化程度大于年径流量,支流的年来水来沙量年际变化程度大于干流。干流的年水沙量呈显著下降趋势,年径流量突变点为1986年,支流各站的年径流量和年输沙量则处于增加趋势。泉眼山站的年径流量突变点为1993年、2003年和2012年,干支流年径流量的突变与水库的调蓄有关。宁夏河段干支流年径流量和年输沙量的周期变化具有相似性和差异性,这说明宁夏河段水沙变化具有相关性,同时也反映了水沙异源的特性。     

基于数字滤波法的怒江流域基流时空分异

为明晰怒江流域基流时空分异特征,利用数字滤波法进行怒江干流和南汀河支流的基流研究。结果表明:1怒江干流3站基流指数IBF在0.71~0.74之间,南汀河支流2站的多年平均IBF在0.68左右,南汀河支流IBF明显低于怒江干流,干支流基流量和IBF自上游向下游递增;2各站基流量与径流量变化过程基本一致,两者相关系数均在0.9以上;3怒江干支流各站多年平均基流量和径流量年内分配均呈"尖廋"的单峰形,而多年平均基流指数年内分配均呈"V"字形,但两者变化过程不完全相反;4怒江干流代表站道街坝站和南汀河支流代表站姑老河站IBF均为丰水年平水年枯水年,这与基流相对于径流更为稳定有关。     

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。     

近50年来黄河输沙量变化特征及原因分析

收集了黄河重要干流水文站和一些主要支流近50年的输沙量及径流量数据,应用数理统计方法研究了输沙量绝对值和相对径流量的多年变化情况。结果表明:黄河干流除上游唐乃亥站输沙量相对径流量有升高趋势外,其他各站输沙量的绝对值和相对径流量的变化趋势为减少或基本保持不变,这主要是大量水库的拦沙作用和水土保持措施的实施造成的;各支流输沙量的绝对值和相对径流量变化也以减少或不变为主,但黄河中游产沙区的几条主要支流在径流量下降的情况下输沙量相对径流量却没有显著变化,这主要是由该地区的自然地理特征决定的。     

黄河中游泥沙输移特性及机理研究

基于黄河中游干流4个水文站及8条主要支流1957-2018年实测降雨输沙资料,采用Mann-Kendall检验、有序聚类分析法研究黄河中游区间输沙时空变化特性,结合双累积曲线法量化输沙变化驱动因素。研究结果表明:黄河中游干流各水文站年输沙量均呈显著减少趋势,各站减幅自上游至下游沿程不断增大。区间8条典型支流多年输沙模数自1970s后均呈减少趋势,头道拐-龙门区间对中游区间输沙占比下降明显,区域水土保持治理效益显著。研究显示人类活动是黄河中游输沙锐减的主要驱动因素,对头道拐-龙门区间平均输沙变化贡献率为85.84%,对龙门-潼关区间输沙变化贡献为88.68%,淤地坝、梯田和水库等水利水保工程措施是输沙锐减的主要原因。     

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。     

洮河水电梯级开发对径流的影响分析

以洮河干流站流量资料为依据,研究了水电站建设前上、下游站年径流量序列关系和年内变化的对应规律,进而对水电站建设后径流的变化情况进行了分析。结果表明:洮河水电梯级开发使得进入下游河道的水量不断减小,上、下游站的年径流关系发生了较大变化;汛期径流量所占比重相对减小,非汛期径流量所占比重相对增加,年内变化趋向均一;九甸峡水利枢纽的兴建极大地改变了下游河道的流量过程,对径流的影响较大。     

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。     

1959-2011年北洛河上游流域径流量及其组分变化趋势和时间分配特征

以实测水文数据为基础,分析了区域水土保持措施实施和植被恢复背景下北洛河上游黄土丘陵沟壑区流域1959-2011年间径流和基流数量变化、时间分配规律和阶段特征,对流域水土保持和生态平衡、水资源保护和利用具有指导和借鉴意义。结果表明:志丹、吴起、刘家河3个水文站的年均径流深分别为37.6、27.1、31.8 mm。年均地表径流量和基流量所占比例3站平均为63.8%和36.2%。3站的年径流量和地表径流量全部表现为极显著减少趋势(P<0.001),而且地表径流量决定了总径流量的变化程度。3站基流量呈增加(P<0.01)(吴起站、刘家河站)或稳定态势(志丹站)。径流量及其组分年内分配均表现为"双峰型"。随时间推移,径流量月内分配不均匀性减弱,夏、汛期径流量占年径流量的比例急剧降低。3站冬、春季枯水期基流量均为显著增加态势,而夏、秋季稳定。1959-2011年在水土保持措施的实施和生态恢复背景下,流域径流及其组分的数量和时间分配发生了很大变化,流域水循环要素比例趋于合理。     

黄河内蒙古河道冲淤量主要影响因素的贡献率

根据大量实测资料,采用多元回归法和偏相关分析法计算了黄河内蒙古巴彦高勒至头道拐河段冲淤量主要影响因素的贡献率。从1952—2014年长时段来看,无论是汛期还是年均,巴彦高勒站径流量、输沙量(包括风成沙)和支流十大孔兑来沙量3个影响因素对该河段冲淤量的贡献率各占三分之一左右。从1952—1986年和1987—2014年两个时段来看,前一个时段3个影响因素的贡献率分别为34.6%、45.3%和20.1%;后一个时段3个影响因素的贡献率分别为24.4%、29.8%和45.8%,1987年之后受干流来水来沙量减少特别是来水量大幅减少的影响,干流水沙量对河道冲淤量的贡献率减小,而孔兑来沙量对冲淤量的影响进一步凸显。     

气候变化和人类活动对海河流域径流变化的影响

对海河流域1956-2000年年径流及季节性径流的变化趋势及突变点进行分析,并研究了气候变化和人类活动对径流变化造成的影响。研究结果表明,年尺度及季尺度径流量均表现出显著的减少趋势,突变点均出现在1979年;人类活动对径流变化的影响大于气候变化;对于年径流量的变化,气候变化的贡献率占40. 89%,人类活动占59. 11%;对于季度径流量的变化,气候变化的贡献率分别为43. 53%(雨季)和7. 15%(旱季),人类活动的贡献率分别为56. 47%(雨季)和92. 85%(旱季);在人类活动的影响下,水库调节比土地利用变化所占比例更大,其在年径流变化中占38. 86%,而土地利用变化仅占20. 26%;对于季节性径流量的变化,水库调节的贡献率分别为39. 48%(雨季)和40. 71%(旱季),而土地利用变化的贡献率分别为16. 99%(雨季)和52. 14%(旱季)。     

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.     

沿黄取用水对黄河干流主要断面径流影响分析

沿黄取用水对黄河流域径流量具有重要影响。基于黄河干流主要控制站实测径流量资料和水资源公报资料,初步分析了黄河干流上下游主要断面径流量变化及沿黄取用水对干流径流量的影响。结果表明:(1)兰州(1919—2018年)、花园口(1919—2018年)、利津(1950—2018年)三站实测年径流量长期系列均表现为减小趋势,但上游兰州站表现为非显著性趋势,而中下游两站均为显著性减小趋势;(2)1998—2019年黄河干流11个主要水文站年径流量变化趋势则呈一致性增大趋势,初步分析表明流域面平均降水量增大是可能原因之一;(3)1998—2019年流域取水、耗水总量的变化均呈增大趋势,表明沿黄取用水量不断增加,取用水对上游兰州以上断面的径流量变化的影响较小,贡献低于20%,在流域中下游分区,取用水、水库蓄水等影响增大,特别是在龙门—三门峡分区,地表还原水量占河道天然径流量的比例达到55.4%。     

黑河流域径流变化规律及趋势预测

根据黑河1956—2012年各水文站径流量数据,应用Mann-Kendall非参数检验法对黑河流域径流变化规律进行了分析,并利用BP神经网络对未来黑河径流演变趋势进行了预测。结果表明:1黑河干流及主要支流汛期来水量占年径流量的比例较大,为63.18%~94.56%,出山口径流量未来总的趋势为增加;2Mann-Kendall趋势检验结果表明莺落峡、祁连、新地及嘉峪关站未来径流预测趋势与实测序列趋势较为一致,而札马什克站未来径流预测趋势和实测序列趋势相反,但该站M-K值的绝对值逐渐变小并趋于0,可以推测未来该站径流量趋势将由减少转为增加,这与BP神经网络预测的结果一致。     

黄河干流径流变化归因分析与有关问题商榷

黄河是中华母亲河和中华文化的摇篮,黄河径流量的变化与黄河流域乃至全国的社会经济发展息息相关。为定量解析黄河径流量变化的主要驱动因素,基于黄河干流兰州、头道拐、花园口和利津4个代表水文站1960—2010年实测径流量数据、降水量数据、潜在蒸散发量数据以及还原径流量数据,利用双累积曲线法和Budyko弹性系数法,对黄河干流径流量的变化进行归因分析。结果显示:1989年以后人类活动是导致黄河径流量显著减小的主要原因,其贡献率在85%以上,而气候变化对黄河径流量减小的贡献率不足15%,且越往下游人类活动贡献率越高,简而言之,气候变化对黄河上游径流量变化的影响大于对中下游的影响,人类活动对黄河中下游径流量变化的影响大于对上游的影响。针对气候变化与人类活动水文效应研究的若干理论与实际问题进行了商榷。     

1950-2011年黄河干流水沙关系变化研究

采用黄河干流主要控制水文站唐乃亥、兰州、头道拐、龙门、潼关、花园口、高村、艾山和利津站的实测径流量和输沙量资料,借助Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线法和Pearson相关分析等方法,探讨50余年来黄河流域不同时段、不同河段水沙关系的变化特征。结果表明:唐乃亥站径流量和输沙量无长期变化趋势,黄河干流自兰州以下各站年径流量和年输沙量均表现出显著下降趋势。借助花园口站实测径流量与输沙量双累积曲线知,2000-2011年无降水影响时的累积减沙量为61.602亿t。径流量和输沙量呈正相关关系,沿程各站相关系数r∈(0.512,0.664),不同年代水沙关联性有较大差别。黄河上中下游之间径流量、输沙量均呈现显著正相关,其相关系数分别为r∈(0.725,0.904)、r∈(0.887,0.918)。不同年代中游来水来沙量对下游径流量和输沙量的贡献率存在较大差异,在2000-2009年达到最小值。     

80年来青海境内黄河干流水沙量的变化

青海境内黄河干流唐乃亥站实测年径流量1.997×1010m3，占黄河流域年径流量5.80×1010m3的34.4%，占青海境内黄河干流年径流量的90.6%。唐乃亥以上是黄河流域水量的主要供给地和水源涵养区之一。自1919～1998年经统计分析唐乃亥站80年来径流量和输沙量的变化特征，结果表明年径流枯水年和偏枯水年出现最多的年份是20年代和90年代，丰水年和偏丰水年出现最多的年份是40年代、60年代和80年代。境内输沙量的变化主要取决于径流量的变化。90年代青海境内黄河干流水沙量减少主要是由于年径流丰、平、枯的周期性变化和降水量减少引起的，是以自然因素为主的结果。境内年径流量的变化没有向减少趋势发展，水沙量的变化是稳定的。     

近20 a来长江干流水沙变化特性

基于长江干流七大水文测站的水文泥沙资料,研究了长江干流2002—2019年的水沙变化规律,并采用双累积曲线法给出了长江上游代表性测站-朱沱站的累积年径流量与年输沙量关系图。结果表明:长江上游梯级水库群建成后,长江干流多年平均径流量基本保持稳定,而年平均输沙量变化率和年平均含沙量变化率却变化显著;朱沱站累积年径流量与年输沙量的双累积曲线线性关系良好。