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。     

黄河花园口断面水沙变化特征及趋势分析

花园口站是黄河中下游重要的控制性水文监测断面,对于黄河流域上游下垫面的变化响应非常灵敏,因此,通过分析花园口断面水沙变化特征可以在一定程度上揭示长期以来在自然及人类活动影响下黄河流域所发生的深刻变化.利用花园口水文站1952 -2008年径流和输沙数据,采用定量分析方法,分析了近60年以来花园口断面黄河水沙的变化特征、趋势以及在不同时期水沙关系的演变.结果表明:花园口断面径流和输沙均呈显著的下降趋势,且在可预报的未来几年内径流量和输沙量将进一步持续下降;径流量和输沙量均具有4个明显的阶段性变化特征,且具有大致相似的丰枯变化规律;径流—输沙关系的演变表现为4个阶段,转折年份分别为1960年、1980年和1999年,输沙对径流的响应程度在减弱,而人类活动引起的下垫面变化的影响日益增强.     

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。     

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。     

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。     

60年来黄河河龙区间水沙变化特征及人类活动影响评价

采用线性分析、多年滑动平均、Mann-Kendall趋势检验等方法对黄河中游河龙区间1950-2012年的水沙变化特点和趋势进行了分析。结果表明:河龙区间年际水沙变化整体呈现递减趋势,且阶段性变化趋势差异较大;径流量和输沙量在年内分配不均,水文站径流量和输沙量主要集中在汛期;河龙区间年均输沙量分别在1979年和2000年存在两个显著突变点。应用距平累积曲线分析表明,1974年后人类活动对输沙的影响显著增强,1975-2012年人类活动总减沙量为179.75亿t,年均减沙量4.73亿t。研究结果可为流域生态和水利设施建设提供基础理论依据。     

黄河下游河道冲淤平衡时输沙水量变化规律研究

根据1950～2000年黄河下游河道汛期实测径流量和输沙量资料,计算得到了花园口-高村和艾山-利津河段处于冲淤平衡状态时的输沙量、输沙水量与单位输沙水量,并分析了三者之间的关系.研究表明:河段处于冲淤平衡状态时,输沙水量随着输沙量的增大而增大,单位输沙水量随着输沙量、输沙水量的增大而减小,输沙效率增大;随着河槽形态趋于窄深,一定输沙量所需输沙水量减小,单位输沙水量减小,输沙效率提高.     

黄河龙羊峡水库进出库水沙输移特性

根据龙羊峡水库进出库控制站的水沙实测资料,借助变差系数、偏态系数、Pearson相关分析和回归分析等方法,分析了进出库水沙的输移特性。结果表明:水库建设期年际径流量差和输沙量差波动明显,差异显著,出库水沙量大于进库的;水库蓄水运用对进出库水沙量的影响显著,进出库年均标准化径流量、标准化输沙量均呈下降趋势;龙羊峡水库蓄水运用后出库径流量的年内分配趋于均匀化,汛期径流量减小,非汛期径流量增大;进出库径流量和输沙量具有明显的正相关性,单位径流条件下出库的产沙动力高于进库的,相同径流条件下进库输沙量在水库蓄水运用后呈增大趋势。     

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。     

黄河下游水沙条件对河道冲淤的影响

根据1950年以来黄河下游河道实测水沙资料,分析了黄河下游河道汛期淤积比与小浪底站径流量、输沙量、平均流量、平均含沙量和采沙系数的关系;根据2002-2008年小浪底水库8次调水调沙期间的实测数据,进一步分析了调水调沙时黄河下游河道水沙条件对河道冲淤的影响.结果表明:黄河下游河道汛期淤积比随小浪底站径流量或平均流量的增大而减小,随小浪底站平均含沙量或来沙系数的增大而增大;调水调沙期间下游河道均发生了冲刷,河道淤积比随来沙量、出库平均含沙量和来沙系数的增大而增大,随出库径流量和洪水历时的增大而减小;2007年汛后小浪底出库调控流量为3 600 m3/s、舍沙量为40 kg/m3时,下游河道基本达到冲淤平衡.     

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。     

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。     

人类活动对黄河下游水沙特性影响分析

分析黄河下游水沙量数据,研究人类活动对其影响,可以为今后治理黄河提供重要依据,对指导人类活动有重要的现实意义。运用随机水文学的方法对黄河下游4个站（花园口、高村、艾山、利津）1950年-2007年的径流量和输沙量分析发现,黄河下游水沙量具有下降的线性趋势,且变化以跳跃模式发生。其变化受水土保持、引水调水（南水北调等）、水库运用等人类活动的影响,同时降水量（1956年-2000年）下降,是黄河径流量下降的一个重要因素。在不需全面考虑的情况下,可以通过分析花园口和利津的水沙量来反映黄河下游水沙量的跳跃变化。     

黄河下游河道11月至次年5月时期输沙和冲淤规律研究

利用1960—2010年黄河下游11月至次年5月时期实测水沙资料,系统地研究了黄河下游河道水沙运动和河床冲淤规律。分析了花园口、高村、艾山和利津等4站输沙率与各自上站的流量、含沙量和输沙率的关系,黄河下游河道冲淤量与小浪底站来水量、来沙量、含沙量和来沙系数之间的关系。结果表明:黄河下游河道的下站输沙率与上站输沙率有很好相关关系,该时期进入黄河下游河道的输沙量小于1.82亿t、或平均含沙量小于12.6kg/m3、或来沙系数小于0.014 kg·s/m6时,下游河道以冲刷为主,反之则以淤积为主;采用本文建立的下站输沙率与上站输沙率关系式计算的黄河下游各河段冲淤量具有较高的精度。利用本文建立的关系式可以方便地预测未来黄河下游河道该时期不同河段冲淤量,对快速判断黄河上中游水利工程建设对下游河道冲淤影响具有重要意义。     

近58a来洮河流域水沙演变特征与驱动力分析

采用洮河红旗水文站1956—2013年的水沙资料和流域降水资料,应用累计滤波器法、Mann-Kendall法、双累计曲线法等分析了洮河流域水沙量的时间序列变化特征,定量估算了降水变化和人类活动对年径流量和年输沙量的影响。结果表明:洮河流域年降水量、年径流深和年输沙量的变化倾向率分别为-4.6 mm/10 a、-13.8 mm/10 a、-444万t/10 a,年径流量及年输沙量在1986年左右发生了突变;就平均情况而言,降水和人类活动对径流的影响量分别约占径流减少总量的32.9%、67.1%,对输沙的影响量分别约占输沙减少总量的47.4%、52.6%,不同阶段的人类活动特征明显;随着流域内大规模人类活动的继续,水沙量的递减趋势在未来一定时期内将会持续。     

相似性降水条件下北洛河水沙变化特征

降水是河流径流来源也是水土流失的主要动力,通过选择相似降水年组比较河流水沙变化,可以更好揭示土地利用变化对河流水沙变化的影响.采用1954年到1996年北洛河状头水文站实测资料,根据年份差大于5年,年雨量差小于20 mm和汛期雨量差小于10 mm等三个指标确定了8个相似降水年组.通过比较相似性降水年组径流量和输沙量变化,分析了不同时间河流水沙变化特点;并通过组间比较初步探讨了北洛河水沙变化趋势.分析表明,与1980年相比,1996年除汛期径流量增加外,年径流量,年与汛期的输沙量和含沙量均增加;在其他时段,输沙量在1970年代后期以前呈减少趋势,年径流量和汛期径流量有增加趋势,而年均和汛期含沙量均有减少趋势.     

沂沭泗水系临沂站水沙短周期变化特征分析

根据临沂水文站近10年的实测年径流量及年输沙量资料,利用线性倾向估计法和平滑预测法,对水沙短周期变化特征进行了分析。研究表明,径流变化幅度较小,且呈缓慢下降趋势;平均输沙量、含沙量和输沙模数变化度较大,2005和2009年是发生突变的年份;表征水沙变化特征的主要物理量具有水四年的周期性变化。趋势表明,随着人类活动的加剧,水资源需求增加,径流量仍会减少;粗放型的经济增长方式,会导致水土流失,增加河流输沙量。     

小浪底—利津河段河道输沙平衡临界指标研究

河道输沙平衡关系是通过工程措施调控水沙组合、冲刷河槽淤积泥沙、塑造河槽形态、提高河槽输沙能力和泥沙资源化配置的理论依据。通过对影响黄河小浪底—利津河段河道汛期输沙平衡的水沙指标进行分析,建立了河段汛期淤积比与小浪底站水沙指标的关系,计算了1950—2000年小浪底—利津河段对应的不同计算时段、不同河段(包括全河段)和上、下临界输沙平衡状态的50组输沙平衡临界指标,分析其变化规律和影响因素。对1967年实测典型洪水过程及2007年汛期调水调沙过程的输沙平衡状态分析,得出了各自对应的输沙指标,结果表明自然形成的洪水过程和调水调沙人造的水沙过程均可以达到河道输沙平衡。     

北洛河流域水沙变化对降雨和土地利用的响应

研究流域水沙变化对降雨和土地利用变化的响应机理,对流域土地利用规划决策及水土保持措施优化配置具有重要意义。本文以黄土高原北洛河流域为研究对象,采用Pettitt突变检验、双累积曲线等方法,定量分析了流域近60年降雨、径流和输沙的演变规律及土地利用变化特征,探讨了流域降雨和土地利用变化对流域水沙的影响。结果表明:1960—2016年间,北洛河流域降雨随时间变化总体趋势不显著,而径流量和输沙量随时间变化表现为明显的下降趋势,下降幅度分别为31.4%和83.5%,输沙量减少趋势尤为显著;研究时段内,北洛河流域以林地、草地和耕地为景观基质,耕地、草地向林地转化是基本特征;人类活动影响下的土地利用变化是造成径流泥沙量减少的主要原因,其对径流输沙量减少贡献率分别为76.9%和96.6%,降雨变化影响贡献率分别为23.1%和3.4%。研究结果为深刻认识黄河水沙动态变化提供依据,对未来水土保持措施优化配置提供决策支撑。     

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。