基于小波变换的径流周期与ENSO事件响应关系研究

在气候变化和人类扰动下,河川径流过程变化日益复杂,探索径流变化对气候因子(ENSO事件)的响应规律,掌握区域水资源发展动态,对科学制定区域水资源规划和管理策略及满足人类需求与生态系统的水平衡要求极为重要。通过交叉小波变换法与凝聚谱方法,分析陕西省渭河咸阳站、无定河丁家沟站、汉江安康站河川径流规律与ENSO事件的相关性,从物理驱动因素层面探讨径流周期变化的潜在机理。分析结果显示:20世纪70年代以前,各站径流与ENSO指数(MEI指数)在小尺度2~4 a周期上均存在着显著的负相关;从20世纪70年代开始,径流与ENSO指数的相关性变得复杂,这与研究区内人类活动影响增强并成为径流驱动的主因有关。研究表明:交叉小波变换法与凝聚谱方法适用于水文和气象要素间响应关系的分析,可深层次地揭示两者之间的相关性和响应时滞方面的联系,可反映气候因子对径流过程影响的时域变化特征。案例结果表明:陕西省河川径流变化在20世纪70年代以前主要受气候因子驱动,响应较为紧密;20世纪70年代以后,人类活动影响逐渐超越气候因子影响,径流变化表现为人类与气候双驱动模式,且以人类活动为主。     

ENSO事件对松花江流域夏季降水的影响

对1951—2000年的ENSO事件对松花江流域夏季(6—8月)降水的影响进行了分析,结果显示:赤道中东太平洋海温异常与松花江流域夏季降水有很好的相关性,特别是ENSO事件出现后,El Nino事件影响年通常对应于松花江流域夏季降水偏多,La Nina事件影响年松花江流域夏季降水则较常年偏少,且二者通过了置信度α=0.05的显著性检验.这种相关性可用于进行松花江流域夏季降水的预测.     

多瑙河流域水文气象要素演变及响应关系

环境变化会对流域水文气象要素演变产生重要影响.以多瑙河流域为例,采用线性回归方法分析该流域气温、降水量和径流量的年际变化趋势;运用小波分析法研究了径流量变化的主、次周期;采用M-K突变检验法和有序聚类法分析了径流量演变中的突变特征及阶段性特征,在此基础上分析了不同阶段的降水-径流响应关系.结果表明:在1951—2010...     

滹沱河天然年径流变异及开发利用对河流水环境的影响

以黄壁庄水文站实测和还原资料为基础,分析滹沱河水资源的变异及开发利用情况,并通过代表站枯季径流及下游河道水量变化揭示河流水环境演变过程。分析表明,天然径流量衰减及水资源开发利用过度,造成河道流量减少,对河流水环境影响巨大。     

金沙江流域近60年气候变化趋势及径流响应关系

以长江上游金沙江流域为研究对象,采用线性回归法和Mann-Kendall非参数检验法诊断了近60年来金沙江流域气温、降水、径流的演变趋势以及径流对气候要素变化的响应关系。结果表明:1金沙江流域的气温具有显著的升高趋势,年均气温线性增加率为0.025 2℃/a,其中,冬季升温最为显著;2降水量呈现明显的丰枯年交替的演变规律,尽管年降水量总体上具有非显著性增加趋势(M-K值为1.48),但秋季降水量呈现弱减少趋势;3受降水、气温、积雪和冰川等因素变化的影响,金沙江流域的流量总体上呈增加趋势,然而,近20年具有明显的减少趋势;4年和季节降水量与径流具有较好的正相关性,尽管年气温与流量具有不显著的负相关性,但由于气温和降水的季节同步性,季节气温与径流呈现出较好的正相关性。     

基于TFPW-DT-ICSS法的渭河水文序列方差变异识别与诊断

水文变异现象已造成许多地区的水文数据受到"污染",使得传统水文频率计算举步维艰。同时,水文变异识别方法的异法异解、隐藏效应、自相关性影响、变异信息交叉等问题也困扰着水文变异理论的发展,亟待解决。针对水文变异识别中的序列自相关性影响,提出将去趋势、预置白与ICSS检验法相结合,构建TFPW-DT-ICSS法,对渭河咸阳水文站的径流数据进行方差变异的多点识别,同时应用水文频率计算方法验证变异点的准确性。结果表明:TFPW-DT-ICSS法通过TFPW处理,可缓解序列自相关性对结果的影响;ICSS算法在方差变异检验上可获得较为准确的识别结果,适用于水文序列的方差变异诊断;ICSS算法对数据长度变化的响应不敏感,可实现多序列上的有效识别。研究成果可为变化环境下的水文计算与设计提供数据支持和技术支撑。     

ENSO与我国东部夏季雨型异常关系的年代际变化

利用1951-2002年NCEP/NCAR再分析资料、CPC(气候预测中心)Nino3区海表温度序列和NOAA的ERSST资料,研究了ENSO与我国东部夏季雨型的相互关系及其年代际变化.结果表明:我国东部夏季雨型对ENSO事件的响应在1978年有一个明显的突变,在突变前,降水雨型与赤道东太平洋的海温为弱的负相关,而在突变后转为显著的正相关;滑动相关结果显示,近20 a是整个研究时段中二者相关性最强的时期;东亚夏季风和ENSO的相互关系在1978年也经历了一次明显的年代际变化,由弱的正相关转为显著的负相关.这可能是引起ENSO和夏季雨型异常关系年代际变化的原因.     

黄土高原变绿对黄河中游延河流域径流演变的影响估算

近年来,黄土高原变绿对黄河中游,特别是黄土高原的径流演变扰动显著且影响强烈,估算其影响对保障区域水安全与黄河流域高质量发展意义重大。基于1959～2016年黄河中游延河干流延安水文站控制流域(以下简称“延河流域”)径流量及同期面降水量,识别了径流演变的变异年份,分析了径流与降水和土地利用/覆被变化间的响应关系,定量估算了黄土高原变绿对延河流域径流非一致性变化的影响。结果表明:延河流域在1970、1996年发生了径流变异,总体呈现衰减趋势; 若以1970年之前径流过程为参照基准,则可得统计期内降水变化导致径流减少2.8×10⁸ m³,贡献率为18.1%; 1971～1995年,延河流域径流主要受以水利工程建设为主导的人类活动影响,驱动径流减少4.75×10⁸ m³,贡献率为30.6%,之后径流变化由新增人类活动和植被恢复为主导的黄土高原变绿联合驱动,贡献率分别为3.7%和47.6%。综上所述,黄土高原变绿正在成为驱动延河流域径流减少的主要因素,潜在威胁着黄土高原未来的水资源安全与社会发展。     

双源距密度测井响应关系的研究

现在使用的双源距密度测井响应关系较理想化,很多影响因素都忽略了。为了推导双源距密度测井仪刻度的响应关系,采取对测井仪器进行一级刻度,得到仪器响应地层的计数率“脊一肋”图版。然后对图版进行研究和分析,选用最小二乘拟合法对图版数据进行拟合,并针对“肋”线分段精细拟合。经过多次反复拟合,得出了密度值和校正密度值的测井响应算法。将新测井算法应用于数控测井系统中并同现在的算法进行对比,用实测数据进行验证,结果表明,新算法准确度较高,提高了工程测井的质量。     

荥经河流域径流变化过程分析

为了研究荥经河流域径流演变规律,定量分析影响因素,根据荥经站1965—2010年径流数据及相关气象资料,利用小波分析法、双累积曲线法,综合分析了荥经河流域径流变化过程及影响因素,应用多元线性回归法建立了径流回归模型,并对1965—2010年的径流进行了模拟。结果显示,荥经河流域径流量有减少的趋势,特别是近20年来,枯水年出现的概率增大;1975—1990年、2001—2010年,降雨是影响径流变化的最主要因素,而在1991—2000年人类活动对径流的影响较大;所建立的径流回归模型拟合性较好,有较强的实用性。     

黄河中游支流无定河流域水沙情势与变异特性

近年来,黄河中游支流无定河流域水沙情势发生了显著变化,径流量与输沙量都出现了急剧减少的现象,其年径流量与输沙量序列变异类型(尤其是趋势变异、均值跳跃变异及方差变异)的信息重叠问题尚没有有效的解决方案,导致很难给出较为准确的变异归因解释。为此,以无定河流域10个水文站的实测年径流量和输沙量序列为研究对象,采用经验模态分解、STARS法和迭代累积平方和(ICSS)法对年输沙量序列进行趋势变异、均值跳跃变异和方差变异检验,识别无定河流域年输沙量序列变异的类型构成。同时,采用双累积曲线探讨无定河流域的水沙关系变化,并结合流域实际,分析变异类型产生的原因。结果表明:无定河流域年输沙量序列的变异类型均为复合类型,且复杂多变,其中趋势变异主要为先减后增型,均值跳跃变异为向上向下型和下沉型,方差变异主要为振幅缩减型; 归因分析结果显示,无定河流域的淤地坝建设驱动年输沙量序列的下沉型均值跳跃变异,与其他水土保持措施一起驱动序列的趋势变异和方差变异; 年降水量及沙尘暴频率因变化较小,仅在趋势变异上有微弱影响; 淤地坝施工期间强降水引发的水土流失和淤地坝拦沙后清水下泄引发的河道冲刷驱动年输沙量序列均值向上的跳跃性变化,而淤地坝群淤积库容随时间的衰减则应该是驱动年输沙量序列趋势变异的关键因子。     

黄河上中游近期水沙变化分析

根据黄河上、中游干流及重点支流水文泥沙定位观测资料统计,对1997—2006年水沙变化特点进行了分析.结果表明,与1970—1996年相比,黄河流域上、中游各区间降水量普遍减少,减幅在3%-11%;上游降水径流关系没有明显变化,而中游地区降水径流关系变化明显;干支流实测水沙量减少,减幅由上游至下游逐渐增大,径流量减少幅度从上游的20%至下游达到40%左右;对于输沙量,除河源区变化不明显外,干流各站沙量减幅在27%以上,头道拐至潼关各站减幅为57%-87%;干支流洪水发生场次普遍减少,且洪量减幅小于同期沙量减幅,前者为8%-46%,后者则为57%-64%;随输沙量减少,泥沙组成也发生变化,不同区域存在着泥沙中值粒径增大、变细和变化不大3种类型.     

人类活动对鸭绿江下游水沙变化的影响

基于鸭绿江荒沟站1958~2008年的实测径流量和输沙量数据,采用Mann-Kendall法对水沙变化的趋势进行检验,利用双累积曲线法对水沙变化进行阶段性划分,在此基础上研究人类活动对水沙变化的影响。研究结果表明:鸭绿江下游荒沟站的实测年径流量和输沙量变化均呈显著的下降趋势,且年径流量下降的趋势强于年输沙量下降的趋势;以1963年和1994年为转折点,将径流-输沙曲线分为3个时段:1958~1963年、1964~1994年、1995~2008年;自然因素是影响径流量减少的主因,人类活动影响较弱,平均为10%左右,但各时段影响不同;人类活动对年输沙量的阶段性影响增减不一,但总体是减沙为主,平均年减沙量约为0.81×106t。     

图们江下游流域近50年径流变化研究

本文利用1960—2005年河东、珲春、圈河3个水文站的径流监测资料,对图们江下游流域近50年径流的年际、年代、年内变化进行了分析.结果表明:从年际变化上看,河东站年际径流变化最剧烈,其次是圈河站,珲春站相对较稳定;从年代变化上看,河东和圈河水文站有很大的相似性,年代径流变化趋势为"多—少—少—少—多",而珲春水文站的年代径流变化趋势则为"多—少—多—少—多";从年内变化上看,珲春水文站各月径流变差系数最大,河东、珲春、圈河3个水文站年内径流主要集中在5—9月份,这5个月的径流总量占年径流量的百分比分别为79.57%,75.91%,78.65%.     

贵州省径流变化特征分析

径流分配特征是水资源评价的基础,常被作为水利规划、水文区划、农业区划的重要指标,同时也是划分河流类型的重要指标之一。研究径流分配的变化特征及其演变规律,对水资源的合理开发及综合利用具有重要意义。选取1985—2012年贵州省6个典型水文站的径流统计资料,应用年内分配比、年内分配不均匀系数、集中度、集中期、变化幅度、年际距平与模比系数、变差系数与年极值比来衡量贵州省径流的年内和年际变化特征及其演变规律。研究结果表明:贵州省6个典型水文站的径流年内和年际变化具有明显的同步性,各典型径流量年内分配不均匀性呈先增大、后减小的变化趋势,由不均匀向相对均匀转变;径流量年内集中程度总体呈先增大、后减小的变化趋势,各站径流量年内集中期主要在7月,从时间分配来看径流量年际变化不大,总体呈先增大、后减小的变化趋势;从空间分配来看南部地区年际变化大,而北部地区则相对稳定。通过对贵州省径流变化特征的分析,可为合理开发、综合利用和优化配置水资源提供科学依据。     

黄河中游无定河流域的水文模拟研究

基于SIMHYD降水径流模型,研究了黄河中游无定河流域的水文模拟问题.对无定河流域的7个子流域的日、月流量过程进行了模拟,结果表明:该模型不能很好地模拟无定河流域的水文过程.分析认为:资料的代表性不足、模型本身的局限性及流域下垫面等条件的复杂性是模拟效果不理想的主要原因.     

淮河流域近70年极端水文气象特征分析

以淮河流域23个气象站点1951—2016年的降水数据和蚌埠水文站的径流数据为研究对象,应用线性拟合法、滑动平均法、非参数MK检验法分析了流域的降水和干旱的变化特征,并结合R/S分析法、Pearson和Spearman相关系数法分别分析了降水、干旱与径流的相关关系及长程记忆性。结果表明,除连续湿日外,淮河流域极端水文指数均呈显著增长趋势,突变年份集中在20世纪50、60年代初;近70年,年干旱频率达21. 2%,轻旱比例最高,从年、季尺度来看,冬旱最严重,年、季干旱均呈现减少趋势;最大30天、15天降水径流相关关系均呈中度相关,汛期、非汛期降水距平与径流相关关系分别呈中度和弱相关,未来4～11年,最大30天降水和径流、汛期和非汛期的降水距平及径流均呈不显著增长趋势。