黄河源区降水径流变化特性初步分析

黄河源区唐乃亥水文站以上流域面积121972km^2，占黄河流域面积75．2万km^2的16．2％，多年平均径流量200亿m3（1956-2002年），占黄河流域多年平均径流量580亿m3的34．5％，因此该区域被称为黄河的水塔，也是黄河上受人类活动影响较小的天然产汇流区，其降水径流特性具有相对稳定性，对黄河水资源状况有重要影响。通过对黄河源区降水径流时空变化分析，初步揭示该区域降水径流变化特性及其规律。     

黄河源区径流变化及原因分析

采用斯波曼秩次相关法分析了黄河源区20世纪60年代以来径流变化情况,并从降水、气温、下垫面等影响因素探讨了黄河源区径流变化原因。结果表明:①黄河源区的径流年际变化从60年代以来有明显的阶段性变化,从年内变化来看,唐乃亥站的汛期和非汛期径流量占年径流量的比例也具有阶段性变化,从80年代中期到90年代末,汛期径流量占年径流量的比例一直减少,非汛期径流量所占比例一直增大。②过去40多a来,玛多站年降水量呈现出缓慢上升的趋势,玛曲站则呈现出下降的趋势;从降水年内变化来看,雨季降水量占年降水量的比例呈减少趋势,旱季降水量占年降水量的比例呈增加趋势。因此,黄河源区降水量的变化是影响径流变化的主要原因,90年代小雨多、降雨历时长是导致径流减少的另一个原因。③黄河源区径流的变化,特别是90年代径流量的偏小和气温的直接关系不大。④植被覆盖面积的变化并不是引起径流减少的原因。     

黄河源区径流演变研究进展

黄河源区是黄河流域重要的产流区和水源涵养区,年径流量占黄河流域径流量的三分之一左右,对流域水资源安全具有重要意义。总结了近20 a发表的有关黄河源区径流演变特征及其影响因素的相关文献,对研究成果进行了系统梳理、总结和对比。各研究成果在黄河源区径流整体变化趋势上具有一致性,近几十年黄河源区径流总体呈下降趋势,且存在丰枯交替的演变特征,径流年内分配不均,存在不同时间尺度的周期性变化,未来一定时期黄河源区径流仍将有所下降。但在径流演变驱动机制方面存在一定的分歧,气温和蒸发对径流变化的影响机制仍不明确,未来径流变化的定量预测仍存在差异。基于此,未来应注重开展黄河源区径流演变驱动机制、空间特征及未来趋势等方面的研究,为黄河源区水源涵养能力提升提供支撑。     

黄河源区水域离子特征分析

运用数理统计方法对源区水样、土样的离子质量浓度进行分析,确定源区离子变化特征。离子的典型变化通过趋势图加以表现,具体说明当地气候条件、岩石、土壤以及水文特征对于源区干流离子质量浓度的影响,为源区水资源的保护提供依据。分析结果表明:源区作为黄河产水区,由于受到人类影响相对较小,水质较好。干流中离子质量浓度的变化主要是受当地气候、支流、土样以及水体水文特征的影响。     

黄河源区径流量演变成因分析

从气温、降水、下垫面条件等方面对黄河源区20世纪90年代以来径流量减少及其成因进行了分析。结果表明:①降水量变化是影响黄河源区径流量变化的主要因素之一,径流量的大小不仅与当年降水量大小有关,还受前一年降水丰枯的影响;②下垫面条件的变化对丰水年径流量影响不大,但对降水偏枯或平水年份的径流量影响明显;③黄河源区径流量减少是下垫面蒸散发能力增强、下渗量增大和降水量减少共同作用的结果。     

黄河源区水文水资源情势变化及其成因初析

目前,黄河源区水文水资源情势呈现降水总量变化不大、气温不断升高、实际来水不断减少的趋势,与之相关的水生态环境情势表现在土地荒漠化、湖泊和湿地萎缩、冰川消融、冻土层埋深加大、草场退化、鼠虫害肆虐、水土流失加剧、生物多样性和数量锐减等方面。在总结分析黄河源区近50年来水文水资源情势变化特点的基础上,从气候和生态环境变化等方面对该区的水文水资源情势变化成因进行了初步分析。研究结果表明：黄河源区水文水资源情势变化的主要原因是气候变化,如气候变暖、水面蒸发能力上升等,人类不合理干扰和生态环境恶化也起到了一定的作用。     

黄河源区降水特点及气象成因分析

黄河源区降水时空分布极不均匀,东南部雨水丰沛,是黄河流域的多雨中心之一。年内降水主要集中于夏季(6—8月),占年降水量的57.1%,汛期(5—9月)降水量占年降水量的85%,雨季、旱季分明。黄河源区主要有连阴雨和强降雨两种典型降雨类型,连阴雨平均每年出现1.8次,持续时间长、强度小;区域强降雨持续时间短,平均只有1 d,主要集中在7—8月,突发性强。形成典型降雨的200 hPa环流形势表现为南亚高压异常强大,黄河源区处于南亚高压中心区域或北部边缘的强高空辐散区内。500 hPa高度场分析发现,连阴雨期间6—8月主要受新疆低压槽、高原槽、印缅低压和高原切变线等系统影响,由副高影响形成的连阴雨主要出现在9月;形成强降雨的500 hPa天气系统与连阴雨相似,但副高对强降雨的影响更为明显,7—9月都可由副高形成强降雨天气。物理量场上,典型降雨期间,黄河源区处于湿度、气流垂直速度和假相当位温场大值区内,水汽、动力和热力条件非常有利,强降雨发生时,气流上升速度、比湿、假相当位温等都较连阴雨期间更强,更有利于降水。     

黄河源区降水径流时空特性及相关分析

分析了黄河源区降水径流的一般特点及统计特征。分析径流与降水的相关性 ,得出汛期降水与径流相关性好 ,年降水量与径流过程相关系数一般较大 ,说明地下水径流作用显著。黄河沿以上地区径流与降水相关性小 ,说明下垫面条件对径流调蓄作用显著。     

黄河源区断流成因及其对策初探

根据近些年黄河源区的降雨径流特点及生态环境的变化,分析黄河源区断流的原因主要是降水量偏少、气候偏暖及人类活动影响等.黄河源区断流引起生态环境恶化,而生态环境恶化又促进了断流的发生,两者之间形成恶性循环.最后根据黄河源区的自然条件和断流成因初步提出了预防断流的对策:加强黄河源区水文、气象及生态环境监测和科学实验研究;加强黄河源区水利工程的统一规划管理和水量统一调度管理;制定、完善各种法律法规,加强环境治理.     

仿生算法优化BP神经网络在降雨空间插值中的应用

人工神经网络能够充分挖掘已知样本中的规律,从而对未观测数据进行预测,可应用于降雨量空间插值计算中。在BP神经网络进行降雨空间插值的基础上,引入遗传、粒子群和蚁群3种仿生算法对BP神经网络初始权值和阈值进行优化,将优化后的BP神经网络应用于三峡区间流域年、月和日3个时间尺度的降雨空间插值中。结果表明:仿生算法对BP神经网络初始权值和阈值优化求解后,降低了BP神经网络陷入局部最小以及过拟合的风险,在插值过程中表现出较好的稳定性,取得了理想的插值结果。     

黄河源区极端温度与降水时空变化

适宜的气候是生态良性发展的必要条件，极端温度与降水是生态恶化的重要影响因素，尤其在高纬度、高海拔、高寒地区，极端气候对生态环境的影响更为严重。黄河源区是黄河流域生态保护的重要区域，利用1988—2017年中国地面气温逐日0.5°×0.5°格点数据集(V2.0)和区域地面气象要素驱动数据集，分析了黄河源区30 a内极端温度和降水时空变化。结果表明：极端温度指数和极端降水指数时空变化具有明显规律性，30 a内极端温度不断升高、极端降水指数不断增大；极端温度指数在黄河源区中部、西北部、西部较小，在东北部、东部、东南部较大；极端降水指数在黄河源区从东南向西北逐渐减小。     

黄河源区水源涵养有关问题探讨

黄河源区是黄河流域重要产水区和水源涵养区,在气候变化和人类活动双重胁迫下,黄河源区各类型生态系统发生了显著变化,影响了源区水源涵养功能。在总结前人研究的基础上,阐述了水源涵养的概念和内涵,系统梳理了黄河源区水源涵养主体的变化过程,论述了水源涵养功能对水源涵养主体变化的响应特征,分析了黄河源区未来水源涵养能力演变所面临的形势,并基于此提出了黄河源区水源涵养能力提升的对策与建议。可为黄河源区水源涵养相关研究的进一步开展及其水源涵养能力提升提供支撑。     

黄河源区汛期降水径流序列多尺度小波分析

基于黄河源区15个地面站点日降水数据、唐乃亥水文站逐日径流数据以及小波分析方法,分析了黄河源区1961—2020年汛期降水和径流的周期规律、变化趋势及相关关系。结果表明,1)黄河源区近60 a汛期降水、径流均存在多时间尺度的变化特征,且不同时间尺度汛期降水、径流丰枯变化趋势均不同;2)汛期降水、径流序列均具有63 a左右、35 a左右特征时间尺度的主周期,两个时间尺度下的平均周期分别为41、25 a左右,汛期降水、汛期径流具有一定的正相关性;3)在63 a特征时间尺度可预测2020年之后未来5～10 a内黄河源区汛期降水、径流整体均呈减小趋势。     

粒子群算法优化BP在降雨空间插值中的应用

为更好地表达降雨量的空间分布,将粒子群算法(PSO)优化后的反向传输(BP)神经网络分别运用于三峡区间流域日、月和年降雨量的空间插值中,并与单纯BP神经网络和克里金的插值效果作对比。研究结果表明:在日和年的时间尺度上,PSO-BP插值性能较BP有明显改善,且优于克里金的插值效果;在月时间尺度上,PSO-BP插值效果与BP接近且优于克里金。因此,PSO-BP能较好地揭示降雨量在空间的分布规律,也具备在不同时间尺度上对降雨量进行空间插值的能力,是一种较优的降雨空间插值方法。     

黄河源区冻土变化特征及其与温度的关系

利用黄河源区9个气象站1997—2018年的逐日气温、地表温度和冻土深度资料,使用线性趋势分析法,基于ArcGIS的反距离权重插值法、高程插值法和相关系数法,对黄河源区温度和季节性冻土最大冻结深度以及封冻期起止时间进行分析,研究最大冻结深度与温度的相关关系。结果表明：黄河源区季节性冻土的最大冻结深度分布具有较明显的纬度分带性和垂直分布性,纬度较高地区大于纬度较低地区,海拔较高地区大于海拔较低地区。同时纬度高海拔高的地区相较于纬度低海拔低的地区来说,冻土冻结起始日出现的更早,解冻日出现的更晚,封冻期更长;黄河源区季节性冻土的冻结起止时间均发生了变化,大致表现为冻结起始时间延后,冻结消融时间提前,封冻期缩短,不同地区变化幅度有所不同,源区平均缩短速率为8 d/（10 a）。近20年来,源区绝大部分地区气温、地温和负积温均呈现不同程度的上升趋势,冻土最大冻结深度呈波动减小的趋势,最大冻土深度和冬季平均气温地温、周期内平均气温地温、负积温均呈负相关关系,其对负积温的响应最为显著,相关系数R=-0.762 7。这说明负积温每上升100 ℃,最大冻土深度将减少7.07 cm     

黄河源区河道冰凌特征变化及影响因素分析

黄河流域是我国凌汛灾害常发的地区,其中黄河源区是黄河上游凌情研究的空白区。为掌握该区域的凌情规律,对黄河沿-唐乃亥河段黄河沿、吉迈、玛曲3个常封断面的气象资料(1960-1987,2007-2011)和水文资料(1960-1987,2007-2011)进行研究,分析3个站的封河、开河日期以及冬季最大冰厚的变化规律,得出黄河源区封河从黄河沿附近开始向下游延伸,封河日期和开河日期均有推迟趋势,但总封冻天数在减少,冬季最大冰厚则各站趋势不同。通过对冬季气温、流量等因素进行分析,得出冬季累计负气温和冬季平均流量对于凌情主要特征的影响十分显著,可以作为预报因子进行进一步的研究。     

基于交叉验证与信息扩散的旱灾损失风险评估模型

利用安徽淮北平原1990年-2007年的粮食产量资料,采用滑动平均法分离出趋势产量,结合因旱减产量得到历年的因旱减产率;为提高信息扩散在旱灾损失风险评估中的精度,运用基于交叉验证的窗宽优化进行改进,并通过计算机仿真验证了其在P-III分布中的适用性。在此基础上,构建旱灾损失风险评估模型,计算了因旱减产率的概率分布,并对该区域旱灾风险分布进行了分析。对比发现,基于交叉验证与信息扩散的旱灾损失风险评估模型构建合理,对解决旱灾风险评估中普遍存在的小样本问题具有一定参考价值。     

黄河源区水资源的分布式计算和分析

水资源短缺是黄河面临的最突出的问题。采用武汉大学李兰教授开发的LL-Ⅱ分布式流域水文模型与GIS和RS技术结合,根据数字高程DEM、遥感卫星植被覆盖、土地利用和土壤种类等资料,对黄河源区龙羊峡以上流域进行了水资源的分布式计算和分析。采用2003年水资源综合规划统计数据进行灌溉用水、工业用水和人畜生活用水的分布计算,以唐乃亥站16年日径流进行连续模拟和检验,结果较为满意。研究表明,该模型能对水资源管理和规划提供良好的指导依据。     

黄河源区径流时空特性及相关因素分析

利用有关软件,选定径流过程中的显著性因子如上年降水量、汛期月降水量及上月降水量、地温等,分析了黄河源区径流的一般特点、统计特征以及径流与降水、地温的相关性。结果表明：黄河源区汛期降水一径流的相关性较好,年降水量与径流过程的相关系数一般较大,说明地下水补给的作用显著;黄河沿以上地区径流一降水的相关性较差,但与地温的相关性较好,说明下垫面条件对径流调蓄的作用显著。     

TRMM卫星降水数据在黄河源区的适用性研究

具有较高时空分辨率的卫星降水数据为研究缺乏地面实测站点流域的水文循环过程提供了有力的支撑.以黄河源区为研究对象,在对比分析2002—2015年TRMM 3B42卫星降水数据与站点实测降水数据的基础上,利用VIC分布式水文模型验证了TRMM降水数据在我国资料稀缺的高寒流域径流模拟的适用性.结果表明,TRMM卫星测雨数据与...