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。     

黄河源区径流变化特征及影响因素研究

近年来,黄河源区水资源状况发生了较大变化,为探究黄河源区径流变化特征及影响因素,基于1961-2018年共58 a的径流和气象资料,采用Mann-Kendall检验和小波分析等方法对其进行了分析。结果表明：黄河源区径流量整体上呈现出不显著减少趋势,递减速率为-0.63×10⁸ m³/a,夏、秋季减少幅度大,冬、春季减少幅度较小;1990年前后径流量均呈现不显著增加趋势,且1990年后增加趋势明显加速,后者增幅是前者的3.09倍;1990年后,降水量和气温递增高值区高度重合,且降水量是影响径流量变化的最重要因素。说明暖湿化加速和空间迁移过程导致了黄河源区冰川的加速消融,这也是1990年后径流快速增加的主要原因。     

黄河河源区积雪变化及影响因素分析

利用遥感解译的积雪资料和测站观测资料,分析了几十年来黄河河源区积雪面积、各测站积雪深度和积雪日数的变化趋势以及气温、降水的变化趋势和幅度。结果表明：黄河河源区几十年来积雪的增加是主要积雪期的降水量增加对积雪年际变化的积极作用大于气温升高的负作用而引起的;在全球变暖的大背景下,未来河源区平均温度将不断上升,而降水量仅会小幅增加,气温升高对积雪的影响将逐渐赶上并超过降水增加的影响,从而使积雪的年际变化趋势发生转折,甚至导致部分地区终年无积雪出现。     

黄河源区年降水量时序变化特征研究

应用Kendall趋势检验法、R/S分析法和Markov过程分析法时黄河源区玛曲以上和玛曲-唐乃亥区间1956～2000年的降水量系列变化的趋势性、持续性和丰枯变化规律进行了研究.结果表明:①玛曲以上年降水量呈微弱增加趋势,玛曲-唐乃亥区间年降水量呈微弱减小趋势;②玛曲以上和玛由-唐乃亥区间的年降水量时序变化均存在极其微弱的正持续性;③玛曲以上年降水量枯水状态的自保守性最强,丰水状态的自保守性次之,平水状态的自保守性最弱,而玛曲-唐乃亥区间的年降水量平水状态的自保守性最强,枯水状态的自保守性次之,丰水状态的自保守性最弱;④无论降水处于何种初始状态,玛曲以上和玛曲-唐乃亥区间的年降水量都是向丰水状态转移的概率最小;⑤在黄河源区年降水量的长期演化过程中,平水状态的出现几率占有优势,丰水状态和枯水状态的出现几率相差不大,玛曲以上枯水状态的出现几率略大于丰水状态的出现几率,玛曲-唐乃亥区间则反之.     

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。     

近50a来黄河源区降水、气温及径流变化分析

基于1961—2010年气象、径流资料,采用M-K趋势检验法分析了黄河源区近50 a来降水量、气温和径流量的变化规律及三者间的内在关系,探讨了气温、降水量对黄河源区径流量季节性变化的影响。结果显示,近50 a来黄河源区降水量、气温变化具有明显的时空差异;黄河源区春季降水量显著增加,年降水量呈微弱减小趋势但不显著,东南部高值区降水量呈下降趋势而西北部低值区的降水量呈增加趋势;各季节均显著升温,东南部气温高值区的升温幅度要低于西北部气温低值区的;近50 a来黄河源区径流量呈显著下降趋势,其夏季径流量主要受夏季季风降水量的影响,而春季径流主要受春季降雨/降雪和上一年冬季降雪的影响。     

近52a黄河源区降水量和气温时空变化特征

利用黄河源区8个气象台站的降水量和气温资料,采用线性趋势法、滑动平均值法、累计距平法和回归分析法,系统研究了黄河源区1960—2012年降水和气温的时空变化规律,揭示了黄河源区不同区域降水量和气温变化的差异性。结果表明:1黄河源区降水量和气温呈增加趋势,增长率分别为1.92 mm/10 a和0.29℃/10 a,黄河源区降水量变化趋势与青藏高原一致,降水增加速率低于青藏高原的,升温幅度高于青藏高原的,为全国异常变暖区之一;2从5 a滑动平均曲线可以看出,黄河源区降水和气温变化趋势不同,降水量在20世纪70年代末至80年代中期显著偏高,1986年之后迅速减少,直到2004年又开始增加,气温在70年代末至80年代中期显著偏低,1986年之后迅速回升,进入显著高温期;3黄河源区降水量在春、夏季和冬季呈升高趋势,秋季呈减小趋势,气温在全年都呈升高趋势,降水量的增加主要发生在春季,而气温的升高主要发生在冬季;4黄河源区降水量空间变化差异显著,呈现出由东南向西北逐渐减小的变化规律,气温从西部向东部、北部和东南部地区升高,表现出以西部地区为中心,呈同心圆向四周升高的空间变化规律。     

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。     

黄河内蒙古河段凌情特征及变化研究

以水文站实测资料为依据,开展黄河内蒙古河段凌情特征研究,并分析近期凌情变化的特点及原因。结果表明:1近期流凌、封河时间推迟,开河提前,封河期缩短;2年最大槽蓄水增量显著增加,最大值出现时间推后;3封、开河最高水位有所上升,巴彦高勒、三湖河口站凌汛期最高水位上升明显;4冰坝发生次数减少。内蒙古河段近期凌汛特征发生了变化,其原因是内蒙古河段冬季气温总体偏高、气温极值事件较多且交替出现、河道平滩流量减小、涉河建筑物增加、水库防凌调度及防凌工程运用基本合理等。总体来看,内蒙古河段的防凌形势仍较为严峻,需要多措并举,以解决防凌安全问题。     

黄河源区积雪时空变化特征

黄河源区积雪量丰富,积雪变化对黄河水文及生态影响深远。利用国家青藏高原科学数据中心逐日中国雪深长时间序列数据集,对1988—2017年黄河源区平均积雪深度、积雪天数、积雪初日、积雪终日进行了时空变化分析。结果表明：黄河源区积雪变化与海拔相关,海拔越高积雪深度、积雪天数越大,积雪初日越早、积雪终日越晚;平均积雪深度以-0.187 cm/(10 a)的速率在0.01水平呈显著减小趋势,1997年最大(2.7 cm)、2003年最小(0.3 cm);积雪天数以-9.763 d/(10 a)的速率在0.01水平呈显著减小趋势,1992年达到最大值158.8 d、2003年达到最小值62.9 d;积雪初日以1.745 d/(10 a)的速率在0.1水平呈延后趋势,最早出现日期为1992年8月12日,最晚出现日期为2003年11月16日;积雪终日以5.006 d/(10 a)的速率在0.05水平呈明显提前趋势,最早出现日期为2009年3月18日,最晚出现日期为1992年5月2日。     

气候变化对长江、黄河源区水资源的影响

利用1961—2010年长江、黄河源区22个气象站的月降水量和月平均气温资料,分析长江、黄河源区的气候特征,用降水与蒸发的差值作为水资源量的代表,分析了气候变化对水资源的影响。结果表明,长江源区和黄河源区降水、气温和蒸发都有明显变化,尤其是近20年有明显增加趋势,但是两个源区的变化并不一致,黄河源区水资源量一直呈波动变化,而长江源区在最近10多年水资源量有明显增多现象。降水增多可直接增加水资源量,但是气温升高会促进蒸发,导致更多的水资源消耗,因此降水和气温的变化可相互抵消对水资源的影响,这是黄河源区水资源量变化不大的原因。但是近10多年长江源区气温显著增加,导致更多冰川融化,这可能是近年来长江源水资源量增多的原因。     

黄河源头地区泥沙来源的初步分析

黄河源头扎陵湖、鄂陵湖为吞吐湖泊,是黄河源头二大主要湖泊。扎陵湖、鄂陵湖等众多的湖泊的滞洪拦沙,使大量泥沙淤积在湖泊中,黄河源头控制站黄河沿站实测输沙量、含沙量、输沙模数也难以全面反映整个黄河源头产沙状况。在统计分析黄河沿站实测输沙量的基础上,初步分析了黄河源头泥沙来源和分布。黄河沿站泥沙主要来源于鄂陵湖出口—黄河沿站区间,同时估算了进入扎、鄂二湖沙量,年平均进入扎、鄂二湖泥沙量约为13万t左右,大部分淤积在扎陵湖内。黄河源头输沙模数呈自东向西递减的分布规律,认为在鄂陵湖以上多年平均输沙模数一般为5～10t(km·a),鄂陵湖出口以下多年平均输沙模数在20～40t(km2·a)之间。     

长江源区和黄河源区降水量变化分析

利用长江源区和黄河源区22个气象站1961—2010年的逐日降水量资料,基于正态分布和Gamma分布,从概率角度讨论了两个源区的年、季节和日降水量的变化特征。结果表明：黄河源区年平均降水量和标准差均大于长江源区,近年来长江源区降水量明显增多,两者之间差异减小。两个源区年内降水量分布很不均匀,长江源区降水量大多集中于夏季,年际间丰枯差异显著;黄河源区降水量集中于夏季,年际变率随时间变化减小,降水稳定性增加;两个源区的日降水量以小雨为主,极端日降水量可达暴雨程度,近年来,随着形状参数和尺度参数的增大,日降水量概率分布有偏度和陡峭度减小的趋势,导致日降水量有所增大,进而影响到极端日降水量,使其有增大趋势。     

黄河源区浮游植物群落特征研究

为初步掌握黄河源区藻类的概况,于2016年7月(夏季)和10月(秋季)对河源源区重点湖泊河段开展了浮游植物系统调查研究。调查记录浮游植物7门52种,以硅藻门(21种)和绿藻门(18种)为主,优势种多属硅藻门中的贫营养或中营养型种类。调查发现浮游植物密度整体较低,介于6.90×10~4～1.17×10~6 cells/L之间,夏季明显高于秋季,湖泊明显高于河流。通过对浮游植物的密度、Shannon-Wiener多样性指数及Pielou均匀度指数的分析认为,黄河源区水质介于极贫营养水平到贫中营养水平之间,水生态环境状况整体良好。研究成果可为黄河源区水生态保护提供理论依据和数据支撑。     

黄河中游气温变化趋势及其对蒸发能力的影响

气温是影响流域蒸发的一个重要因素。收集整理了黄河中游6个站点的气象资料,采用斯波曼秩次相关检验法、坎德尔秩次相关检验法等多种方法相结合的途径,对黄河中游代表性站点的气温变化趋势进行了显著性分析检验。根据蒸发能力与气温的关系,建立了简捷且实用的指数型蒸发能力估算公式,进一步分析了气温变化对流域蒸发能力的影响。结果表明:近几十年来,黄河流域气温具有明显的升高趋势。气温与蒸发能力之间具有良好的正相关关系,在气温升高1℃的情况下,流域蒸发能力约增加5.0%~7.0%。     

黄河未来气候情景下冰情特征演变分析

了解未来气候变化如何影响河流冰情特征对于研究冰凌洪水灾害、水电生产以及大坝管理运行等问题至关重要。基于黄河流域气象观测数据以及第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中8种全球气候模式(GCMs)的日均气温数据,评估了各GCMs在分位数增量映射(QDM)偏差校正前后对于黄河流域凌汛期日平均气温的模拟能力,预估了黄河流域未来凌汛期气温变化趋势。建立了最大冰厚以及封冻历时预测模型,并预估了黄河防凌重点区域黄河宁蒙段未来最大冰厚以及封冻历时的变化趋势。研究表明,在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三种气候情景下预计2015—2100年期间黄河流域凌汛期平均气温升温速率分别为0.014、0.031和0.067 ℃/a,黄河巴彦高勒断面21世纪内最大冰厚值将会分别下降8.5、19.5和39.5 cm。SSP2-4.5情景下,随着未来气温升高,2070年之后河道断面仅存一定宽度岸冰、河道中央存在较大清沟的现象将会频繁出现。未来黄河宁蒙段巴彦高勒、三湖河口以及头道拐断面的封冻历时将会呈现出不同程度的缩短趋势,其中巴彦高勒断面缩短趋势最为明显,三种气候情景下封冻历时分别以0.13、0.28和0.66 d/a的速率缩短,三湖河口及头道拐断面封冻历时缩短速率较为接近,分别为0.07、0.15、0.36以及0.08、0.17、0.39 d/a。     

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。     

黄河河源区水资源变化分析

黄河唐乃亥以上黄河河源区是黄河上游主要产水区．近几年来，由于自然因素和人为因素的影响，黄河河源区水资源发生了较大的变化，河川径流减少，源头区出现前所未有的断流现象，使该地区草原退化、植被破坏，生态环境问题日益突出，文中分析了黄河河源区水资源特性的变化和引起变化的各种影响因素，并分析了水资源变化对上游生态环境所产生的影响．     

黄河宁蒙河段冰情预报决策支持系统的设计与开发

以黄河宁蒙河段为例，在对河段历史冰情变化规律及其影响因素分析的基础上，建立冰情预报数据库，进行数据挖掘，并以地理信息系统（GIS）为平台，以水文学流量演算、热力学、冰水力学等原理为基础，结合相关经验预报模型，建立用实测资料进行参数率定的冰情预报概念性数学模型和人工神经网络模型，初步探讨了集信息查询、模型参数率定、气温预报、冰情预报等功能为一体的冰情预报决策支持系统的设计与开发。     

黄河内蒙古河段典型凌情过程模拟

近十几年受人类活动和气候变化等影响,黄河内蒙古河段冰情出现新的特征,突发凌情频繁出现,原有的内蒙古河段冰模拟方法已不能满足当前凌情防治的需要,亟待建立能反映凌情物理特性变化规律的河段冰情动态发展数学模型。在实测资料基础上,研究了黄河内蒙古河段冰情时空变化规律,以及河道资料不完整、支流流量资料缺乏及冰桥位置的确定等问题。应用一维冰情数学模型模拟2012—2013年凌汛期黄河内蒙古河段冰情发展过程,并对水温、冰盖厚度、冰盖前沿发展和流量的模拟值和实测值进行了对比分析,模拟值和实测值吻合较好。本研究为黄河防凌提供科学依据和方法支撑,也为天然江河、人工渠道冰情全过程模拟提供了研究思路和技术手段。