Streamflow variability in the Southern Appalachians and atmospheric teleconnections

We have examined streamflow variability in the Southern Appalachian region of the United States for the period 1950–2009. In particular, we have analysed the monthly discharge time series at two stations along the following rivers in North Carolina: (1) Little Tennessee River (LTR) near Prentiss and (2) French Broad River in Asheville. These two gauging stations are part of the Hydro‐Climatic Data Network (HCDN) system. The HCDN system was developed by the United States Geological Survey (USGS) to provide a long‐term database for tracking changes in flow and water quality of streams and rivers, with minimal human interventions. Using continuous wavelet transform (CWT), we have identified the dominant oscillatory modes in the monthly discharge data at these two rivers, and delineated the time intervals over which these modes may persist. It is found that in addition to the annual hydrologic cycle, the monthly discharge fluctuates at interannual timescales. These interannual variations may be linked to the Pacific North American (PNA) teleconnection pattern. Knowledge of the interannual periodicities may be useful for understanding long‐term streamflow variability in the Southern Appalachian region. Understanding patterns of streamflow variability may be important for water resources management operations in the surrounding area. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于奇异谱分析的闽江流域径流长期预报研究

以闽江流域1950-2007年月径流时间序列为例,采用毛毛虫-奇异谱分析方法进行长期径流预报研究。经过嵌套、奇异值分解、聚合、对角线平均等步骤,识别序列的趋势、周期等特征,得到趋势成分,以及3个月、4个月、6个月、12个月、2.6年和6.7年的周期成分。进一步基于获得的趋势、周期成分,采用线性递归公式检验验证期(2006-2007年)预测效果,并对未来24个月份(2008-2009年)的径流进行预测。结果表明:毛毛虫-奇异谱分析对水文时间序列具有较好的长期预测能力。     

一种新的水文情势改变度综合估算法

基于 33 个水文改变指标,分别采用变化范围法、直方图匹配法、直方图比较法和修正变化范围法 4 种方法, 计算汉江中下游黄家港水文站的水文变异性,并对比分析各方法的优缺点。变化范围法忽略了水文指标在极值 和目标范围的具体变化;直方图匹配法和比较法考虑了水文指标在各范围的分布;修正变化范围法涵盖了形态变 化的概念。通过主客观组合赋权,融合直方图比较法和修正变化范围法的结果,提出一种新的综合估算法,既保 留水文情势的分布、频率和时空变化信息,又避免数据冗余。综合估算法结果表明：各月月均流量和极端流量大 小的改变度均为中度改变,分别为 41.28% 和 64.83%;流量增减变化率的改变度为高度改变（80.53%）;汉江中下游 水文情势的整体改变度为中度改变（55.70%）。该法可降低计算结果的不确定性,避免水文变异性结果出现异常, 从而更加合理可靠。     

城市流域径流峰值对降雨时空异质性的响应

基于高时空分辨率的降雨产品,采用RainyDay暴雨生成器生成具有不同时空分布情景和降雨历时的设计降雨,通过分布式水文模型GSSHA模拟分析径流峰值对降雨时空异质性的响应规律,结合协方差分析方法和所构建的降雨时空异质性指标体系,定量研究不同降雨时空异质性指标对径流峰值的影响。结果表明:耦合短时序(2008—2016年)栅格降雨数据和RainyDay暴雨发生器,可以生成与实际降雨时空分布相似的流域设计降雨;降雨时空异质性对径流峰值具有显著的影响,其影响比降雨历时和降水量对径流峰值的影响大;雨峰系数、降雨集中度、1 h最大降水量对径流峰值的影响较大,其中雨峰系数的影响随着降雨历时或降雨重现期增大而减小,而降雨集中度则相反。     

长江中游水文情势变化及对鱼类的影响分析

为分析三峡水库蓄水后长江中游河道水文情势变化情况及其对鱼类产卵繁殖的影响,采用水文变化指标体系和变动范围法,对宜昌站水文情势变化进行了定量分析,得出了变化程度较为剧烈的水文参数。通过对照典型鱼类的历史产卵量与历史流量过程,归纳了典型鱼类四大家鱼的生态水文需求,得出了影响鱼类产卵繁殖的主要水文参数。提出了水文情势变化影响鱼类产卵繁殖过程的概念性模型。在分析的基础上,揭示了长江中游水文情势变化对鱼类产卵繁殖的影响。     

基于Budyko弹性系数法的佳芦河流域径流变化归因识别

气候变化和人类活动对径流的影响是一个综合过程,因此径流动态变化及其归因识别和定量表征对区域水资源开发管理至关重要.以佳芦河流域为研究区,选用Mann-Kendall趋势检验法、有序聚类法等分析了研究区水文要素的主要变化特征;采用基于Budyko水热耦合平衡理论的弹性系数法,定量分析了径流深变化对各驱动因素的响应程度.结...     

Innovative Trend Methodology Applications to Precipitation Records in Turkey

There are trend identification methodologies in the literature but they have three crucial points that should be cared with great attention in practical applications. These points are that the available time series should have independent serial correlation structure, Gaussian (normal) distribution and monotonic trend fitting to whole time series through the least square technique. The existing methods consider the whole duration of the time series and try to identify a monotonic trend in increasing or decreasing forms. This paper presents partial trend methodology as an innovative and simple trend identification method, which yields low, medium and high cluster trends separately. It provides the opportunity to segregate between the low, high and medium flow trends and their relative intensities, durations as well as magnitudes. The application of the partial trend methodology is presented for 7 precipitation stations from 7 different sub-climatic regions of Turkey leading to spatial and temporal trend interpretations.     

水库资料在深圳市水资源评价中的应用研究

以深圳市为研究对象 ,分析无水文观测资料地区水资源分析计算现行方法存在的问题 ;提出用水库运行记录数据还原计算获取径流系列资料的思路 ;针对水库记录资料漏记、错记现象提出水库原始记录资料分析处理方法 ,并在分析漏记、错记资料数字特征的基础上 ,实现了计算机辅助分析 ;采用筛选的资料进行资料的插补展延 ,利用空间相关实现资料移用 ,采用多方法进行成果的可靠性分析 ;实际应用表明 ,利用水库资料进行无水文观测资料地区的水资源评价计算是可行的     

Statistical Assessment of the Impact of Conservation Measures on Streamflow Responses in a Watershed of the Loess Plateau, China

The objective of this study was to examine the trends of changes in streamflow in a watershed of the Loess Plateau, where a series of soil conservation measures were implemented since the late 1950s. Both parametric and non-parametric Mann–Kendall test were used to identify the trends in hydrologic variables over the last 50 years, and it showed significant downward trends in annual runoff, surface runoff and baseflow. The Pettitt’s test was used to detect the change points of runoff, which occurred in 1973, and the whole 50-year records could be divided into contrast (from 1957 to 1973) and treated (from 1974 to 2006) periods. It was observed that the average annual runoff during treated period reduced by 60%, surface runoff and baseflow reduced by 65% and 55%, respectively in comparing with the contrast period. But the proportion of baseflow to total runoff showed a significant increasing from 0.57 to 0.63. Seasonal runoff also showed decreased trend with the highest reduction occurring in summer and lowest in winter. Annual precipitation in whole period showed no significant trend, so the changes in hydrologic variables were induced by conservation measures. Comparison of the flow duration curves for the two periods showed that reductions in high and low flows varied greatly. Results showed that conservation measures have resulted obvious changes in the hydrologic variables in a watershed of Loess Plateau.     

径流序列变异诊断的近似熵与样本熵法对比研究——以新疆叶尔羌河为例

识别并诊断径流序列的变异点,是进行径流序列重构与一致性再建立的关键环节,对于认识水文机理、应对径流变化具有重要价值。选取1957-2016年叶尔羌河出山口卡群水文站实测日径流量数据,采用传统MannKendall突变检验法识别突变点,采用样本熵和近似熵法诊断序列的变异点并进行方法对比。结果表明:采用传统的突变检验方法 Mann-Kendall法进行突变点识别时,出现了多个虚假变异点,无法准确断定突变年份;采用近似熵法对径流量序列进行变异点诊断,发现1959、1987和2004年3个变异点,采用样本熵法对径流量序列进行变异点诊断,发现1987和2004年两个变异点。通过两种方法的对比分析发现,在同一维度下,样本熵较近似熵能更好地反映径流量序列的波动情况,并且样本熵具有更好的灵敏度。卡群站以上为高山分布区,人为干扰较小,自然因素成为影响研究区径流变化的主要因素。     

变化环境下渭河流域生态水文情势演变归因研究

采用生态最相关水文指标(ERHIs)评估渭河流域生态水文情势改变程度,通过主成分分析法筛选出7个指标作为渭河流域的ERHIs,并基于可变下渗容量模型的“观测-模拟”对比分析法对渭河流域生态水文情势演变进行定量归因。结果表明:咸阳水文站和华县水文站径流序列呈显著下降趋势,1990年是径流序列的突变点；咸阳站和华县站实测ERHIs综合改变度为41%和34%,模型模拟的两站ERHIs综合改变度均为18%；气候变化和人类活动导致渭河流域水文情势发生改变,两者对咸阳站ERHIs综合改变度的贡献率分别为44%和56%,对华县站的贡献率分别为53%和47%。     

年径流系列的插补、延长方法

在从事涉水工程设计、规划初期,要进行大量的水文分析计算工作,其中对年径流分析计算时,对无资料或资料缺测的设计流域要进行年径流系列的插补和延长,使得资料系列具有一定代表性和一致性,为此,文中提供了一些年径流资料插补、延长的方法,并通过实例具体说明了不同方法的使用条件,同时指出了在插补、延长过程中需注意的问题。     

试谈小型水利工程年径流计算

小型水利工程量多面广 ,一般没有实测水文资料。为了比较准确计算小型水利工程的年径流量 ,应重视基本资料的收集 ,充分利用工程周边的水文站实测雨量、流量资料 ,并对已有短系列资料进行插补延长到 30年以上 ,使其符合流域水情规律。在年径流计算中 ,建议采用面积比法和流域雨量法     

一种计算多属性生态流量的改进FDC法

为解决生态流量标准的空间移植性、逐月和年际变异性和分级性4个属性问题,提出了一种基于FDC的改进方法。该方法基于月均流量系列的特定保证率将所有年份逐月进行丰、平、枯水年分组,基于总历时法和逐年组、逐月份的日均流量系列构建FDC,取50%,90%历时点流量作为生态流量的最优上限值和最小值,最小到最优上限之间的各级生态流量根据改进的Tennant等差数量分级思想确定。以汉江为例,将计算结果与Tennant法、改进Tennant法、7Q10法、90%保证率最枯月流量法、近10 a最枯月平均流量法、逐月最小生态径流法、最小月平均法、Q₉₀法、改进Q₉₀法、Q_97,10法和生态监测成果进行了对比分析。结果表明,改进FDC法的生态流量标准优于传统水文学法且十分合理,其空间移植性、时间变异性和栖息地条件的分级性都得到了充分体现,同时也避免了极端流量事件和年内分配不均的影响。     

沱江上游径流周期性与季节影响分析

依据沱江上游三皇庙水文站近50 a的流量资料,采用小波分析方法对多年月径流量与各年汛期流量进行多时间尺度的周期性分析和突变点检验。通过小波方差图得到各序列变化的主周期;尝试应用X-11季节调整方法对月流量序列进行季节因子提取,分析得到月径流量的多年变化走势和季节影响特点。结果表明：月流量存在3个突出的主周期,分别为1~2,11,21 a,此外还有3 a和5 a两个不明显周期;汛期流量则表现明显为3,5,13 a的3个主周期;每年的汛期月流量季节因子影响明显高于整体水平,受季节因素影响显著,其中7月份季节影响因子呈逐年增大,年际变化平稳,8,9月季节影响因子年际变化剧烈。     

清源河流域径流长期演变规律及趋势分析

为了对渭源县区域水资源进行合理配置,需对清源河径流演变规律及趋势进行分析研究。本文在收集清源河径流资料的基础上,从径流的年内分配、年际变化趋势、丰枯变化等角度进行了分析计算,采用集中度、集中期分析法、5年滑动平均法进行了变化趋势分析,采用时序累计值及Mann-Whitney法对径流的突变年份进行识别;采用差积曲线法对径流的丰枯变化进行了分析,采用坎德尔(Mann-Kendall)秩次相关法、线性回归法、斯波曼秩次相关法对径流变化趋势显著性做了检验。结果表明：径流量年内分配不均,主要集中在6—9月,径流年际变化幅度较大;径流突变年份出现在1994年;多年变化基本包含了丰枯变化,径流量年际整体呈减小趋势,减小趋势显著。分析结果可为清源河流域水资源合理开发与利用提供数据支撑。     

厄瓜多尔地表水资源评价研究

为进一步查清厄瓜多尔境内地表水资源的时空分布特性,为其水资源综合利用提供基础数据,选择该国流量系列相对完整、质量较好、空间分布具有代表性且控制条件较好的水文站作为计算地表水资源量的主要依据站,绘制了地表径流量等值线图、计算了区域地表水资源量、分析了地表水资源量时空分布。研究结果表明:厄瓜多尔全国多年平均地表水资源量为3 617.47亿m~3,折合年径流深1 457 mm。全国9个DH中,多年平均径流量最大的为DH Napo,年径流量为1 321.54亿m~3,占全国的36.5%,径流量最小的为DH Manabi,年径流量为62.70亿m~3,仅占全国的1.7%。     

渭河源区水文气象要素演变趋势及阶段性分析

研究渭河源区水文气象要素变化特征,并进一步分析各个要素之间的相互关系,为渭河源区水资源的合理开发利用提供科学依据与技术支撑。采用坎德尔秩次相关、斯波曼秩次相关、线性趋势回归检验法对渭河源区水文气象要素变化趋势进行检验,利用M-K检验法找出各要素的突变年份,运用多元线性回归分析法分析不同阶段降雨、蒸发量对径流量的影响程度。结果表明:近30年来渭河源区年降水量与四季降水量均呈不显著减少趋势,年蒸发量与春、夏季蒸发量呈显著增加趋势,年径流量与夏季径流量呈显著减少趋势,冬季径流量呈不显著增加趋势。年降水量和年径流量均在1993年发生显著性突变,年蒸发量在1990年发生显著性突变。分析得出:1981-1993年年径流量变化主要受降水量变化影响,1994-2010年径流量变化主要受蒸发量变化影响。     

Combined Effects of Solar Activity and El Niño on Hydrologic Patterns in the Yoshino River Basin,Japan

Relatively little is known about the combined effects of solar activity and El Niño Southern Oscillation (ENSO) on both surface and subsurface hydrologic patterns, especially in Japan. Analyses of hydrologic responses to solar activity and ENSO could provide scientific guidance on regional water resource management. In this work, annual and decadal variations of hydrological processes (precipitation, river discharge, groundwater level) in Yoshino River basin and their possible interactions with solar activity and ENSO were analyzed using wavelet techniques. Results show the following: (1) The hydrological processes mainly fluctuate in the periodicities of 0.5, 1, 2–7 and 11 years. Strong cross power and high coherence between hydrological variability and sunspot number/Sea Surface Temperature (SST) were obtained in the periodicities of 2–7 and 11 years, indicating potential influence of solar and El Niño activities on hydrological patterns. (2) The solar–modulated ENSO plays a critical linkage between solar activity and hydrological processes. The ENSO transferred the solar energy to the local precipitation in the 22-year band; the influence was transferred by ENSO to streamflow in the periodicities of 7 and 11 years; and the linkage did not function in the SUN–ENSO–aquifer interaction system. (3) The precipitation, river discharge and aquifer water level show different responses to solar activity and ENSO. Solar activity and ENSO propagate both direct and indirect impacts on hydrological processes in different spatial and temporal domains.     

宁波市白溪水库水文特征演变规律分析

基于宁波市白溪水库长系列水文气象资料,采用不均匀系数、完全调节系数衡量入库流量的年内分配情况,通过极值比、变差系数、滑动平均法、累积距平法探究白溪水库降雨量、入库流量/年径流量的年际变化趋势,运用Mann-Kendall检验、滑动T检验和有序聚类检验探究径流量的可能突变年份,根据Morlet小波函数分析径流量的周期性。研究结果表明:受梅汛、台汛影响,白溪水库月入库流量呈双峰型曲线;降雨量的极值比、变差系数比入库流量的小,各阶段降雨量和入库流量的变化趋势并不完全一致;白溪水库年径流量呈略微增长趋势,其变化率为0.0 035亿m~3/a;多年平均径流量为2.54亿m~3,近10 a平均径流量为2.68亿m~3;白溪水库年径流量的突变年份为1971年,且存在着21,10,4 a的变化周期。