塔里木河流域水资源变化趋势及用水效率分析

水资源的利用影响着流域社会经济的可持续发展、社会稳定与和谐,因此,本文采用水文频率分析法、DEA模型等,并基于1960-2016年实测水文资料,科学分析塔里木河流域水资源的变化规律和用水效率,结果表明:(1)近56年来,塔里木河上游三源流径流总体呈增加趋势,特别是1990年后,源流的径流呈显著增加趋势;而干流的上游径流量呈不显著减少趋势,中、下游的径流量呈显著减少趋势;(2)塔里木河上游三源流径流的增加是由于山区气温升高和降水增加的效应,而干流由于人类大规模的垦荒、引水导致来水呈减少的趋势;(3)塔里木河流域整体用水效率不高,2015、2016年水资源用综合效率的平均值分别为0.769、0.701,2005-2016年间流域平均全要素生产率(TFP)仅为0.980。     

基于SARIMA模型的月径流量预测

径流量预测是水文学研究的重要方向之一,开展径流预测,对于区域水资源的综合开发利用、合理配置、高效管理具有重要的指导作用。径流序列可以视为典型的时间序列,SARIMA模型是一种常用的时间序列模型,能够间接考虑其他相关随机变量的变化,建模高效、便捷。该文在某水文站30年历史月径流量分析的基础上,建立SARIMA模型对该水文站未来18个月的径流量进行预测,预测结果的确定性系数为0.8594,预测精度较高,对于该区域的水文工作的开展具有重要的现实意义。     

塔里木河干流年径流量变化的人类活动和气候变化因子甄别

如何区分人类活动和气候变化对径流的影响,一直以来受到研究者的广泛关注．文中以塔里木河流域近50年来实测径流资料以及塔里木河干流区气象资料为研究对象,采用非参数的Spearman秩次检验和Mann-Kendall检验对干流径流和气象因子时间序列变化趋势进行分析,并在此基础上对二者的突变点进行检验．结果表明,在人类活动影响下干流阿拉尔、新渠满、英巴扎和卡拉水文站年径流量发生突变的年份分别为1970,1972,1974和1974年;而气候变化发生突变的年份则为1993年．人类活动对塔里木河干流（以卡拉水文站计）年径流量减少的影响在20世纪70—90年代和2000—2005年分别为41.96％,74.73％,76.45％和67.18％;气候变化对干流年径流量减少的影响在20世纪90年代和2000—2005年分别为1.67％和2.95％．人类活动是影响干流径流变化的最主要因子．     

改进的人工神经网络模型在水文序列预测中的应用研究

目前人工神经网络(ANN)技术在水文序列模拟预测中有较多应用.由于径流时间序列往往呈现出复杂的变化过程,直接使用径流序列建立的ANN单变量预测模型大多精度较差而难以满足需要.本文拟从两个方面进行改进,以提高ANN径流量预测模型的精度.首先,根据径流序列的变化规律,滤去序列中的季节性变化趋势,并采用局部多项式拟合求残差方法消除局部波动成分后得到新序列作为ANN模型训练样本,结果表明由此训练得到的ANN模型比未作处理的样本训练得到的ANN模型预测精度明显改善.另一方面,通过消除趋势波动分析(DFA)方法检测径流序列的分形特征并估算其标度区间,选取不同数量的训练样本进行训练得到多个ANN模型,确定模型预测精度最高时的训练样本数,并与标度区间比较,结果表明在标度区间内选取训练样本数可明显提高ANN模型预测精度.这对ANN模型训练样本数的选取有指导意义.     

老哈河流域近40年径流变化趋势分析

利用老哈河流域红山水库坝址处1961-2000年逐月径流资料,采用M-K等多种趋势分析方法,检验了流域径流的变化特征及演变趋势.结果表明:近40 a期间(1961-2000年)老哈河流域年径流量减少趋势不显著,而1961-1990年近30 a期间则有显著的减少趋势,1961-1975年的径流量较1976-1990年的径流量明显要高;径流月变化趋势:各年代与60年代相比,尤其是80年代径流有减少趋势的月份占大多数,其中7月和8月减少量最为明显;月径流年变化趋势:40 a期间,多数月份表现为负趋势变化,其中4月份表现出很强的负趋势变化;40 a期间,春、夏、秋3季径流均有减少,夏季减幅最大,80年代减幅最明显,冬季径流表现为弱正趋势变化,夏季与秋季表现为弱负趋势变化,春季表现为显著的负趋势变化;无论洪水季节,还是枯水季节,70、80和90年代径流都比60年代同期径流有所减少.其中,80年代减少最为明显,洪水季节较枯水季节径流减少更为显著.洪、枯季节径流都表现为不显著的负趋势变化.另外,近40 a来,年径流量跃变不显著;而春季,尤其是4月份径流量有显著跃变,跃变年份为1980年,1980年以后春季径流量较之前明显降低.     

半世纪来济宁市水文情势变化研究

运用Mann-Kendall、Spearman秩次相关检验法、小波分析、持续性分析及多种统计学方法对半世纪来济宁市降雨序列、年平均气温序列及泗河年径流序列的变化趋势、周期及相关性进行了分析。结果表明,济宁市在气温升高的趋势下,年降雨量没有变化趋势而泗河年实测径流量序列呈显著减小趋势;年平均气温和年降雨分别存在18年和9年左右的变化主周期;年平均气温、年平均径流序列的持续性较好而年降雨量序列的持续性较差,且济宁市的气温变化特点与华北地区的气温变化特点相同;年降雨与径流有着较好的同步性,人类的水事活动及土地利用形式的变化对径流造成影响;年降雨量受年平均气温的影响,其变化滞后于气温变化约15年左右。     

乌江水系典型小流域年径流序列变化规律及周期特征分析

小流域河川径流序列的变化规律及周期特征分析,对小流域水利工程建设、水资源开发利用等具有重要的现实意义。基于乌江吊水岩冲沟1961—2014年天然径流序列,通过基尼系数、累积距平法、Mann-Kendall法、Morlet小波分析法等方法分析研究了年径流序列的年内分配、趋势特征、突变特征及周期特征。结果表明:吊水岩冲沟年径流年内分配大部分相对合理,部分径流年内分配差距较大;吊水岩冲沟年径流量呈不显著减少变化;年径流量丰枯转变频繁,突变多发生于1992—1998年;年径流量存在明显周期特性,第一主周期为23 a,次周期为17、6 a。研究成果可为小流域水资源开发利用提供依据。     

土地利用变化对阜平流域的径流影响研究

选取不同年份Landsat遥感卫星图像,分析了阜平流域土地利用变化;以SWAT模型为工具,利用1968-2010年的水文气象资料,针对土地利用情况研究土地利用变化对流域径流的影响。结果表明,近几十年来,多年降水量变化不显著,而径流量呈显著下降趋势;流域林地增加(草地转林地)是径流减少的主要原因,从1993年的926 km2增加到2004年的1 119 km2,径流量减少6.46%;不同情景下模拟的多年平均流量总体呈现减少的趋势;林地的增加和草地的减少能够导致径流的减少;林地和草地的变化通过影响蒸散发量影响水文循环;径流量的变化趋势与蒸散发量相反。     

梅江流域1958—2000年径流量变化特征分析

基于梅江流域尖山、水口、横山水文站19582000年实测径流量数据,运用统计分析法分析梅江流域径流量的年内变化特征,采用Mann-Kendall（M-K）法、R/S分析法和Morlet小波分析法分析其年际变化特征．研究表明:（1）19582000年,梅江流域径流主要集中于59月,最大月径流量在6月,最小月径流量在1月,且越往下游9月份的径流峰值越明显;（2）梅江径流量整体呈现增长趋势,从上游到下游径流增长趋势越来越明显,除了秋季外,春夏冬三季增长率从上游往下游不断下降;（3）流域径流在19721978年之间发生突变;（4）梅江流域年径流有4、9、18 a准周期,且主要表现为大尺度上的周期性,根据径流的主周期18 a推测,梅江流域整个时间序列上的年径流呈现多-少-多-少-多-少的循环交替特征,推测20002018年将一直处于少径流期,R/S分析法检测结果也表明在未来一段时间内径流可能会减少．     

西安市近期降水与径流统计特征变化分析

根据降水对径流的影响,依据1956-2000年降水量与径流量的资料数据,对西安市近45年来降雨径流变化趋势进行了分析,分阶段探讨降水和径流的变化趋势及其原因,结果表明,人类活动在某种程度上改变了径流序列的时程变化特性,尤其是80年代后人类活动的加剧和气候的暖干化,对径流量变化的影响更大.     

1950—2019年闽江下游径流量变化特征分析

为探究闽江下游径流演变趋势,应用MK法和Morlet小波分析相结合的方法,对闽江下游竹岐站1950—2019年长序列径流量数据进行分析。结果表明：闽江下游多年径流量呈微弱上升趋势,季节变化大,春夏径流量呈下降趋势,秋季呈上升趋势;前三季变化趋势均不显著,冬季径流量则呈显著上升。多年径流量突变发生于2015和2017年,春季突变年份出现在1955年,秋季为1996和2001年,冬季则是2001和2006年;多年径流量存在32a、12a,8a的主要周期,汛期径流量第一主周期为32a,第二主周期为12a,第三主周期为5a,非汛期第一主周期为25a,第二主周期为5a,第三主周期为52a。研究成果加深了闽江下游径流演变规律的理解,可为闽江下游水资源利用提供理论参考。     

淮河上中游年径流变化特性分析

基于淮河干流上游、中游4个水文站1951-2010年径流资料,采用累积距平、mann-kendall非参数检验法对淮河径流年际变化的趋势性及突变型进行研究;采用小波分析法对淮河径流变化特征进行研究,讨论淮河流域不同时间尺度下的丰、枯交替变化周期规律.研究结果表明:淮河流域径流量年纪丰枯变化剧烈,年径流序列在1956年均出现突变,1956-1961年、1975-1979年、1991-1995年处于下降趋势,2001-2008年处于上升趋势;在第1主周期27年尺度上,年径流量共经历了3个丰、枯水期变换,平均变换周期为17年左右.     

基于时间序列的娘子关泉降水及径流变化分析

为了研究及预测娘子关泉域降水及径流的变化趋势,采用时间序列分析方法,通过SPSS软件建立ARIMA模型对降水和径流序列进行分析,并预测后续11年的变化趋势,得出预测值的95%置信区间.结果表明,ARIMA(6,1,0)模型是年降水序列的有效拟合模型,ARIMA(10,2,0)模型是年径流序列的有效拟合模型.相比娘子关泉域的年降水序列,年径流序列的下降趋势更为显著,且从2017年开始,年径流序列预测值的95%置信区间开始包含负值,说明可能受人为因素的影响,需要引起人们的重视.     

基于SWAT模型干旱区内陆河流域径流成分的模拟分析——以玛纳斯河上游为例

干旱区内陆河流域径流主要来源于山区降水,但降雨产流和融雪产流对山前绿洲水资源的时空供给周期与强度有很大不同,因此区分径流成分对流域的水文预报和水资源配置具有重要意义。本文以西北干旱区典型内陆河流域——玛纳斯河流域上游为例,基于历史逐月径流资料(1980-2000年),应用SWAT分布式水文模型对玛纳斯河上游径流成分进行模拟分析。分析结果表明:SWAT分布式水文模型可以有效的模拟玛纳斯河的径流变化特征,在率定期和验证期,Nash-Sutcliffe效率系数以及决定系数r~2分别高于0.81和0.89,达到评价标准。基于水量平衡原理的计算结果表明:多年流域的实际蒸散发量、地表径流量、土壤对地下水补给量、地下侧流量分别占降水量的53.54%、25.51%、17.60%和3.35%,进一步分析表明雪冰融水占降水量的64.50%,说明该流域的径流量主要来自雪冰融水,但各月降水量变化趋势与地表径流量的变化趋势具有一致性,说明大部分降水转化为径流的时间较短。该研究对流域水文预报和水资源调控具有参考意义。     

汤旺河流域径流变化研究

气候是水文循环过程中的重要因素,气候的变化将对流域的水资源配置产生直接的影响.为研究气候变暖背景下松花江流域的径流变化情况,本文选择松花江下游的支流汤旺河作为研究对象,采用回归分析、Mann-Kendall检验以及小波分析方法对汤旺河流域晨明水文站1956~2013年的实测径流资料进行分析.分析结果表明:汤旺河流域径流量年内分布呈单峰型,径流量最大的月份为8月,夏季径流量占全年总径流量的57%.径流量年际变化表现为下降趋势,但下降趋势并不显著,平均下降速度为2.33亿m3/10a.流域年径流量存在18年、9年和5年这3种时间尺度下的循环周期.从18年主周期对流域径流进行分析,可推断在来一段时间将出现一个丰水期.     

基于小波的三江源年径流变化的周期性分析及趋势预测

为了研究三江源径流演变规律,用小波分析方法对三江源唐乃亥、直门达、香达站52年(1956-2007)径流时间序列变化进行了多尺度周期性分析.每个站都有各自的径流丰枯变化周期,三个站作为组成三江源的整体又有共同的周期变化特性.从小波变换时频分布图中得出以下结论:唐乃亥站表现为23年、18年、8年、4年尺度周期变化,直门达站为23年、17年、9年、7年尺度周期变化,香达站为23年、16年、8年尺度周期变化.经小波方差图对主要周期的检验,证明前述结论是正确的.可以看出,三个站表现出了23年的共同周期,同时具有唐乃亥站18年、直门达站17年、香达站16年的近似周期,并且唐乃亥站和香达站有8年的共同周期(直门达站为9年).1956-2007年间,直门达9年尺度下径流变化趋势与香达8年尺度下径流变化趋势非常相似.研究还表明,三个站径流表现出了一致的变化趋势,即2007年以后一段时间内径流还将处于偏丰期,一般持续到2009年,2010-2014年径流将处于偏枯阶段.     

水蚀风蚀交错区河流径流量变化及影响因素分析

以水蚀风蚀交错区内西柳沟流域为研究对象,根据流域把口站1960-2010年长时间序列径流资料,运用线性倾向估计、小波分析、最大熵谱分析、Mann-Kendall突变检验及累积距平等数理统计分析方法,揭示西柳沟流域年径流量变化的趋势性、周期性及其突变性,并探讨分析了其变化影响因素.结果表明:径流量变化年际差异大,存在减少的变化趋势,但并没有通过显著性检验;小波及最大熵谱分析结果表明,西柳沟年径流量存在3年、5年、9年以及21年变化周期,其中3年变化周期为径流量变化第一主周期;Mann-Kendall及t-检验结果表明,年径流量在2004年和2006年左右发生了突变;径流量变化受降影响最为明显,其峰谷值和周期变化均随降雨的变化而变化,流域坝库工程对降雨径流的拦蓄作用明显,2000以来的淤地坝建设使得径流量序列发生突变.     

长江流域径流演变规律研究

为探讨长江流域径流演变规律,基于长江流域上、中、下游共6个控制站的逐日径流观测资料,运用不同指标分析径流年内变化规律;采用累积距平曲线法、线性倾向估计法、Mann-Kendall非参数检验法、滑动T检验以及小波分析法分析径流年际变化规律,并应用R/S分析法估算径流序列的Hurst指数,以预测其未来变化趋势.结果表明:长江流域径流年内分配不均匀性存在较为明显的时间变化和空间变化,从50年代到21世纪初期不均匀性大体上呈减小趋势,从上游向下游不均匀性大体上呈减小趋势;流域上游年径流序列变化趋势较一致,从上游至下游变化趋势差异性逐渐增加;流域年径流呈现出多时间尺度的相对丰枯交替特征,流域上、中、下游控制站年径流变化的主周期分别是18年、22年和22年;Hurst指数表明流域年径流当前总体趋势在未来表示出持续性.     

玛纳斯河流域气候变化对径流变化的影响

根据玛纳斯河流域5个基本气象台站建站以来的数据资料,利用1961~2003年的月平均气温、降水量及肯斯瓦特水文站径流量的观测记录,使用数理统计和时间序列方法分析了该流域气温、降水和径流的变化趋势,结果表明:近43年该河流域气温升高显著,且年降水量呈增加趋势,降水量偏多集中在4、5、6三个月。计算玛纳斯河地表径流与气候的相关性,建立二者的回归方程,定量分析该流域气候变化对径流变化的影响,结果得出:当该流域5~9月平均气温增加1℃时,年径流量会增加或减少1.3%;当该流域5~9月气温出现±2℃(或±3℃)的变化时,年径流量会做出±2.68%(或±4.0%)的正响应;当该流域水文年降水量偏多或偏少10%时,年径流量会偏多或偏少1.98%;当水文年降水量偏多或偏少20%(或30%)时,年径流量会做出偏多或偏少3.95%(或5.93%)的正响应。     

不同排放情景下塔里木河流域近52年水循环要素变化及未来趋势的分析

塔里木河流域是生态环境极端脆弱的干旱内陆河流域之一,探讨不同情景下水循环要素的变化趋势对于干旱区流域水资源的调控具有重要意义。本文以1958-2010年间玛纳斯河气象水文资料为基础,并根据RCP8.5、RCP6.0、RCP4.5三种不同温室气体排放情景下的气候模式,对21世纪塔里木河流域的水循环要素可能的变化趋势进行分析,结果表明:塔河山区水循环要素与平原区水循环要素大体上均表现出了上升趋势,山区土壤水分通量(W)增长趋势最为微弱,21世纪初期与90年代相比仅增长了1.1×108m3,塔河荒漠区壤中流(RI)、年地下径流(RG)、年地表径流(RS)均在50年代末至90年代末呈减小趋势,土壤水分通量(W)整体呈上升趋势;在IPCC所设定的3种排放情景下,塔里木河流域山区与平原区水循环要素在21世纪整体均表现出上升趋势,RCP4.5模式下水循环要素整体上升速度最小,RCP8.5模式下上升速度快于RCP6.0模式,塔里木河流域荒漠区21世纪RG、RS、W在3种排放情景下变化幅度基本一致,其他水循环要素变化量未在21世纪发生较大幅度的变化。水循环要素的变化趋势以及定量分析,为塔里木河流域人水协调提供科学依据,促进整个塔里木河流域经济的可持续发展。