变化环境下渭河流域径流丰枯遭遇变化特征及其影响因素分析

以渭河流域为研究对象,采用有序聚类与滑动t检验法诊断渭河干流(咸阳站)、泾河(张家山站)与北洛河(状头站)1960-2010年径流变异情况,引入Copula函数分析不同水文区径流丰枯遭遇特征。结果表明:咸阳站径流于1969年、1993年变异,张家山站于1996年变异,状头站于1994年变异;变异点前后,各水文区相同设计频率下径流量显著减小,干流减小趋势最为显著;不同水文区径流丰枯遭遇概率变化显著,1960—1993年径流丰枯同步遭遇概率远大于丰枯异步,1994—2010年,除张家山-状头径流遭遇组合外,径流丰枯同步遭遇概率远小于丰枯异步,不同组合遭遇概率趋向均匀化;流域内不利于调水概率显著减小,持续且剧烈的人类活动对径流的改变是造成该现象的主因。     

渭河流域水文变异诊断研究

利用分数布朗运动及R/S分析理论,将相关函数与Hurst系数结合在一起,从整体上识别与判定渭河流域的水文变异及其变异程度。诊断结果表明:泾河流域降雨与径流序列变异不明显,变异程度为无变异,渭河中上游及整个渭河流域的降雨序列均为弱变异,渭河流域径流序列为中变异,渭河中上游径流序列变异最为明显,为强变异。     

气候变化和人类活动对渭河流域径流的影响

以渭河流域为例,采用敏感性系数方法和模型模拟方法估算分析气候变化和人类活动对流域径流的影响,探讨变化环境下气候变化和人类活动对流域径流变化影响的贡献.研究结果表明,渭河流域几乎所有水文站控制流域的径流在1990s出现了明显下降趋势.径流对降水量变化比对潜在蒸散量变化敏感,降水和潜在蒸散发引起的气候变化影响在渭河上中游林家村、魏家堡和咸阳站控制流域较小,而在其他站控制流域的影响较大,占径流总量减少的40％以上.人类活动对径流的影响在渭河上中游林家村、魏家堡和咸阳站控制流域,泾河下游张家山站控制流域大于50％.     

基于月径流重构序列变异分析的水文分期方法

针对传统汛期和枯期划分方法存在一定主观性的问题,本文提出了基于月径流重构序列变异分析的水文分期方法.该方法将原始月径流序列按照一定的方式进行重新排序,构造重构序列;运用水文变异诊断系统对重构序列进行变异诊断分析确定变异点,通过公式推导得出变异点对应的变异月份;根据变异月份分析汛期和枯期的差异性,确定水文分期.以广东省北江流域为例,选择高道、石角等共计10个水文站的逐月实测流量资料,通过重构各站的月径流序列,并对其进行变异诊断得到两个显著的变异点,据此计算确定相应站点的汛期和枯期.统计各站点汛期和枯期的起止时间规律,确定北江流域汛期为3~8月、枯期为当年9月~次年2月.文中北江流域各水文站分期结果与模糊统计方法比较结果表明,基于变异分析的水文分期方法与基于模糊统计的分期方法结果基本一致,分期结果合理可信,可以满足分期需要.该方法以研究序列的变异点作为划分汛期和枯期的依据,一定程度上克服了水文分期的主观性.     

变化环境下乌伦古河径流序列变异特征诊断

研究变化环境下干旱区内陆河流以径流为主要指征的水文循环过程及其变化,对于认知水文机理,应对径流变化意义重大。选取乌伦古河二台水文站1959~2015年57年长系列实测月径流资料,采用年内分配完全调节系数C_r、年内分配不均匀系数C_n、相对变化幅度Cm、集中度Cd、集中期D、年际(年代际)径流均值、最大流量、最小流量、年际极值比以及C_v等多指标,运用Mann-Kendall法、累积距平法、R/S法等多方法,在揭示叶尔羌河径流长期演变规律基础上,采用非线性分析方法——启发式分割算法进行径流序列的变异特征诊断,并进行归因分析。结果显示:(1)乌伦古河径流受冰川融水影响年内分布呈"单峰型",主要集中于夏季5~8月,占年径流总量的70%,反映年内分配特征的各指标,如C_r、C_n、C_m、C_d和D,均呈下降趋势,特别是进入2000年后下降趋势较为明显,其中,C_r、C_d和D指标下降趋势显著,表明径流序列年内分配特征趋于均匀化;(2)乌伦古河径流序列年际变化趋势呈减少趋势,减少趋势不显著,且呈负持续性(Hurst=0.35),具有两个明显的丰枯交替周期,即1961~1973年及1974~1994年;(3)针对传统检验方法——Mann-Kendall法诊断乌伦古河二台站长系列(1959~2015年)径流突变点时出现多个虚假变异点的缺陷,采用非线性方法——启发式分割算法(BG法)诊断乌伦古河二台水文站长系列(1959~2015年)径流序列变异点,得出乌伦古河径流序列变异点为1962年。成果有助于了解变化环境下流域尺度的水文过程演变和水文响应规律,指导流域水资源规划与管理。     

径流对气候变化和人类活动的响应——以渭河流域为例

定量区分气候变化和人类活动对径流的影响,对区域水资源管理具有重要的现实意义.本文基于实测径流数 据和前人重构的自然径流数据,借助趋势分析、突变检验、多元线性回归等方法,定量分析渭河流域气候变化和人类活动 对径流的影响,并通过与水文敏感性系数方法的分析结果相比较,进一步验证结果.结果表明:1965-2012年华县站、张 家山站和状头站的实测径流分别以7.99×108、2.86×108 和0.787×108 m3·(10a)-1的趋势减小(α<0.05).气象要素 中,渭河干流的风速和相对湿度呈显著减小的趋势,气温呈显著增加的趋势(α<0.05);泾河流域的相对湿度呈显著减小 的趋势,潜在蒸散发和气温呈显著增加的趋势(α<0.05);北洛河流域各气象要素的变化趋势同泾河流域相似.突变检验 表明华县站、张家山站和状头站的年实测径流分别在1993、1996 和1994 年前后发生了突变,其径流分别下降了 38.81%、47.67%和42.22%.多元回归分析表明气候变化对华县站、张家山站和状头站径流变化的贡献率分别为 49.30%、38.05%和69.86%.水文敏感性分析方法的结果同多元回归方法相似,气候变化对3个水文站径流变化的贡献 率分别为48.61%、39.21%和64.86%.      

考虑径流年内均匀度的生态流量计算方法研究

为了更加科学地体现河流生态流量的季节性变化规律,本文在考虑年内分配不均对生态流量影响的基础上,基于渭河流域1950—2018年月径流序列资料,采用Zenga指数计算径流年内分配均匀度,用水文综合诊断系统对月径流Zenga指数序列进行变异点诊断并分析其成因,采用广义极值分布函数(GEV)确定各月生态流量。结果表明:林家村、魏家堡、临潼3个站的径流年内分配均匀度Zenga指数序列均有显著减少趋势,变异点分别为1972年、1972年、1993年;咸阳和华县站的Zenga指数序列分别在1972和1988年发生跳跃变异;变异后5个站的生态需水满足率降低,非汛期下降幅度较汛期大。经与Tennant法比较,在考虑径流年内分配均匀度变异的基础上进行河道内生态流量计算是可行、合理的。该成果可为渭河流域生态流量计算提供一种新依据。     

基于SWAT模型的渭河流域非点源氮污染分布式模拟

以渭河华县断面以上流域为研究区,应用SWAT模型对该区域的径流、泥沙及氮污染负荷的产生与输出过程进行模拟计算.利用华县站1987-1988年的实测月径流、泥沙和污染物数据进行模型的调参计算,用1989-1990年的实测月径流、泥沙和污染物数据对模型进行验证,验证结果表明模型基本合理可行,可用于渭河流域非点源污染的模拟计算.利用率定好的模型对不同典型年进行了模拟计算,根据模拟结果对该区域的径流、泥沙和氮污染负荷的时空产生与输出特点进行了分析,为流域非点源污染防治规划提供科学依据.     

基于相对关联距离熵的水文变异点识别

 从重构的径流时间序列相空间轨迹中提取反应水文系统状态变化信息的参数——相对关联距离熵,根据相对关联距离熵的变化来辨识水文系统状态的跳跃,识别出水文变异点。将该方法应用于东江流域的博罗站50 a实测逐月径流序列中,较准确的识别变异发生的时间,检验性能优于传统方法,特别适用于具有多变点的时间序列。通过变异分析表明,东江流域博罗站在1972年发生水文变异,其径流在主要受降雨影响的同时,愈来愈受到水利工程的影响。     

渭河流域陕西片的水环境特性

针对流经陕西境内的渭河干流主要断面的流量逐年减少,而入河污染负荷却保持着增加趋势,导致渭河水质超标严重这一水环境现状,分析了渭河流域陕西片的降雨特性,并以降雨形式、地表特性(土壤类型,前期土壤湿润程度,土地利用)、地形特征等因素为基础,利用SCS模型进行了流域产流量的模拟计算。从降雨量与产流量的关系表明,单场降雨量小于6 mm时较难产生地表径流;由于流域片内除径流外没有可以利用的其他水资源。提出了改善渭河水质须削减入河污染负荷和增加河道流量并行措施。     

广西北部湾入海流域径流演变特征及其对气候变化和人类活动的响应

为探讨入海流域径流的演变特征，定量分析气候变化和人类活动对入海流域径流的影响，本文基于气象数据和径流数据，采用彭曼公式、滑动t检验、Hurst指数和小波分析等方法对比分析广西北部湾入海流域径流深的时空演变特征和未来趋势，并采用累积量斜率变化率比较法定量评估气候变化和人类活动对广西北部湾入海流域径流深变化的贡献率。结果表明：广西北部湾入海流域径流深空间分布格局分异较大，北仑河流域和防城江流域多年平均径流深较大，分别为2 115.58 mm和2 105.56 mm；径流深较小的是钦江流域和南流江流域，多年平均径流深分别为719.33 mm和744.50 mm。仅钦江流域径流深呈不显著上升趋势，其余流域均为下降趋势。广西北部湾入海流域各流域径流深的突变年份呈现一致性，均在1992年和2003年附近。在演变周期上，钦江流域、南流江流域、大风江流域、防城江流域、北仑河流域的历年年均径流深演化过程中存在2-6 a、7-15 a和16-24 a 3种时间尺度的周期变化规律，丰、枯交替变化比较明显；茅岭江流域径流深的周期震荡变化稍有不同，存在7-24 a和25 a以上两种时间尺度的周期变化规律。T2时期相对于T1时期，降水是广西北部湾入海径流变化的主导因素，人类活动次之，蒸散发对径流的影响极小；但随着时间推移，T3时期相对于T2时期，人类活动对径流的影响作用增强，蒸散发对径流的影响也相对增强。     

东江流域土地利用变化对径流的影响分析

将流域水文模型HSPF与元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)土地利用预测模型结合,定量评价了东江流域未来土地利用变化的径流响应;并且模拟分析了不同降雨情景下土地利用变化的水文响应。结果表明:HSPF模型可以较好的模拟东江流域的月径流过程,可用于东江流域长期水文变化的评价与研究;未来土地利用变化引起的总径流的改变较小但是地表径流的变化较显著;未来土地利用变化情景下高、低流量值都有所增长,随着城镇建设用地面积比例的进一步增加高流量值随之增长而低流量减少;随着降雨量的增加,径流对于未来土地利用变化的响应程度减弱,降雨量减少,未来土地利用变化的水文效应增强;总的来说,4种降雨情景下未来土地利用变化对总径流的影响都不大,但是对地表径流有较显著的影响。研究过程和结果可为东江流域水资源规划及相关管理决策提供参考。     

气候变化和人类活动对汀江径流变化的贡献

基于汀江流域控制站溪口站19652012年日均径流量实测数据及长汀、上杭、永定气象站逐日降水、逐日气温资料，采用年段均值比较、5a滑动、趋势线分析和累积距平等方法，对流域近50年来的径流量序列进行分析，揭示径流量变化的趋势，判别径流量变化存在的2个突变年份，划分径流量变化的3个阶段. 应用改进后累积量斜率变化率比较法（SCRCQ）定量估算了近50年来气候变化和人类活动对汀江径流量变化的贡献率. 结果表明:（1）径流量总体呈现下降上升下降的波动，判别突变年份为1972、2001年，划分径流变化3个阶段为19651972年(A阶段)、19732001年(B阶段)、20022012年（C阶段）；（2）与A阶段相比，B、C阶段气候变化对径流量变化的贡献率分别为65.1%、50.5%，而人类活动对径流量变化的贡献率为34.9%、49.5%，可见人类活动对径流量变化贡献日趋突出.     

SWAT模型在青海湖布哈河流域径流变化成因分析中的应用

为了探讨气候变化和人类活动对流域水文过程的影响,利用分布式水文模型SWAT对青海湖布哈河流域过去几十年径流变化进行了模拟研究.研究结果表明,20世纪80~90年代流域径流减少的主要原因是气候变化.在此基础上,根据未来不同气候情景的变化趋势,对布哈河径流变化进行了预测,得出未来30年径流增加的可能性比较大,青海湖水位下降速度将会减缓甚至出现上升趋势的结论.     

基于SWIM模型模拟气候变化对青海湖布哈河流域水文过程的影响

本文基于青藏高原地区气候变化的预估结果,利用SWIM 模型模拟了该地区最具有代表性的布哈河流域在未来3个时期(2016-2035年、2046-2065年和2081-2100年)径流深、实际蒸散量和深层渗漏量的变化及其时空格局.结果表明:1)模型对布哈河流域径流的模拟结果较为理想,表明SWIM 模型在高寒地区有较强的适用性;2)随着降水的增加和气温的持续上升,流域的径流深和实际蒸散量在2100年前会持续增加,而深层渗漏量则先下降后上升;3)气候变化对流域水文过程的影响有季节差异性,其对深层渗漏量的影响集中于7、8月,而对径流深和实际蒸散量的影响主要在6-8月期间;4)流域各水文过程及其在不同时期的变化呈现一定的空间差异性.      

黄河流域降水序列变化的小波分析

采用1961—2000年黄河流域97个气象站点的系列资料,在分析黄河流域降水空间变化格局的基础上,采用墨西哥帽小波函数,对黄河流域近40 a来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了黄河流域降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了各序列中存在的主要周期。结果表明：黄河流域多年平均降水量的地区分布既受天气系统的制约,又受地形等地理环境的影响,造成明显的地区性差异;黄河流域年降水和各季节降水均存在8~12 a左右时间尺度的多少交替,表现出明显的周期特征,其次4~6 a左右时间尺度的周期特征也较明显,夏季降水和年降水变化趋势具有较大相似性,不同时间尺度的周期特征之间有不同程度的吻合,说明夏季降水较大程度地控制着年降水。小波分析的时频局部化特性可展现降水时间序列的精细结构,为分析气候多时间尺度变化特征及短期气候预测等节水关键问题研究提供了一种新途径。     

甘肃葫芦河流域径流变化的SWAT模型模拟

利用SWAT模型模拟研究了甘肃葫芦河流域过去9年的径流变化.结果表明:20世纪80-90年代流域径流减少的主要原因是气候变化.在此基础上,根据未来不同气候情景的变化趋势,模拟了葫芦河1985年的径流变化.得出气温影响相对较小,降水变化对葫芦河流域径流量的影响较大,径流量随降水的增加而增大,随气温的升高而减小.在气温降低配合降水增加的情况下,径流响应最剧烈,且呈明显增加趋势;相反,气温升高且降水减少不利于径流的产生,减少了实测值的61%.     

人类活动对老哈河流域近50年径流变化影响的定量评估

以中国北方典型的半干旱区老哈河流域为研究区,基于分布在流域内的53个雨量站、10个径流站和4个气象站数据研究老哈河10个子流域近50年来关键水文要素的时空变化规律。利用MK检验及Pettitt突变点检验,分析降水与径流的变化趋势和显著性水平,并计算其突变点。采用半分布式可变下渗能力(variable infiltration capacity,VIC)模型对10个子流域基准期的降雨径流过程进行模拟。基于率定后的模型参数,对变化期自然径流进行重建,从而定量分割出气候变化和人类活动对该流域径流急剧下降的影响。结果表明:自1980年以来,老哈河流域90%的径流下降是由人类活动引起的,而仅有10%归因于气候变化;就人类活动而言,特别是中下游地区大面积的农业灌溉用水是整个老哈河流域地表径流急剧下降的根本原因。此外,研究还发现人类活动对径流下降的贡献率随流域干湿变化而不同,在枯水年人类活动影响所占比重较大,而在丰水年人类活动的影响相对较小。     

近60年玛纳斯河径流变化规律的分析

玛纳斯河是该流域绿洲生存的命脉,流域上游山区形成的径流是供给中下游平原及绿洲区的重要水源。本文根据玛纳斯河流域上游肯斯瓦特水文站1955-2010年系列径流资料,利用Mann—Kendall非参数统计检验和小波分析方法对近60年玛河径流年内、年际变化特征进行分析。结果表明：玛纳斯河径流年内分配极不均匀,主要集中在6-8月,在季节分配上,夏季径流量最丰,其次是秋季,冬季径流最小;径流年际变化大,径流变化具有明显的周期性及阶段性,丰枯时期显著,并存在32年、10年左右的主周期;近60年玛纳斯河径流量总体呈增加趋势,而且在1995年发生突变,即从1995年玛纳斯河开始趋于丰水趋势。