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。     

淮河流域枯水流量演变特征、成因与影响研究

基于1956—2016年淮河流域9个水文站的日径流量系列数据,采用M-K非参数检验法、小波分析等方法,研究淮河流域连续最小1、7、15、30d平均流量(枯水流量)时空演变规律.研究发现:1)淮河流域枯水流量Cv值为0.23~1.34,年最小枯水流量为0.002~24.5m~3·s~(-1),枯水流量年际变化剧烈.息县、王家坝、蒋家集和横排头站在4种序列中的变异点多发生于2001年;阜阳和鲁台子站在4种序列中的变异点均出现在1964年.各站点变异时间多发生在20世纪60年代初及21世纪初.2)息县、潢川、班台和王家坝站在Q1、Q7、Q15中的变化趋势基本一致,整体呈震荡上升趋势.阜阳站和蚌埠站变化恰好相反.空间分布上,上游枯水流量呈增加趋势,而中游则呈下降趋势.3)息县、班台、阜阳、蚌埠和鲁台子这5个站点均在1960—1977年存在显著周期,潢川、班台、王家坝、蒋家集、横排头和蚌埠站在1997—2012年的时间段内存在2.0~4.6a的显著周期变化.     

基于Generalized LASSO模型的长江寸滩站年均径流突变研究

为了区分水文时间序列的趋势和跳跃变异,将基于L_1范数正则化技术的generalized LASSO模型应用于水文序列变异识别。经过识别,发现长江寸滩水文站年平均流量序列在1969年发生了向下的均值跃变。此外,趋势分析表明无论是跃变前后的子序列还是剔除跳跃成分的整个序列,均未检出显著的趋势,这说明对寸滩水文站年平均流量序列的跳跃变异假设是合理的。基于generalized LASSO模型的结果与其他突变检测方法结果进行比较,所得结论是一致的。     

长江大通站水沙过程的基本特征Ⅰ.径流过程分析

长江河口是河海相互作用中河流因子占主导地位的典型河口之一,流域水沙过程及其变化对河口环境演变有重要控制作用.运用时间序列分析方法研究大通站的径流过程基本特征,分析表明,1923年以来大通站的径流序列无明显的趋势变化,但在1955年、1988年前后分别呈现较明显的径流减少和增加的跳跃变化,并具有16年、7年的周期变化特征.该文同时对月均流量的分配型态和洪枯季水情丰枯的匹配状况及其原因作了初步探讨.     

基于相关系数的水文趋势变异分级方法

基于Hurst系数法和Bartels检验的水文变异联合分级方法可以从整体上识别与检验时间序列变异及其变异程度,但无法判断序列的具体变异形式(趋势、跳跃、周期等).基于相关系数描述序列与时序的相关性大小以及表征序列趋势变异程度的特性,提出了基于相关系数的水文趋势变异分级方法.该方法首先计算序列的相关系数,然后作假设检验:依据统计学原理和经验选用不同的阈值作为不同变异程度的划分依据,并将相关系数划分成5个区间,对应于无变异、弱变异、中变异、强变异和巨变异5个等级.实际应用中,根据相关系数的大小判断其落在哪个区间,即可确定序列是否发生趋势变异及变异程度的大小.对5个实例序列42年资料的变异分析表明,枝城站年径流序列无趋势变异,兰州站和花园口站年径流分别为趋势弱变异和中变异,荆江三口分流量为趋势强变异,红崖山站年径流为趋势巨变异,上述结果与采用Hurst系数法所得整体变异分级结果是一致的;成因分析表明,不同强度的人类活动导致了序列发生不同程度的变异.     

1961—2020年长江源区降水变化特征分析

【目的】开展长江源区降水序列趋势及突变识别,为长江源区湿地生态保护、水资源开发利用等提供理论依据。【方法】以长江源区内具有代表性的8个气象站点即曲麻莱站、清水河站、玉树站、囊谦站、治多站、杂多站、沱沱河站和五道梁站为研究站点,基于1961—2020年有关气象资料,运用线性倾向估计、滑动平均、Mann-Kendall检验、滑动T检验等方法,识别与分析长江源区的降水序列变化特征。【结果】1) 1961—2020年,长江源区降水序列呈上升趋势,增加速率为0.809 mm·a^-1。2)长江源区春季和冬季降水量呈明显增加趋势,夏季和秋季降水量增加趋势不明显。3)当子序列为5时,长江源区降水序列于1970年发生突变;当子序列为7时,于1997年和1998年降水量发生突变,由下降变为上升趋势。4)当子序列为5时,长江源区8个研究气象站点降水序列在1961—2020年间均出现突变点;当子序列为7时,仅有曲麻莱站、清水河站、治多站、沱沱河站和五道梁站的降水序列在上述60年间出现突变点。【结论】1961—2020年长江源区降水总量增多,有关长江源区的气候变化防御工作亟需加强。     

长江水沙特征及其影响因素初步分析

利用长江大通站1950～1993年(1991年缺)流量和1950～1990年输沙资料和部分年份的寸滩站和宜昌站、城陵矶站、黄家港站、外洲站资料分析了长江干流水沙的季节变化、年度变化特征以及水沙的相互关系,对长江上游及南北两岸的主要支流的水沙关系也作了分析.结果表明:长江水沙季节和年度变化明显，水沙峰值不同步，近期输沙量有减小，流量有增加的趋势.在此基础上,对影响上述长江水沙变化特征的因素作了初步分析,认为人类活动是其变化的重要原因之一.     

未来气候变化对长江上游极端径流影响评估研究

选取长江上游罗渡溪站以上集水区为研究区,采用距平分析法、Mann-Kendall趋势检验法分析流域内代表气象站历史降水和气温变化趋势,发现年降水量无明显增减趋势,气温自20世纪90年代以来呈波动上升趋势;采用4种气候模式A1B排放情景气候数据驱动VIC水文模型,发现各模式预估月尺度径流和极端高流量变化情势较不一致,洪水风险可能增加也可能减小,各模式均一致性地预估了年最小连续7日流量呈现减少的趋势,研究区可能存在较明显的干旱化趋势,干旱风险增大.     

基于时间序列的朱沱和寸滩水位变化特征分析

长江上游水位变化对防洪和航运等具有重要意义.本文基于朱沱和寸滩水文站近60年水文资料分析水位流量关系变化以及寸滩站受三峡回水影响的临界条件,并研究不受三峡回水影响下朱沱和寸滩的水位变化趋势以及三峡成库前后的水位变化幅度.结果表明：寸滩站受回水影响的临界流量随坝前水位增大而增大,当坝前水位大于163.5m时,寸滩站均受回水影响;近60年来朱沱站和寸滩站在不受三峡回水影响下,水位整体呈降低趋势;与三峡成库前相比,朱沱站和寸滩站水位累计降低幅度分别在2015年、2010年有趋势性增大,且随流量的增大而减小;朱沱站在2018年4 000m³/s时,水位累计最大降低幅度达0.7m, 20 000m³/s时,降低幅度为0.4m;寸滩站在2018年6 000m³/s时,水位累计最大降低幅度为0.75m, 20 000m³/s时,降低幅度0.25m.研究结果可为长江上游航道建设及维护等提供参考.     

黄河卢氏流域径流对未来气候变化的响应

应用统计降尺度方法SDSM,耦合GCMs和分布式水文模型SWAT,分析黄河卢氏流域径流对气候变化的响应.结果表明:SWAT模型能较好地模拟卢氏流域的径流过程.不同排放情景下,流域年平均流量均表现出先减小后增加,总体减小的趋势;A2情景下,2046—2065年和2081—2100年的流量较基准期分别减少33.6%和30.8%,流量减少主要集中在7—10月,10月减幅最大;B1情景下,分别减少52.3%和29.9%,也主要集中在7—10月,9月减幅最大;丰水期流量的减少幅度大于枯水期.中上游对气候变化较为敏感,径流减少幅度较大,中下游减少幅度较小.     

基于样本熵理论的长江干流径流序列复杂性分析

基于样本熵理论,选取宜昌站、汉口站和大通站为长江干流主要水文控制站,对3站的径流序列进行分析,研究长江干流径流序列复杂性的空间分布及动态变化特征。结果表明:长江干流径流序列复杂性具有明显的空间差异性,从上游到下游总体上呈现增加趋势。各站的样本熵值与年径流量均呈现负相关关系。宜昌站和大通站径流序列复杂性处于不断增加趋势,汉口站21世纪以来呈现增加趋势。     

黄河天然径流量变化趋势及其影响分析

选择黄河流域8个水文站点,采用mann-kendall方法,研究其1951-1998年的变化趋势,并确定突变点及其起始位置.结果表明:这些站点存在相同的趋势.年天然径流量除了兰州、河口镇和龙门外,都有显著的下降趋势,突变点在90年代的早期或中期,但是下降的趋势点不同.研究发现,降水存在类似的趋势,是径流量减少的主要原因.同时,人类活动也是径流量减少的重要原因.发展节水灌溉和实施南水北调是缓解水资源短缺的重要途径,但水资源供需矛盾在短期内依然存在.     

人类活动对长江径流量特性的影响

随着长江流域水资源开发利用程度的提高以及全球气候的变化,长江径流特性在一定程度上发生了变化.为分析人类活动对长江径流特性的影响,以万县、宜昌、汉口、大通、白河、仙桃6个水文站为研究对象,以丹江口、葛洲坝及三峡水库关闸蓄水时间划分研究时段,利用各站近50 a的日流量资料对比分析了各研究时段长江年、汛期、非汛期、月径流量变化特性.结果表明,水库对河流径流量的影响与水库库容大小、水库运行方式以及测站与水库的距离远近有关.     

黄河下游生态径流量计算研究

选取黄河下游地区花园口、高村、利津3个代表站的实测月径流量系列,利用逐月均频率计算法和改进的Tennant法2种历史流量计算方法分别计算了3个代表站的生态径流过程.结果表明:虽然2种计算方法原理不同,但是由逐月均频率计算法得到的适宜生态径流量大都在改进的Tenannt法所得结果的最佳或极好范围之内,只有个别月份与最佳范围的数值有一定的差值,但也位于可接受的范围内.     

基于希尔伯特-黄变换的径流规律分析

希尔伯特－黄变换在处理非线性、非平稳、弱相依、高度复杂的时间序列时,比传统的时间序列分析方法更具优势。通过对时间序列进行经验模态分解（EMD）,得到若干反映时间序列演化过程的本征模态函数（IMF）和序列变化的残余项（趋势项）,然后对每个本征模态函数作希尔伯特－黄变换,得到反映径流规律的统计特征值,从而获得序列变化的周期。对渭河临潼水文站的年径流观测数据进行分析,得出年径流变化存在9．52年、13．70年、21．74年和41．67年的周期,且有逐渐减小的趋势。     

1955—2012年韩江入海径流量和输沙量多尺度变化特征

基于韩江流域 12个气象台站1955—2012年降水量、潮安站径流量和输沙量资料,采用Mann-Kendall非参数秩次检验及小波分析方法研究韩江流域入海径流量和输沙量的多尺度变化特征. 结果表明:1955—2012年韩江入海径流输沙量总体没有出现明显变化,1982年以来径流量未发生显著变化,但输沙量呈现显著减少;流域径流量、输沙量存在明显的25~30、9~14、3~8 a时间尺度变化周期,其中25~30 a震荡周期最为明显,具有全域性. 流域入海输沙量和径流量周期规律基本一致,但输沙量周期略滞后径流量周期;在4 a时间尺度上正负相交替频繁,变化剧烈,突变点较多,而12 a与30 a时间尺度正负相交替正常,表明短时间尺度受人类活动影响较大. 近年来修建大量水电站,森林草地覆被率的提高,以及用水量的增加是韩江流域近几十年来径流量和输沙量变化的主要因素.     

基于改进7Q10法的滦河生态流量分析

针对传统水文学方法计算生态流量时采用受人类活动影响较大的实测径流系列而导致计算结果偏小的问题,提出了基于长系列降水径流资料分析的改进7Q10法,并将其应用于滦河上、中、下游代表水文站的最小生态流量的计算中。结果表明:滦河河道径流量在1979年后受人类活动影响较为剧烈;与传统方法相比,改进7Q10法计算的最小生态流量结果更符合实际。     

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。     

淮河上游生态需水量计算分析

为分析计算淮河上游河流生态需水量,提出了丰水期、枯水期、平水期保证率分别为45%,75%,50%的淮河上游适宜生态径流计算方法,选用淮河上游干流息县、长台关以及大坡岭3个主要控制站1960～2005年历年天然来水量资料,计算了淮河上游最小生态径流和适宜生态径流,并运用Tennant法进行评价.结果表明,最小生态径流在很大程度上有损于河流生态系统稳定与健康;总体而言,3站适宜生态径流均可以使淮河上游河流生态环境状况达到最佳,但在某些年份各站实测月均流量小于其适宜生态径流量,而且丰水期适宜生态径流破坏率较枯水期的要高.因此,在某些年份为满足淮河上游适宜生态需水要求,还应增加河道内生态用水量.     

红河流域降水量的时空变异特征

 利用红河流域52个观测站的43a日降水资料,针对年、湿季和干季降水量和降水倾向率等统计量,采用ArcMap的反距离加权插值法进行插值与分类处理,生成了红河流域年、湿季和干季降水量的空间分布图,实现了气候趋势特征指数的空间化处理.对红河流域年、湿季和干季降水量等的时空分异特性进行综合分析得出:43a来,红河流域年降水呈现上升趋势,空间上主要表现为除了元江干流中下游、盘龙河北部和东北部有下降趋势外,其它地区都呈上升趋势;湿季和干季间降水量变化趋势差异较大,相对于年降水量空间分布而言,湿季具有下降趋势的地区扩大到整个流域中部,而干季降水量在整个流域几乎都呈上升的趋势;因出现在干季降水量有所增加,而在雨季的降雨量有所减少,因而降低了干旱和洪灾的发生机率.