长江大通站水沙过程的基本特征Ⅱ.输沙过程分析

长江入海泥沙丰富,对长江三角洲的发育、河口滩槽冲淤演变及开发治理有重要影响.大通站1953~2000年输沙序列的趋势分析和周期分析表明,虽然宜昌站输沙量和大通站径流序列无显著趋势变化,但是大通站的年输沙序列(尤其是汛期各月输沙序列)却呈现较显著的下降趋势,这主要与洞庭湖、鄱阳湖及江汉湖群淤积等因素有关.由于流域产沙区主要集中于上游地区,上、中、下游的产沙效应有很大差异,因此,水沙情势相吻合的年份仅有三成.月输沙更加集中于汛期,5~10月的输沙量占全年的87.7%.关于洪枯季的输沙匹配状况也作了初步分析.     

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.     

气候变化和人类活动对黄河上游径流影响的时空差异

在运用灵活样本熵测度黄河上游干支流12个水文站1960-2015年径流复杂性的基础上,量化多时间尺度下气候变化和人类活动对径流影响的贡献率,结果显示,近60 a来,黄河上游径流总体呈下降趋势,仅在部分时段和站点呈上升趋势.年径流量一致在1980年代中期到90年代初、2010年前后发生突变. 1986年后,气候变化和人类活动对黄河上游径流的影响时空差异显著,汛期、丰水期、春夏秋季径流在所有站点均以气候变化影响为主.年、非汛期、枯水期在干流贵德站至兰州站、支流湟水民和站以人类活动影响为主.复杂性测度适用于检测径流序列宏观突变和微观变化,据此量化气候变化和人类活动对径流影响的贡献率具有很好的可靠性,但各影响因子的贡献率和机制需深入分析.     

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.     

长江日径流序列的多重分形性质研究

讨论了长江宜昌站1950年至1999年日径流时间序列的多重分形性质,计算了50年日径流时间序列和每一年日径流时间序列的质量指数τ(q)、广义分形维数Dq、奇异性指数α和多重分形谱f(α).结果表明,不论是长期(50年)还是短期(1年),长江日径流序列均具有明显的多重分形性质.这对研究长江日径流的非线性性质提供了重要的理论基础.     

长江干流径流同位素同步监测

基于2003年1月长江干流径流同位素同步监测资料,分析了径流同位素与大气降水同位素18O和D相对丰度之间的关系,探讨了18O相对丰度和氘盈余(Ed)的空间变化规律.分析结果表明:长江干流径流同位素时程变化主要受降水同位素季节变化的影响;区域降水同位素场是长江干流径流同位素18O和D相对丰度空间变化的主要影响因素;长江流域湖泊或水库蒸发效应是导致长江干流径流重同位素沿程富集的主要因素之一;监测期间长江流域上中游蒸发较为强烈,中游区蒸发最强烈,下游区蒸发变化剧烈.     

基于Hurst系数与Bartels检验的水文变异联合分析方法

针对Hurst系数法对水文序列周期性及相依性诊断灵敏性弱的问题,新增Bartels检验法予以增强.采用蒙特卡洛方法生成试验序列,依次通过Hurst系数法和Bartels检验法得到了各自的检测性能:Hurst系数法对于序列的趋势性及跳跃性检测效果较强,Bartels检验法对于序列的周期性及相依性检测效果较强.提出了基于Hurst系数与Bartels检验的水文变异联合分级方法:两种方法测出均无变异则可确定为整体无变异;至少一种方法测出强变异则可确定为整体强变异;其它情况一律视为弱变异.对长江中上游重要控制站点寸滩、宜昌和汉口站年径流序列进行变异分析,结果表明寸滩站、宜昌站和汉口站年径流变异显著,变异程度分别为强变异、强变异和弱变异,变异形式可能为周期或相依变异.     

长江流域水沙输移特性

该文通过对长江上、中、下游（以宜昌站、汉口站、大通站为代表）径流量和输沙量自1865～1985在记录的统计以及两者的相关分析,阐明了长江水沙输移的时空分布特征;径流量从上游向下游明显增加;输沙量洪季自上游向中游递减,下游较中游稍有增加但仍低于上游,枯季从上游向下游增加。这种分布特征受河道比降、河流类型、水流流速、沉积物粒径范围、降水的季节变化以及人类活动等因素控制。     

变化环境下岩溶区流域径流变化特征研究

基于岩溶区流域—平塘站1963年至2014年的年径流深资料,采用线性趋势、滑动秩和检验和Morlet小波分析等方法研究了变化环境下平塘站径流深的趋势、突变和周期特征,并运用R/S分析法预测径流深未来的变化趋势。结果表明:近52a来平塘站年径流深和雨季径流深均呈现减少趋势,分别在1998年和2008年发生了突变,均存在第一、第二和第三主周期,分别为20a、6a和3a,在未来都有持续减少趋势;枯季径流深呈现微弱增加趋势,在1987年和1991年发生了突变,第一、第二和第三主周期分别为24a、9a和5a,在未来有持续增加趋势。     

极大熵谱在径流时间序列周期分析中的应用

针对年径流序列存在多年变化周期,但径流时间序列变化受诸多因素影响,存在着多种不确定性的情况,笔者采用极大熵谱分析来提取径流时间序列的周期成分,对黄河上游贵德站年径流时间序列进行周期分析,得出贵德站具有12.5,5.9,4和3年的主周期。结果证明该方法可行,同时其结论为研究径流预测提供了科学的依据。     

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.     

长江上中下游河道水沙特征和水沙关系简

利用1950—2010年间宜昌、汉口和大通站的有关资料,对比分析长江流域上中下游河段的径流量和输沙量特性及其在时间上和空间上的变化规律.1950—2010年宜昌站多年平均径流量为4.32×10¹¹ m³,汉口站为7.07×10¹¹ m³,大通站为8.96×10¹¹ m³,上游来水量与中下游来水量各占一半左右.年际间年径流量存在波动变化,但未出现明显的趋势性增减变化.而三峡水库建成后径流量存在年内削峰补枯现象;1950—2010年宜昌站多年平均输沙量为4.34×10⁸ t,汉口站为3.59×10⁸ t,大通站为3.90×10⁸ t,泥沙主要来源于上游流域.而年际间年输沙量从20世纪80年代开始出现下降,尤其2003年三峡水库建成后输沙量出现锐减,宜昌站年平均输沙量降为0.54×10⁸ t,汉口站为1.17×10⁸ t,大通站为1.52×10⁸ t,汛期输沙量减少更明显,而且不同粒径组的悬沙输沙量出现不一致的下降,这与中下游河床和岸滩沉积物再浮悬泥沙及湖泊补给的泥沙组成有关.对悬沙不同粒径组的输沙量与径流量之间建立散点关系图,表明D≥0.1 mm泥沙粒径组的线性关系较好,而全沙粒径组尤其是细颗粒组相关性较差,符合河流动力学的相关理论.本研究成果对认识近年来人类活动干扰下的长江流域水沙变化有着重要的现实意义.     

长江上游枯水期及10月径流情势分析

采用非参数统计检验Mann-Kendal法分析了长江上游寸滩、宜昌站枯水期及10月的流量变化趋势,并用有序聚类分析法分析了两站枯水期及10月流量序列的跳跃点.结果表明:两站枯水期流量均呈上升趋势,10月流量均呈下降趋势;两站枯水期流量序列的跳跃点均为1989年,10月流量序列的跳跃点均为1991年.枯水期和10月流量序列的跳跃点基本吻合,初步判定,跳跃点的产生可能是由于长江上游流域水库运行引起的.     

人类活动对长江泥沙特性的影响

随着长江流域水资源开发利用程度的提高,长江泥沙特性在一定程度上也发生了变化.为分析水资源开发利用对长江泥沙特性的影响,以长江万县、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阶段,利用各站近50 a的日含沙量资料对比分析了各研究阶段长江年、汛期、非汛期、月输沙量变化特性.结果表明,不同历时的输沙量均呈显著减少趋势.该研究成果为评价人类活动对长江生态系统健康与稳定性的影响提供了参考.     

Impact on the Yangtze (Changjiang) Estuary from its drainage basin: Sediment load and discharge

This paper focuses on the sediment transport and freshwater discharging from upper Yangtze drainage basin downstream, primarily on the basis of multiyear hy-drological data collected from three major hydrological gauge stations (Yichang, Hankou and Datong). Data indicate highest sediment load in Yichang (5.6×108 t/a), lowest in Hankou (5.1×108t) and second highest in Datong (5.4×108 t). This fluctuations are identical with what has been observed from the annual flood season. About one thirds of the sediment load are trapped in the middle Yangtze River course, where meandering river pattern prevails; rest of them are directly transported to the river mouth area via lower Yangtze River channel, where the river is typically confined by the exposed base rock and almost none is being trapped, instead, minor being drained to the mainstream from the local tributaries. To recognize this sediment delivery and river flow media is vital, because it can highlight morphologic/topographic correlation between the upper drainage basin and the estuary and the erosion and siltation in the river mouth area, where extensive coast has been exclaimed and or being exclaimed, and new navigation channel and port is being constructed. It is particularly crucial for monitoring the impact on estuarine change after 3-Gorges dam being closed in 2009. Data also indicate an increase in freshwater discharging downstream (>7.7×1111 m3/a), of which -50% derived from the upstream and another half concentrated from the local tributaries. The result shows that this numerous freshwater has constantly flowed into the river mouth area to support the estuarine aquaculture and ecosystem, where it is confronted with huge amount of tidal prism (>10 times more than that of the annual runoff) transforming from offshore. Thus, a great concern for saltwater intrusion especially during the dry season is aroused, largely due to the intense upstream agriculture irrigation and large water transfer project, such as the well-planned South-North Water Transfer project.     

三峡大坝建设前后对长江上游径流联合分布影响的分析

以三峡工程蓄水运行的2003年为分界点,利用长江上游流域寸滩、武隆、宜昌3站1951—2016年的月径流资料,利用Copula函数,定量分析了三峡水库蓄水前后对长江上游多站径流的联合分布的影响.研究结果表明:1)三峡水库建设前后,无论2个还是3个站的径流联合分布均发生了变化.其中,寸滩–宜昌2站联合分布没有变化,但分布函数的参数略有减小;武隆–宜昌的联合分布从Gaussian Copula转变为Gumble Copula型;寸滩–武隆–宜昌的3站联合分布由Gumble Copula变成Gaussian Copula型. 2)三峡建库后,在相同的概率水平下,3站对应的径流量均比建库前明显减少;在相同重现期下,3站对应的径流量同样比建库前明显减少,其中,宜昌站径流减小率最大,寸滩次之,武隆最小.这表明三峡建库后,对坝下宜昌站径流的影响高于三峡大坝上游的寸滩、武隆2站.     

Analysis on River Sediment Changes of the Upper Reaches of Yangtze River

The sediment load and river sedimentation of the upper reaches of Yangtze River has been undergoing constant changes as complex landformlarge mountain area and plentiful precipitation make the drainage area of Yangtze River very vulnerable to water erosion and gravity erosion. Through analyzing the hydrological and sediment load statistics recorded by major hydrological stations along Yangtze River since 1950s, and editing the accumulation graph of annual runoff volume and annual sediment load, we find out that the suspended-sediment of Yangtze river has been decreasing year by year in Wulong Hydrological Station on Wujiang River, Beibei Hydrological Station on Jialingjiang River, Lijiawan Hydrological Station on Tuojiang River and Gaochang Hydrological Station on Minjiang River, Yichang Hydrological Station, Cuntan Hydrological Station along Yangtze River mainstream share the same experience too. But the statistics obtained at Pingshan Hydrological Station on Jinshajiang River shows the sediment load there has increased. Taking ecological construction, hydraulic engineering construction and precipitation changes into consideration, the thesis analyses the cauls for the sediment load decrease of Jialingjiang River, Tuojiang River, Minjiang River and Wujiang River and provides us both scientific foundation for further study of river sediment changes of the upper reaches of Yangtze River, and measures to control river sedimentation.     

金沙江流域月径流时间序列的混沌分析

在介绍重构相空间技术的主要定量指标(关联维数D2和柯尔莫奇诺夫熵)的基础上,以长江上游金沙江流域小黄瓜园站和蔡家村站的月径流时间序列为例详细说明了求取时间序列中的混沌特征数的方法;并且采用主分量分析(PCA分布)方法进一步验证了两个站的径流序列具有混沌特性.得到金沙江流域径流序列的预测年限不应超过7～9个月,为金沙江流域径流预测提供了科学的依据.     

长江输沙与河口的冲淤变化关系

以长江宜昌站、汉口站和大通站的径流量、输沙量等水沙特征值以及在崇明东滩上的实测数据为资料来源,探讨了多年来长江口的来水来沙态势,并运用泥沙通量估算方法,推算出近年崇明东滩的年淤涨速度,通过对比发现：近年来长江的径流量未见减少,输沙量却有减少的趋势;潮滩向海淤涨明显减慢．作者对两者之间存在的关系及其原因作了初步探讨,认为潮滩淤涨减慢在很大程度上是由于长江的输沙量减少所致;淤涨减慢的幅度超过了来沙量减少的程度,其重要原因是上游来沙减少的主要是易于沉积的中粗颗粒部分．     

Analysis on river sediment changes of the upper reaches of Yantze River

The sediment load and river sedimentation of the upper reaches of Yangtze River has been undergoing constant changes as complex landform, large mountain area and plentiful precipitation make the drainage area of Yangtze River very vulnerable to water erosion and gravity erosion. Through analyzing the hydrological and sediment load statistics recorded by major hydrological stations along Yangtze River since 1950s, and editing the accumulation graph of annual runoff volume and annual sediment load, we find out that the suspended-sediment of Yangtze river has been decreasing year by year in Wulong Hydrological Station on Wujiang River. Beibei Hydrological Station on Jialingjiang River, Lijiawan Hydrological Station on Tuojiang River and Gaochang Hydrological Station on Minjiang River, Yichang Hydrological Station, Cuntan Hydrological Station along Yangtze River mainstream share the same experience too. But the statistics obtained at Pingshan Hydrological Station on Jinshajiang River shows the sediment load there has increased. Taking ecological construction, hydraulic engineering construction and precipitation changes into consideration, the thesis analyses the causes for the sediment load decrease of Jialingjiang River, Tuojiang River, Minjiang River and Wujiang River and provides us both scientific foundation for further study of river sediment changes of the upper reaches of Yangtze River, and measures to control river sedimentation. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (50099620) Biography: ZHONG Xiang-hao (1942-), male, researcher, research direction: mountain environment and ecology.