汉江上游汉中段近50年实测径流变化趋势及特征分析

河流生态环境作为生态文明建设的重要组成部分,研究河流实测径流量的变化趋势及特征具有重要意义。选取汉江上游汉中段武侯镇站、汉中站、洋县站典型水文站,采用Mann-Kendall统计检验和小波函数分析汉江上游汉中段长系列实测年径流量的变化特征。结果表明,20世纪90年代以来,汉江上游汉中段实测径流量总体呈减少趋势;上下游站实测年径流量的变化趋势相似,下游站较上游站的减少趋势明显;3个水文站近50年年平均实测径流序列突变发生在1991年,且呈现出约7 a的变化周期。     

汉江上游径流演变趋势及影响因素分析

为了研究汉江上游径流演变趋势并对影响因素进行分析,根据1950～2007年汉江上游安康水文站的实测径流资料,对汉江上游径流在年际、年代、汛期（5～10月）的演变进行了分析。用径流量的累积曲线对径流变化趋势及突变进行了研究,并使用非参数Mann-Kendall法(M-K法)来检验径流的趋势变化。趋势分析表明,20世纪90年代以前,汉江上游径流呈现增加的趋势,但到了1990年后径流量锐减,进入21世纪后径流量也在减少,但减少趋势有所缓解。重点分析了1990年后汉江上游径流量锐减的主要原因,结果表明,径流减少主要原因为降水量的减少、气温的增高、下垫面的变化、社会经济耗水的增加和水资源开发利用等方面。     

渭河干流径流年际及年内变化趋势分析

为了分析渭河干流径流量的年际变化趋势及年内分配规律,根据渭河干流林家村、咸阳、华县3个水文站1951—2010年60 a的逐月实测径流资料,采用Mann-Kendall法和R/S方法,对渭河干流径流量的年际变化特征及趋势进行了分析,在此基础上采用有序聚类分析法对其突变点进行检验,并划分径流阶段;运用集中度与集中期等指标对各阶段年内径流量的分配进行了定量分析。结果表明:3个水文站的M-K统计量Z值分别为-5.893、-4.892和-4.254;3个水文站的Hurst指数分别为0.945 6、0.940 2和0.884 5,均大于0.5;林家村站的突变点为1971年和1994年,咸阳站的突变点为1969年和1994年,华县站的突变点为1969年和1991年;60 a来渭河径流量显著减少,并在未来一段时间内保持持续减少态势;径流集中度整体呈增加趋势,年内径流分配不均,径流多集中在5—10月,占年径流量的75%左右;径流集中期从20世纪50年代的8月5日后延到21世纪初的8月15日左右。     

渭河中下游年径流量变化趋势及突变分析

以渭河中下游林家村、咸阳、临潼和华县等4个典型水文站资料为例,采用滑动平均法、累积距平和线性倾向估计法分析年径流量变化趋势;采用滑动t检验,有序聚类法和Mann-Kendall法分析年径流量的突变情况。结果表明:20世纪70年代以来,渭河流域径流量呈减少趋势,各站年径流量的变化趋势相似,各水文站径流量突变点发生在70年代初和90年代初。不同水文站突变情况存在差异,林家村突变点发生在1970年和1990年,咸阳站在1970年和1990—1992年之间,临潼站在1968年和1990—1994年之间,华县站在1968年和1990年。渭河流域径流量变化是气候变化和人类活动共同作用的结果,前者主要表现为降水和潜在蒸发量的变化,后者主要体现在流域内水利工程的建设。     

渭河流域水沙时空变化及其对人类活动的响应

基于渭河流域32个水文站近60 a水沙数据,采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变检验、双累计曲线等方法分析了渭河流域不同区间水沙变化特征及驱动因素。结果表明:渭河流域62.5%(50%)区间径流量(输沙量)呈显著减少的趋势,34.36%(42.86%)区间径流量(输沙量)无显著变化趋势,仅3.12%的区间径流量和输沙量呈显著增加趋势;渭河径流量和输沙量的突变年份集中在20世纪80年代末、90年代初;泾河径流量和输沙量的突变年份集中在20世纪90年代;北洛河径流量和输沙量在21世纪初发生突变;以渭河控制站(■头站和华县站)水沙之和为基础量化的人类活动和降雨量对渭河径流量减少的贡献率分别为84.86%和15.14%,对输沙量减少的贡献率为92.54%和7.46%;退耕还林(草)工程、淤地坝建设、水库拦蓄等是渭河径流量和输沙量变化的主要原因。     

基于集对分析法的渭河中下游径流变化特征研究

对渭河流域中下游径流的时空变化进行分析,为流域地表径流的深入研究和合理开发利用提供基础数据。利用渭河流域中下游典型水文站的实测数据,采用线性倾向法分析年径流量变化趋势,采用集对法分析径流量的空间变化特性。结果表明:20世纪70年代以来,渭河流域径流量呈现减少趋势,各站年径流量的变化趋势相似;渭河中下游各水文站年径流量空间变化上存在一定的同步性。基于集对原理的水文分析方法简单方便、结果合理,在水文水资源领域的径流空间变化特性分析研究中具有推广和应用价值。     

长江流域降水量和径流量长期变化趋势检验

采用TFPW-MK(Mann-Kendall test with trend-free pre-whitening)趋势检验法,对20世纪50年代以来长江流域154个气象站降水量和26个主要水文站径流量的变化趋势进行了显著性检验.结果显示:①流域年降水总量整体变化趋势不显著,但各季节和月份的降水量存在的增加或减少趋势显著,尤其是在上世纪90年代期间降水量分布存在一定的变异,在流域空间分布上不仅出现了降水显著增加的集中区(洞庭湖和鄱阳湖水系),而且还出现降水显著减少的集中区(四川盆地和汉江上游),在降水的年内时间分布上也存在着趋于集中的态势,表现在夏季降水量增加、而秋季和春季降水量减少.②流域内各主要支流径流量变化趋势与其降水量变化趋势基本一致,夏季长江中下游地区径流量增加趋势显著,而秋季长江上游和汉江地区径流量则呈减少趋势,相对而言干流径流量的变化趋势并不显著.     

近60年黄泽江流域降雨径流变化趋势及突变分析

基于黄泽水文站及流域内5个雨量站1958—2017年降雨、径流实测资料,采用5 a滑动平均法、Mann-Kendall检验法研究分析60 a来黄泽江降雨、径流的变化趋势,同时利用滑动t检验、Yamamoto法和Pettitt检验等方法对年径流序列的突变点进行验证,结合弹性系数法定量分析气候变化和人类活动对径流变化的贡献率,探究径流变化的可能原因。结果表明:研究时段内黄泽江流域年平均降雨量变化总体呈上升趋势但不显著,从年代际来看,20世纪60年代较常年偏少,21世纪10年代较常年偏多;年径流量整体呈下降趋势,整个研究期呈现丰、枯交替变化规律,确定1963、2008、2009年为径流变化的突变年; 1963—2007年人类活动对径流量减少的贡献率为86.87%;2008—2017年人类活动对径流量减少的贡献率为108.91%,说明人类活动是流域径流变化的主要驱动因素。     

大通河流域近60年径流变化特征和趋势分析

基于大通河干流中、下游的天堂和享堂水文站实测年径流量资料,采用滑动平均、累计距平、小波分析和M-K检验方法,分析大通河干流径流年内年际变化、周期、突变特征和趋势。结果表明:大通河流域径流年内分配不均,主要集中在夏秋两季,年际变化波动明显;中游和下游年径流量在1990年以前变化趋势一致性较好,1995～2015年两站径流变化趋势相反;1989年中上游年径流量发生突变,总体呈上升趋势;1999年下游享堂站年径流量发生突变,存在明显下降趋势。小波分析表明,天堂站径流量存在3,7 a及25 a的振荡周期,下游享堂站径流量存在3,6 a及30 a的振荡周期,大通河下游径流量小周期的转换要比中游径流频繁,下游径流受影响较大。     

汉江流域径流时空变化趋势分析

汉江流域是南水北调中线工程的水源地,应用Mann-Kendall非线性检验方法,分析了汉江流域干流和各子流域1951-2003年春、夏、秋、冬径流的长期变化趋势.分析发现1991年是汉江流域年径流量趋势变化的突变点,从20世纪80年代的丰水期进入90年代的枯水期;在显著性水平a=0.05上,春季和冬季汉江流域许多子流域径流量长期变化趋势呈下降趋势.分析结果将为南水北调中线工程水资源配置决策提供科学依据.     

南水北调中线调水对汉江中下游水文情势的影响

2014年12月12日南水北调中线工程正式通水,调水对汉江中下游的影响逐渐显现。为更好地研究上游调水对汉江中下游的影响,对调水前后汉江中下游的水文情势进行了分析。基于黄家港、皇庄、仙桃站1990～2016年流量数据,分别计算了调水前后上述3个河段流量特征值的变化,并运用Mann-Kendall非参数检验法进行趋势检验和突变检验。结果显示:调水后,各种历时的年平均流量和丰枯率均呈下降趋势,年平均流量在2014年由于调水发生突变;调水后径流年内分配趋于均匀化(径流年内不均匀系数、集中度相对变化幅度变小)。南水北调中线工程调水对汉江中下游水文情势有明显影响,有关部门应采取相应的措施。     

Trends of Annual Natural Runoff in the Yellow River Basin

Abstract

A series of annual natural runoff, recorded at eight hydrological stations in the Yellow River basin (YRB) and distributed at the main channel and two sub-basins (Weihe basin and Fenhe basin) are studied during the period from 1951 to 1998. The trends and the beginning points (or abrupt changes) of these series are detected with Mann-Kendall test (M-K test) and its progressive application. The results show that there are similar trends for different stations. The annual natural runoff series, except for stations of Lanzhou, Hekouzhen, and Longmen, have a downward tendency at some stations whose beginning points of the trend or abrupt changes occurred in the early or mid 1990s. However, their initial years of decrease are different. The decreasing trend of runoff has led to drying-up in lower reaches of the YRB, a water resources scarcity crisis, and a deterioration of the ecosystem. The reasons for the trends have been analyzed in this paper. The trends of precipitation in the corresponding regions are similar to those of annual natural runoff. It is an important aspect for runoff decrease. In addition, human activities have changed the hydrological cycle and lead to a reduction in runoff to a certain degree. Finally, two countermeasures for the runoff decrease are put forward. One is to develop water savings in irrigation regions, and the other is to plan South-to-North water transfer projects for the YRB. However, the conflict between supply and demand will still exist for a long time because of the water scarcity in the future.     

洮河干流径流变化特征分析

依据洮河干流上、中、下游的四个主要控制水文站实测月、年径流量资料,运用矩法和Mann-Kendall秩次检验法等方法,研究洮河干流径流的周期性、突变性、相关性等变化规律,揭示洮河干流径流年内年际的演化规律和变化趋势。结果表明:洮河干流上、中、下游径流年内分配多年变化趋势一致,由集中向均匀转变,但变化趋势不显著,自上游向下游不均匀性增强;径流量年际变化大,但总体有逐渐减小的趋势;洮河上游、下游径流年际变化平稳,中游年际变化剧烈。     

1956-2016年黄河流域河川径流演变规律

黄河流域水资源短缺问题突出,深入分析河川径流的演变规律对于流域水资源管理具有重要的指导意义。基于黄河干流上、中、下游不同位置的代表性水文站实测径流,利用Mann-Kendall非参数趋势检验方法分析了1956-2016年期间黄河流域年、月径流的历史演变规律。结果表明:1956-2016年,除源头区年径流变化不显著以外,黄河流域径流呈现出显著的下降趋势,达到了1%的显著性水平。从上游到下游,河川径流下降幅度越来越大,趋势越来越显著。1980-2000和2001-2016年的多年平均入海径流比1956-1979年分别减少了50. 07%和59. 67%。径流演变呈现出3阶段特征,20世纪50、60年代属于丰水期;随后在70至90年代径流持续下降;在2000年以后径流有所回升。除源头区以外,黄河流域的月径流总体呈现减少趋势;上游和中游地区的月径流占年径流的比例枯增丰减;下游地区月径流占年径流的比例在冬季、夏季增大,春季、秋季减小。     

汉江上游洪水特性复杂度分析

以汉江上游的两个代表站——石泉和安康水文站的年径流量及年最大洪峰流量时间序列为例,对径流特性和暴雨洪水特性进行了分析,结果表明:洪水年际变化极不稳定,流量变化幅度很大,年最大洪峰流量变化呈下降趋势;径流年内分配丰枯明显,径流年际分配不均匀,径流量总体呈下降趋势。现采用近似熵(ApEn)及算法复杂度C0作为复杂性测度,对石泉、安康水文站的年径流量和年最大洪峰流量序列进行了复杂性分析,分析得到年径流量的复杂性比年最大洪峰流量的复杂性大,即年径流序列的随机(复杂)程度越大。这一有益的结论表明年最大洪峰流量的可预测性大于年径流量,进一步研究年最大洪峰流量的预测方法对水库防洪具有重要的意义,并为汉江上游的防洪与发电调度起借鉴作用。     

渭河干流径流变化趋势及突变分析

流域水资源量的减少对区域水资源的利用、人类生存环境和经济社会发展等存在着重大影响,通过分析渭河干流径流量变化趋势和突变情况,为渭河流域水量调度和水资源管理提供科学支撑。采用Mann-Kendall非参数检验、累积距平、有序聚类、滑动t检验和R/S等方法分析渭河干流6个典型水文站1956—2015年径流量的历史演变规律、突变点和未来变化趋势。结果表明:渭河干流各站点的年和季节径流量均呈减少趋势。各站点的春、夏季节减少趋势的幅度大于秋、冬季节;从上游到下游,减少趋势的幅度越来越小。上游各站点呈现增加-平稳-减小的变化过程,且存在1970和1993年2个突变点,中游和下游各站点呈现增加-波动-平稳-减小的变化过程,且存在1968和1993年2个突变点。渭河干流各站点年和季节径流量Hurst指数均大于0.5,即未来变化趋势与历史演变规律呈正相关性,表明渭河干流各站点径流量具有持续下降的趋势,相应部门应高度重视这一现象,制定合理的流域水资源管理对策。     

渭河上游河川径流演变特性分析

为了研究渭河上游径流演变特性,以林家村等5个水文站近50 a的实测径流序列为基础,采用Mann-Kendall趋势分析法(M-K法)和R/S法分析了径流演变趋势。结果表明：渭河上游径流年内分配在20世纪50年代较为集中,60~90年代相对均匀;径流年际变化较大;径流量总体呈下降趋势,且趋势性较为显著。研究成果为渭河流域水资源开发利用、调度管理和生态环境保护提供一定参考。     

百年尺度黄河上中游水沙变化趋势分析

根据黄河有实测资料以来的水文泥沙定位观测数据,利用非线性统计方法分析了1919—2012年黄河潼关以上河段水沙系列变化趋势。20世纪80年代中期以来水沙变化特点表明,黄河年径流量、年输沙量自20世纪80年代中期以来总体呈不断减少之趋势,而上中游水沙关系则早于20世纪60年代末已发生突变,1986年发生的突变属上中游同时发生的第2次突变。从百年尺度看,黄河水沙变化在1960年以前主要受到气候等自然因素影响,径流泥沙系列随降雨丰歉而出现相应的丰枯变化,之后黄河水沙变化受气候等自然因素和人类活动因素的双重影响,尽管不同时段降雨有丰歉变化,但径流量、输沙量都持续减少;近百年内年输沙量趋势度的绝对值明显大于年径流量趋势度的绝对值,中游的年径流量、年输沙量的趋势度的绝对值明显大于上游的;近30年是黄河水沙百年尺度中最枯的时段,其变化的突出特点表现在来水来沙量不断显著减少,水沙变化程度在空间上分布不均,泥沙主要减于中游而径流主要减于上游,水沙年内分配趋于均匀,来沙系数趋于降低,水沙搭配关系趋好。