汉江上游径流非一致性演变特征及频率分析

受全球气候变化及大规模人类活动的影响,导致流域径流产生变化,水文序列发生变异。基于汉江上游武侯镇、洋县、安康3个水文站点逐日径流数据,采用Mann-Kendall及Lee-Heghinan法进行非一致性检验,并将变异的水文序列进行基于趋势分析的非一致性水文序列修正计算,根据Pearson-Ⅲ频率分布曲线确定修正前后不同保证率设计值,以期为水利工程规划设计与管理提供参考。结果表明:3站年径流呈递减趋势,递减率自上游向下游递增,均有变异发生,且下游变异时间略滞后于上游,区间汇水是控制下游水量及突变的主要因素;武侯镇年最大日径流微弱增加,洋县与安康递减;经一致性修正,对应近期气候与下垫面条件下100年一遇洪水设计值较历史值变化显著。     

基于Budyko假设的黄河下游非一致性径流模拟

径流变化直接影响着流域水资源合理开发与利用,径流量的统计与模拟至关重要。为分析非一致性水文条件下径流模拟的不确定性问题,以黄河下游地区为研究对象,采用灰色关联法确定黄河下游径流的主要影响因素,采用滑动样本熵法对水文序列进行突变检验,同时采用在Budyko假设基础上构造出的Zhang模型进行径流模拟。结果表明:降水和气温是径流产生的主要因素(γ 0. 5);黄河下游的降水、气温水文气象时间序列在1990年前后发生了较大的变化,破坏了水文序列的一致性;改进后的Budyko模型模拟精度更高(NSE 0. 9),表明Zhang模型可用在黄河下游非一致性水文气象序列的径流模拟中。     

密云水库流域径流变化及其影响因素分析

双累积曲线是检验降水与径流关系一致性及其变化的常用方法 ,通常用于水文气象要素一致性的检验、缺值的插补或资料校正,以及水文气象要素的趋势性变化及其强度分析。能够反映人类活动对径流影响的阶段性变化,可以定量地反映降水变化和人类活动变化的贡献率。根据密云水库流域1960年～2012年的逐日降雨、流量观测资料汇总,运用数理统计、随机水文学及时间序列理论等方法 ,通过对流域径流年内变化、年际变化、年代变化趋势及密云水库流域降水变化的分析,探讨人类活动对径流变化的影响,结果可为流域范围内水资源管理和合理利用提供科学依据。     

论变化环境下的地表水资源评价方法

由于受气候变化和人类频繁活动的影响,用于水资源评价计算的天然年径流序列失去了一致性。针对非一致序列的“还原”和“还现”计算方法不能反映不同时期环境变化的问题,从水文变异诊断系统、考虑土地利用和覆被变化的流域水文模型、适应变化环境的非一致性序列水文频率计算方法3方面论述了变化环境下的地表水资源评价方法,指出水文变异诊断系统可以识别非一致性年径流序列发生变异的形式和时间。采用考虑土地利用/覆被变化的流域水文模型或适应变化环境的水文频率计算方法,可以从成因途径或统计途径得到反映过去、现在和未来变化环境下地表水资源量的评价成果。     

变化环境下径流演变的研究方法进展

气候变化和人类活动的双重影响使流域天然径流序列发生时空演变。对变化环境背景下径流序列演变规律、驱动因素的研究及在不同气候模式下对未来径流的预估对流域水资源管理和长期规划具有重要意义。为此对当前变化环境下径流演变趋势检验、径流变化归因分析及未来径流趋势预估的相关研究方法进行了全面的回顾,并进行综合对比分析。结果表明：采用多种检验方法组合优于单一检验,其结果更为可靠;气候变化和人类活动影响程度在不同流域、不同时期差异较大;未来径流预估结果的不确定性源于气候模式、水文模型和降尺度方法等多个方面。研究结果可为变化环境下径流演变及其驱动因素的研究提供新思路和科学参考。     

近 50 年潮河流域降雨-径流关系演变及驱动力分析

潮河流域是北京市城市供水的重要水源地。受环境变化影响,潮河流域降雨-径流关系发生了显著性变化,严重影响到北京城市供水安全。利用水文气象长系列数据(1961-2014年)分析了潮河流域降雨-径流关系的变化,采用经验统计分析法定量分析气候变化和人类活动对其径流变化的影响,研究发现:近50年来在降雨波动且微弱下降趋势下,其径流呈现出较大幅度变化且具有显著下降趋势,尤其是2000年以后;潮河流域降雨-径流关系发生突变的年份为1979年、1998年。1979年以后径流系数显著减少,其中1979-1998年人类活动对径流减少占主导地位,其影响贡献率为-109.75%,气候变化对径流影响为正效应,影响贡献率为9.75%;1999-2014年人类活动对径流减少影响贡献率为-88.97%,气候变化影响贡献率为-11.03%。     

内蒙古高原典型草原内陆河流域径流的时序演变特征

高原内陆河在我国半干旱地区社会经济发展的区域水资源开发利用过程中起到了重要的支撑作用,认识其演变特征及进行模拟对于流域的可持续发展具有重要的意义。以内蒙古高原典型草原内陆河流域——巴拉格尔河流域为研究对象,基于1959-2015年的水文、气象和社会经济等数据,采用双累积曲线法、累积距平法、改进的M-K趋势检验法和小波变换法对流域径流序列的变化特征进行了解析,并通过细化降水特征因素影响和以社会经济指标量化人类活动影响,运用统计相关检验法筛选径流时序演变模拟的主要输入要素,以改进的BP神经网络实现了水文年、季尺度下径流的时序演变模拟。结果表明:巴拉格尔河流域径流量在年、季尺度下呈现显著减少趋势;径流变化的突变年份为1998年,在这之前受到气候变化为主的影响,而在这之后为加入人类活动的双重影响;年、枯水季径流序列均存在6a和30a周期,而丰水季径流在分析序列内无明显周期变化;降水指标中的降水量、降水天数和降水次数,气候因素中的蒸发和相对湿度,以及人类活动的所有指标是与径流显著相关的影响因素;在无法实现分布式水文模拟时,改进的BP神经网络可以较好地模拟该流域径流的时序演变过程。     

降水变化及人类活动对金钱河流域径流的影响

以秦岭南麓的金钱河流域为典型研究区,利用Mann-Kendall非参数统计检验方法、回归分析法、双累积曲线法等数理统计方法,分析金钱河流域径流和降水的年际变化特征,建立了降水年内变化参数的流域降水与径流关系模型;并基于水文模型的方法定量评估降水变化及人类活动对金钱河流域径流变化的影响。结果表明:金钱河流域的降水、径流变化呈现一致性;径流系数呈下降趋势;金钱河流域降水和径流突变点发生在1988-1989年左右;通过降水-径流关系模型计算,由人类活动引起径流减少的比率为51.67%,较高于降水变化的比率48.33%,是导致径流变化的主要原因。     

长江源区径流年内分配时程变化影响因子分析

长江源区是长江水文循环的起始地,源区的水量、水质变化和人类不合理活动对水环境的影响将波及广大的下游地区.在气候变化和人类活动的影响下,长江源区河川径流没有发生显著趋势性变化,本文根据长江源区1956-2005年月径流资料和降水、气温、蒸发资料,采用主成分分析法、线性趋势分析法,研究影响径流年内分配的主要气候因子.结果表明:降水和水面蒸发是影响径流年内分配时程变化的主要因子,气温的影响相对小.     

基于滑动Copula函数的金沟河流域径流-气温关系变异诊断

为探究变化环境下金沟河流域径流和气象因素的关系变异情况,根据八家户水文站1964—2016年的水文气象数据,采用极点对称模态分解(ESMD)方法、Spearman相关分析和滑动Copula函数对流域内水文气象要素进行了分析。结果表明:金沟河流域的径流序列整体上呈微弱的减小趋势,降水和气温序列呈增加趋势,ESMD趋势项反映出金沟河流域的径流、降水和气温序列均呈非线性趋势变化;降水和气温序列的突变时间分别为1983年和1997年,径流序列的突变时间为2002年和2015年;滑动Copula函数不同窗口下的相关系数显示径流-气温关系变异时间为1997年,联合序列的最佳Copula函数由1964—1997年阶段的Gauss-Copula函数变异为1998—2016年阶段的Gumbel-Copula函数。气候变化和人类活动是造成金沟河流域径流-气温关系变异的主要原因。研究结果有助于了解金沟河流域内水文气象要素的变化特征及径流气象要素的关系变异时间,可为流域内的其他水文计算提供参考依据。     

基于SWAT模型的巴勒更河流域降雨-径流关系

研究流域的降雨-径流关系可为水资源管理与水土保持等工作提供依据.根据实测降雨资料和历史实测径流数据构建SWAT模型并用于还原径流序列,采用Kendall秩次检验、滑动平均、M-K突变检验、小波分析、累积距平法以及径流系数,分析巴勒更河流域1970—2015年的降雨-径流关系年际变化特征、变化趋势,并运用累积斜率变化率比...     

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。     

永定河流域径流变化特征及影响因素分析

根据永定河流域石匣里站、响水堡站和官厅水库站1956年-2003年的年径流资料,应用Mann-kendall检验法、Pettitt检验法、滑动T检验和小波分析法等方法分析了永定河流域年径流量的趋势性、周期性及突变特征,并从气候变化及人类活动两方面分析其影响因素。结果表明永定河流域年径流量一直处于显著下降趋势中,存在27(28)年的第一主周期和20(21)年的第二主周期;1982年-1983年径流量发生突变,突变前后变化较大。径流量变化的主要影响因素是人类活动,如土地利用、闸坝工程建设以及地下水过度开采等;气候变化对径流量也有一定的影响。     

Trends and attribution of runoff changes in the upper and middle reaches of the Yellow River in China

Natural changes of river regime have been strongly interfered globally by human activities. This gives rise to the demand of quantifying the contribution of natural and human impacts to runoff changes of rivers for river management. In this study, Mann-Kendall test and BFAST algorithm were used to evaluate the trends of runoff change in the upper and middle reaches of the Yellow River from 1965 to 2016, and to identify the breakpoints of runoff changes in the two reaches. Based on the data-driven analysis of runoff generation mechanism, the natural annual runoff was related with a comprehensive climatic factor integrating temperature and precipitation, and the impacts of human activities and climate change on the runoff changes were quantitatively distinguished by comparing the measured runoff with the “natural runoff”. For revealing the periodical changes in correlation between climate factors and runoff, the method of cross wavelet transform was used, and the time-frequency characteristics of precipitation/temperature against runoff were also examined. The results show that the breakpoints were the year 1987 in the upper reaches, 1986 and 2003 in the middle reaches. Compared with the baseline period (1965–1987), the contribution rates of climate change and human activities to runoff change in the upper reaches of the river were 56% and 44% respectively in 1988–2016. For the middle reaches, compared with the reference period (1965–1986), the contribution from climate change in 1987–2003 and 2004–2016 was 38% and 41% respectively, and that from human activities was 62% and 59% respectively. The results of cross wavelet transform analysis support the growth of climatic contribution to runoff reduction in the middle Yellow River from 1987–2003 to 2004–2016. Apparently, the influencing degree of climate change on runoff in the upper reaches was similar to that of human activities, while human activities played a dominant role in runoff change in the middle reaches. Moreover, the construction of reservoirs and human water consumption were the key factors for the decline of runoff in the upstream, and the reduction of runoff in the middle reaches was related to the large-scale implementation of water conservancy and soil and water conservation in the region.     

Impacts of Climate Change and Human Activities on the Surface Runoff in the Tarim River Basin over the Last Fifty Years

The impacts of climate change and human activities on the surface runoff were analyzed by the Mann–Kendall and trend analysis methods based on the hydrological, meteorological and socioeconomic data over the last 50 years in the Tarim River basin. Results show that the runoff in the headstreams increased but that in the mainstreams decreased significantly during the past 50 years. The former is a response to climate change, and the later is due to human activities. The surface runoff in the mainstreams decreased by 41.59, 63.77 and 75.15% in the 1970s, 1980s and 1990s, respectively, as compared to that without being disturbed by human activities in the same period. The main human activities are the irrigated agriculture combined with population increase in the region. As a consequence, the ecosystem in the lower reaches of Tarim River has degenerated, largely owing to inappropriate allocation of water resources.     

基于跳跃分析的非一致性水文频率计算

气候变化和人类活动等因素的影响使得洪水及径流的生成和孕育环境发生了变化,致使实测洪量系列的一致性受到干扰或破坏,对频率分析成果产生了一定的影响.本文以金沙江流域某站点资料为例,采用滑动秩和检验法和有序聚类分析法对其跳跃性进行分析,并进行系列的一致性修正及水文频率分析.结果表明,基于未修正系列和修正系列进行频率分析得到的...     

北洛河流域近期水沙变化原因水文分析

在分析北洛河流域自然环境特征和水土保持情况的基础上,利用降雨径流泥沙资料,建立降雨产流产沙统计模型,分析了北洛河流域近期水沙变化原因.结果表明:北洛河流域的减沙主要是刘家河以上的减沙,人类活动影响约占60%,降雨影响约占40%;径流量的大量减少主要发生在刘家河以下,就人类活动与降雨影响来看,降雨影响约占60%～70%,人类活动影响约占30%～40%.     

永定河三家店以上流域径流减少归因分析

20世纪70年代以来,永定河流域径流特征发生了巨大变化,下游常年处于断流状态。根据1956—1991年及2006—2018年永定河三家店以上流域各站的气象与水文数据,利用M-K检验和小波分析方法分析了永定河流域的气象要素及径流变化趋势,利用双累积曲线和基于Budyko假设的弹性系数法进行了径流减少归因分析。结果表明:①1956—2018年间永定河流域的降雨无明显增加或减少趋势,气温有显著上升趋势,蒸发能力略有下降,径流减少非常明显,达到99.9%置信水平。②永定河流域大部分站点的降雨和径流变化存在大概11或23 a的波动周期。③永定河10个水文站的降雨-径流双累积曲线均发生了2~4次较为明显的偏移,在20世纪的60年代中期、70年代初期、80年中期和90年代初期都发生了偏向径流的偏移,这表明在降雨量水平未发生明显变化的情况下,径流减少了。④永定河流域是强人类活动区域,弹性系数绝对值依次为:降水>下垫面参数>蒸发能力,人类活动对径流减少的平均贡献率约为95%。     

降水和人类活动对乌江上游径流变化的影响分析

径流量变化与气候和人类活动密切相关,其相互作用使得流域水循环发生变化,对气候变化和人类活动进行定量分析,可为流域调控水资源效率、协调农业发展等提供参考。以乌江上游为例,基于鸭池河水文站和流域内及周边共12个气象站,根据1960-2013年长时间序列实测径流与气象资料,利用Mann-Kendall法、累积距平法判断流域降水量和径流量的突变时间,用Morlet小波法对径流量进行周期变化分析,重点分析乌江上游流域降水与人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明:1960-2013年间,径流量与降水量无显著增加趋势;径流量和降水量在此期间存在1986和2002年两个突变点,且突变特征和阶段特征同步;径流量与降水量的共振周期为18～19 a及19～20 a,流域径流量对降水量变化具有一定滞后作用,滞后时间为1～2 a;以1960-1986年为基准期,1987-2002年降水和人类活动对径流的贡献率分别为50.93%和49.70%,2003-2013年降水和人类活动对径流的贡献率分别为49.30%和50.70%。降水对径流变化的影响程度在降低,而人类活动对径流变化的作用在增大,因此,未来流域水资源管理应重视良性人类活动的构建与调控。     

1965~2011年赣江中上游年输沙量变化及影响因素

基于赣江万安坝址下游的西门水文站1965~2011年的径流量、输沙量观测资料和推算数据,利用Mann-kendall趋势分析检验法、双累积曲线法和相关性分析法等分析了赣江中上游输沙量变化特征,并探讨了该区域的气候变化和人类活动等因素对赣江中上游输沙量的影响。结果表明：西门水文站径流量年际变化较为均衡,而年输沙量有明显减少的趋势,特别是万安建库前后水沙关系分成两个系列,年径流量的突变点在1967年,输沙量突变点在1996年,即万安水库建成之后2 a;西门水文站年降雨量和年径流量基本保持一致,年降雨量的变化对年输沙量的影响显著;另一方面,1980年至今水利工程建设、水土保持工程等对河流泥沙产出和输送的影响显著,这也是导致该河段泥沙减少的主要原因。