基于IHA-RVA法的东江源区生态水文情势变化分析

[目的] 研究东江源区流域生态水文情势的变化,为明确流域生态修复目标和开展生态修复措施提供参考依据,为水利部水环境水生态监测试点工作顺利开展提供经验。[方法] 选取江西省寻乌县的寻乌水背水文站和定南县的定南胜前水文站两个国家站1980—2020年的逐日流量数据,运用生态水文指标变化范围法（IHA-RVA）以及水文改变度法综合评价流域的水文情势改变程度。[结果] ①东江源区整体水文改变度为50.1%,属中度改变,其中寻乌水影响大于定南水; ②32个水文改变指标中,高低流量的频率及延时受影响最小,改变度为26.3%,属低改变; ③流量变化率及概率最大61.5%,属中度改变,特别是最大1 d流量、变换次数、1月均值流量、5月均值流量等指标发生严重变异; ④以鱼类资源变化响应分析验证,源区鱼类资源减少。[结论] 水库运行对东江源区周边生态系统影响较大,亟需适时调控河流的流量,使区域经济与生态环境保护协调发展。     

浅谈生态用水对黄河径流的影响

通过资料收集和典型调查,基本摸清了黄河上游生态用水的基本情况与分布状况,查清了黄河上游水土保持工程的建设现状.通过分析生态用水对黄河径流的影响,特别是水土保持措施对黄河径流量的影响,提出黄河上游生态用水与管理对策措施,可为今后一定时期内水资源的开发利用与管理提供科学依据.     

水库运行对下游河道最小生态径流影响的定量评价分析

应用逐月最小生态径流法对河道最小生态径流进行计算,并结合生态径流破坏率指标定量分析辽宁东部某水库不同来水年对下游河道生态的影响。研究结果表明:在丰水年以及平水年份,水库运行对下游河道最小生态径流破坏率较小,生态径流破坏率分别为2.1%~15.3%及4.3%~19.6%;在偏枯和枯水年,水库蓄水运行对下游河道最小生态径流存在一定影响,生态径流破坏率分别为8.5%~32.5%和10.4%~39.8%。水库调蓄可降低对下游河道最小生态径流的破坏。研究成果对于水库运行对下游河道生态径流影响的定量评估提供参考。     

1951—2015年洞庭湖水沙演变及人类活动对径流影响的定量评估

运用线性趋势法、M-K非参数检验法、滑动T检验法、小波分析法等对1951—2015年洞庭湖水沙演变特征进行了分析,并通过构建降水-径流经验模型,定量估算了气候变化和人类活动对洞庭湖入出湖径流量的影响率。结果表明:(1)洞庭湖入出湖水沙时间序列均呈现出下降趋势,其中以入湖输沙量的下降趋势最为显著,以404.46万t/a的速度减少,在研究时段内入出湖水沙均发生了突变并表现出不同尺度的周期性变化规律;(2)洞庭湖入湖水沙的Pearson相关系数为0.800,出湖水沙为0.696,表明洞庭湖水沙序列之间呈现出极显著的正相关关系;(3)在整个变异期,降水对入湖径流量变化的影响率为-1.03%、人类活动为101.03%,降水对出湖径流量变化的影响率为-7.67%、人类活动为107.67%,洞庭湖入出湖径流量减少主要是受人类活动的影响。     

基于R/S和Morlet小波分析的北洛河上游径流变化特征

为了深入探究北洛河上游长时间序列年径流量变化规律及周期特征,加强对流域水资源规划管理和可持续开发利用,基于北洛河上游吴旗水文站1971—2014年实测径流量数据,采用M-K(Mann-Kendall)趋势检验法和R/S法(rescaled range analysis)分析了全年及汛期径流量的变化趋势和持续性; 并采用Morlet小波变换对径流时间序列进行了多尺度周期特征分析。结果表明:(1)从径流量年内分配来看,1971—2014年,北洛河上游径流年内集中分布在6—9月,月最大径流量一般出现在8月,分配曲线呈“双峰型”。随着时间推移,径流量年内分配不均匀性逐渐减弱;(2)汛期径流量占年径流量的比例降低,全年和汛期的径流量变化均呈显著减少趋势(p<0.05),且未来变化趋势与过去一致的可能性很大,即减少趋势具有一定的持续性(全年和汛期径流量序列Hurst值分别为0.53,0.69);(3)北洛河上游径流量呈现出多尺度性、主周期性和同步性变化的特点。汛期和全年径流量具有相似且显著的变化周期,主要受到3,11,19 a左右3个主周期的影响。总之,北洛河上游径流量呈显著减少趋势且变化周期比较明显。     

月径流影响因子的识别

径流影响因子的合理识别是径流预报的关键和基础,能够为深入探索径流演变规律提供科学依据。以1954-2007年陕西省石头河流域逐月降水资料和石头河水库坝址逐月径流资料为基础,通过成因分析对月径流的可能影响因子进行了初步筛选,其次分别采用相关概率法、单相关系数法和Spearman相关系数法对可能影响因子与月径流之间的关系进行了分析,选取通过显著性检验的因子交集作为各月径流的主要影响因子。结果表明:石头河流域1月和11月的月径流主要影响因子是前一月径流,3月和12月的月径流主要影响因子是前两个月的月径流,2月、4月、7月、8月和10月的月径流主要影响因子是当月降水和前一月径流,5月、6月和9月的月径流主要影响因子是当月降水。     

基于EEMD-SVM模型的北洛河上游径流预测

[目的]提高北洛河上游径流预报精度,为流域管理及水资源合理配置提供依据。[方法]以1971—2014年北洛河上游吴旗水文站实测径流资料为基础,采用EEMD-SVM耦合模型对吴旗站月径流序列进行了模拟预测,并与EEMD-ARIMA和EEMD-NAR两种耦合模型的预测结果进行对比。[结果]EEMD-SVM模型的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)最低,决定系数(R²)和纳什系数(NSE)最高。其中,相比于EEMD-ARIMA和EEMD-NAR模型,EEMD-SVM模型的决定系数(R²)分别提高了186.63%,49.49%。[结论]EEMD-SVM模型具有更高的预测精度和更强的非线性拟合能力,可以成功地应用于北洛河上游的月径流预报。同时,研究表明EEMD-NAR模型的预测性能高于EEMD-ARIMA性能。     

黄土高原泾河流域梯田对河道径流及生态基流影响

[目的]定量分析泾河流域梯田建设对河道径流、生态基流的影响程度,为流域梯田建设提供一定理论支撑。[方法]采用合作开发的嵌入梯田模块的SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟河道径流量。[结果]嵌入梯田模块的SWAT模型在模拟河道径流时可满足模型模拟精度的要求;随着梯田面积增加,河道年径流量减少,生态基流保障程度提高,年、月生态基流不满足天数降低;梯田的年平均减流量为4.25×104 m3/(km2·a);梯田具有蓄洪补枯作用,且对丰水期的调控效果高于枯水期,对河道生态基流的影响为:枯水期平水期丰水期。[结论]嵌入梯田模块的SWAT模型在该流域具有较好的适用性,提高流域内梯田面积是滞洪补枯的有效手段之一,在一定程度上保障了河道生态基流。     

大伙房水库上游生态清洁小流域治理技术研究

浑河、社河、苏子河3条支流属大伙房水库及其上游重要的生态屏障和供水水源地,其功能定位为水源涵养区。生态清洁小流域治理技术体系围绕这个核心定位,覆盖以下内容：通过封育治理人类活动较少的山地,以小流域为单元综合治理水土流失严重区,做好农药化肥施用量控制和农村生活污水处理,以“改路、改厕、改水、改环境”和“清障、清污、清垃圾”多种方式整治农村人居环境,沿河两侧建设植物保护带,加快形成小流域综合防治体系。     

退耕还林(草)对北洛河上游水沙变化的影响

为探究黄土高原地区退耕还林（草）政策的水沙响应问题,以植被恢复较好的北洛河上游为研究区域,根据其控制站吴起水文站1971—2010年4—10月实测水沙资料,定量分析降水量、径流量和输沙量三个水文要素的变化趋势和发生突变的年份。结果表明:1971—2010年,降水量并未发生显著的趋势性变化,径流量和输沙量呈显著减小趋势;综合四种突变点检验方法结果,并结合水土保持措施资料,确定径流量和输沙量的突变年份为2002年;利用双累积曲线定量分析降水和以退耕还林（草）为主的人类活动对径流量与输沙量的影响,相对于1971—2002年,2003—2010年降水和人类活动对径流量的影响程度分别为70.8%和29.2%,对输沙量的影响程度分别为34.0%和66.0%。植被的减沙作用明显大于减水作用,以退耕还林（草）为主的人类活动是北洛河上游流域泥沙减少的主要驱动力。     

淮河上游径流演变规律及其对气候驱动因子的响应

[目的]研究淮河上游径流的变化趋势及其对气候驱动因子的响应,为防洪防汛,水资源的合理规划管理及区域社会经济可持续发展提供决策依据。[方法]基于1975—2014年淮河上游的年平均流量、降水、蒸发数据,使用时序分析、交叉小波分析法和弹性系数法,分析河川流量和气候要素的变化趋势及周期性特征,探讨淮河上游径流对气候驱动因子的响应状况。[结果](1)淮河流域上游河段流量、降水量呈不同程度的减少趋势,递减率分别为3.8m3/(s·10a)和26.3mm/10a,而潜在蒸散发量的变化趋势不明显。(2)淮河流域上游流量的周期变化主要是6~12a的年际变化,年降水量在2a左右的年际变化周期与年潜在蒸散发量的基本一致。年流量和年降水量、潜在蒸散发量的显著相关区域均主要分布于20世纪90年代以后。(3)通过定量估算气候因子对流量影响,发现年降水和年潜在蒸散发对流量的弹性系数εP和εEo分别为2.30和-0.47。年流量与降水量关系密切,而与潜在蒸散发的关系不大,未来降水的变化是影响水资源变化的主要因素。[结论]在气候变化、流域下垫面和人类活动的综合影响下,河川径流的年内分配均匀度发生着相应变化。     

黄河上游主要干支流近期降水、径流统计特征变化分析

根据降水对径流的影响,利用假设统计检验法对黄河上游干流唐乃亥和支流洮河、湟水河、大通河四个流域——即刘家峡以上黄河主要干支流流域,近30年来的降雨径流变化趋势进行了分析与检验。为探讨流域蓄水特征和产流特征变化,考察总径流量变化趋势,分别对枯季径流、汛期径流、年径流及相应时段降水做了同步分析,并分区域探讨了降水和径流的变化趋势及其变化原因,得出黄河上游径流在这四个流域有减少的趋势,但程度各不相同的结论。湟水和大通河在降水和径流方面的变化均不显著,洮河流域降水减少最为明显,且下游减少最为厉害。在径流方面,洮河汛期径流量变化趋势不同于降水,人类用水量的行为已改变了径流序列的时程变化特性。唐乃亥降水特性有所变化,但更为突出的是枯季径流显著减少,对造成此现象的原因尚需进一步调查研究。     

淮河上游径流年内分配均匀度及变化规律

研究淮河上游径流量的年内分配均匀度及其变化周期,为防洪防汛,水资源的合理规划管理及区域社会经济可持续发展提供决策依据。选取1975—2014年淮河上游2个水文代表站点(大坡岭和长台关)实测逐日流量数据,计算各年平均流量基尼系数和洛伦兹不对称系数,采用线性倾向率、Mann-Kendall突变检验、R/S分析和小波分析等数理统计方法,分析了淮河上游流量的年内分配均匀度、变化趋势及周期特征。结果表明:(1)近40年淮河上游大坡岭和长台关水文站的逐年平均流量均呈微弱下降趋势,其线性倾向率分别为-1.68m~3/(s·10a)和-3.83m~3/(s·10a)。年均流量的基尼系数变化幅度不明显,年平均基尼系数分别为0.54和0.53。洛伦兹不对称系数呈不显著上升趋势,大于1的洛伦兹不对称系数的年份占总年份的比例分别约为65%和57.5%;(2)2个水文站的Hurst指数都略大于0.5,表明存在显著的Hurst现象,即该地区年径流时间序列大体上延续历史变化趋势,说明在未来一段时间内年径流量仍将微弱减少;(3)近40年淮河上游年径流变化主要存在3a,12a和28a的主周期。在气候变化、流域下垫面和人类活动的综合影响下,河川径流的年内分配均匀度发生着相应变化。     

长江上游流域径流变化

分析长江上游流域5个主要控制站：金沙江屏山、岷江高场、嘉陵江北碚、长江上游干流寸滩及乌江武隆的月流量变化。结果表明,高场和北碚站的径流显著减少,寸滩站径流则稍微减少。从年内分配上看,9-11月份减少较多。寸滩站径流减少主要受岷江和嘉陵江流域降水量减少和人类活动的影响。     

嘉陵江上游径流变化及其影响因素归因分析

近年来,受气候变化与人类活动的双重影响,许多国内外河流的河川径流都受到强烈影响。以嘉陵江上游西汉水的礼县水文站控制流域为研究区,在对1960—2016年研究区年径流量进行突变点分析和趋势分析的基础上,使用8种基于Budyko假设的气候弹性系数法的水量平衡方程式进行流域径流变化归因分析。结果表明：(1)研究区潜在蒸散发呈显著增加趋势(p<0.01),径流量呈显著减小趋势(p<0.01),降水量呈不显著减少趋势(p>0.1),径流量的突变点发生在1994年,并以此为界,把研究时段划分为基准期和变化期;(2)8种基于Budyko假设的方法得出的气候变化对于径流减少的贡献率为40%～50%,人类活动贡献率为50%～60%,占主导作用。在气候变化中,8种方法得出的流域降水的敏感性系数为2～3,流域蒸散发的敏感性系数为-1～-3;(3)人类活动对于径流减少的主要作用形式是通过改变下垫面来表现的。由于植被保护措施实施,1990—2010年研究区域的林地面积增加68.42 km²,在所有土地类型中变化最大,表明人类活动对于下垫面的影响显著。     

赣江上游典型流域水沙过程及驱动因素

[目的]对赣江上游典型流域水沙过程及驱动因素进行分析,为该区域土壤侵蚀治理、土地利用和功能调整等工作提供科学依据。[方法]根据桃江流域1980—2015年逐日水沙实测资料,运用MannKendall突变检验法及其它统计方法分析了桃江流域的水沙变化特征,结合水文法、双累积曲线法对降水量、径流量和输沙量三者之间的相互关系进行探讨,并以此来确定桃江流域水沙变化的驱动因素。[结果](1)桃江流域输沙量呈现显著减小趋势,突变时间出现在2005年,径流量同样出现递减趋势,但其递减趋势不甚显著,其递减时间开始于2003年。(2)径流量和输沙量突变开始的时间不同,水沙特性的划分阶段亦不同:径流量可划分为1980—2002年和2003—2015年2个阶段,输沙量可划分为1980—2004年和2005—2015年两个阶段。(3)桃江流域径流量在2003—2015年时段内年均减少量为7.26×10~(10) m~3,输沙量在2005—2015年时段内年均减少量为8.82×10~7 t。(4)人类活动引起的减水量为5.77×10~(10) m~3/a,占总减水量的76.8%;减沙量为8.44×10~7 t/a,占总减沙量的95.7%。[结论]研究区内水沙均呈减少趋势,其中输沙量减少显著。降水与人类活动引起的减水减沙量的比值约为4∶1。