上游不同开发情景对阿克苏河径流变化影响分析

萨雷扎兹河发源于吉尔吉斯斯坦(以下称吉国),入境水量约占阿克苏河水量的44.3%,对确保阿克苏地区经济社会的可持续发展具有重要的现实意义。近年来,吉国计划在萨雷扎兹河(阿克苏河上游)进行水资源开发,将会影响处于下游的我国境内阿克苏河流域的水资源量。基于阿克苏河流域的径流数据,定量分析了萨雷扎兹河的径流变化特征和不同开发情景对阿克苏河下游径流的影响。结果表明:在1958—2015年,萨雷扎兹河年径流整体呈显著上升趋势;径流的年内分配差异较大,主要集中在7、8月;春、冬两季径流呈显著增长趋势,夏、秋两季呈微弱增长趋势;从年代际变化看,除1958—1959年为偏枯水时段,1990—1999年为偏丰水时段外,剩下的时间段均为平水时段。吉国跨流域调水工程建设将对阿克苏河径流产生重大影响。从季节尺度分析,跨流域调水工程建设将导致阿克苏河下游径流呈减少状态,其中夏季敏感性最高;从年尺度分析,跨流域调水工程建设将导致阿克苏河下游径流呈减少状态,而且随着调水量的增多,阿克苏河下游径流不断减少。研究结果可以为我国政府在处理吉国跨流域调水工程建设对阿克苏河径流产生影响的问题上提供一定的参考。     

黄河下游游荡性河道小水致灾研究

20世纪80年代中期以来,黄河下游游荡性河道的洪水灾害是在下游水量明显减少、洪峰流量也不断减小的情况下发生的。即使是水量比较小的普通洪水,也能造成下游滩区大面积受淹、控导工程决口、桥梁被冲毁、房屋倒塌等严重灾害。小水致灾的形成机理主要是:河道游荡,引发“横河、斜河”;小水淤积,河床抬高,行洪能力下降;人与河床争地,造成滩区阻塞。     

人类活动和降水变化对嘉陵江流域侵蚀产沙的影响

基于大量实测资料,用经验统计方法研究了人类活动和降水变化对嘉陵江流域侵蚀产沙的影响。结果表明,水利水保措施和20世纪80年代以来的降水减少,共同导致了嘉陵江流域产沙量的减少。分基准期(1956~1982)和措施期(1983~2000)分别建立嘉陵江江流域产沙量与年降水的指数方程,运用这些方程对于降水变化与水利水保导致的产沙量变化进行定量区分,得到了措施期中降水量减小所导致的减沙量、水利水保措施导致的减沙量、总减沙量以及降水减少和水利水保措施各自占总减沙量的百分比。水保减沙效益随降水量的增大而减小。当降水量超过某一临界值,还可能出现负效应。研究表明,水利水保减沙量随年降水量而增大,在年降水量为970mm时达到最大值,然后减小;当年降水量为1180mm时,水利水保减沙量变为0。     

沾益气温和降水的多尺度演变特征

利用1951～2005年沾益气温和降水观测资料,采用DB16正交小波分析了年平均气温和冬春季气温、年平均降水量和雨季、旱季降水量的多时间尺度演变特征。结果表明:年平均气温和冬季气温均具有年际和年代际变化特征,春季气温的年际变化是最显著的,年平均气温的年代际变化、气候基本态的变化相对较强。在气候基本态的变化尺度上,年平均气温和冬季气温都在20世纪70年代发生了变异,春季气温则是在20世纪90年代才发生了变异;在年代际变化尺度上,年平均气温变率相对较弱,冬春季气温变率相对较强。年平均降水量、雨季和旱季降水量都具有年际和年代际变化特征,其中7年以下的年际变化最为显著,其中年平均降水量年际变化、旱季降水量年代际变化以及雨季降水量气候基本态的变化相对较强。年平均降水量和雨季降水量在20世纪80年代以前是相对多雨时段,以后是相对少雨时段。此外,20世纪60年代中期以前年平均降水量和雨季降水量均是逐渐增加的,而20世纪60年代中期以后则在减少。旱季降水量则明显不同,20世纪70年代以前是相对少雨时段,以后是相对多雨时段,近55年来旱季降水量是逐渐增加的。     

近60年来汾河入黄河水沙演变特征及驱动因素

基于汾河河津站1950～2005年的实测径流和输沙数据,采用Mann-Kendall检验等多种统计方法分析了汾河入黄河的水沙演变特征及驱动因素.结果表明:入黄河水沙量年际波动较大,呈明显减少趋势,且输沙减少的趋势性要强于径流;径流与输沙发生重要突变的时间都是1980年,说明径流量的减少在一定程度上直接影响着输沙量的变化.降水量的减少是径流减少的重要原因,但二者的变化并不是完全一致的, 20世纪60年代以来尤其是1980年以后,降水对径流的影响有所减弱,在其他自然条件(如蒸发)相对不变的情况下,人类活动是径流减少的主要驱动因素.根据理论分析,受人类活动的影响, 1961～1980年的累积减沙量为108 610×104 t,平均每年减少5 430.50×104 t, 1981～2005年的累积减沙量为93 324×104 t,平均每年减少3 732.96×104 t.     

沙尘天气、尘卷风对沙漠地区起沙量的贡献

降尘量能很好地反映整层沙尘气溶胶的信息。基于WRF/Chem沙尘暴模式及大气边界层的观测资料,获得了包括尘卷风起沙过程的日、月和年总起沙量,进而分析它们与自然降尘量之间的关系。结果表明:(1)半定量的沙尘天气日数与逐月降尘量呈极显著的正相关,但无法更精细地量化降尘量的来源;(2)模式量化计算的沙尘天气起沙量与降尘量的变化大体一致,它对总起沙量的平均贡献率为76%;(3)尘卷风对总起沙量的贡献达到了24%,在无沙尘天气的时段,降尘量100%来自尘卷风的起沙量;(4)沙尘天气和尘卷风构成的总起沙量和降尘量在月、年变化都有极其显著的正相关,均通过了0.001极显著检验。     

近50a来黑河流域水文及生态环境的变化

利用详实资料,对比分析了40年代以来不同时期黑河流域水文及生态环境的变化特征,并对不同时期流域水土资源开发利用规模及出山径流的变化进行对比分析,结果说明:本世纪40年代以来,流域中游地区地表水利用量增加了19倍,灌溉绿洲扩大了89.5%,使流域33条支流相继断流,干流下游水量减少了51%,终端湖泊干涸,水质恶化,土地盐碱化和沙漠化在全流域发展,沙漠化土地面积自1949年以来增加了4%~11%。人类对流域水土资源的大规模开发利用是产生这些变化的主要因素。     

黄河上游沙漠宽谷河段水沙阈值与输沙特征

围绕黄河上游沙漠宽谷河段“多大流量能冲动多大含沙量的泥沙”、“不同流量能冲走多少泥沙”两个关键问题,对沙漠宽谷河段的水沙阈值展开深入研究。通过分析各断面历年水量、沙量变化过程,揭示了沙漠宽谷河段各区间河段的冲淤规律,得到不同区间河段、不同含沙量情况下的水沙阈值系列。基于水量平衡原理与输沙量平衡原理,分析各断面冲沙输沙流量、含沙量与输沙量之间的关系,建立场次洪水的河道输沙量计算模型,量化水量与沙量的转化效果。通过实例计算,不考虑沙漠宽谷河段水沙调控时,头道拐站的输沙量为0.124×10⁸ t,沙漠宽谷河段的冲刷量为0.0527×10⁸ t,考虑水沙调控时,输沙量增加近4倍。水沙调控显著改善了沙漠宽谷河道的水沙关系,冲刷了河槽,验证了水沙阈值及输沙量计算的准确性和可靠性。     

近45年来降水变化和人类活动对潮河流域年径流量的影响

近45a来,随着流域降水量减少,以及修建水利工程、引水、实施水土保持等人类活动的增加,潮河流域年径流量呈明显减少趋势。利用降水-径流经验统计模型,定量评估了潮河流域降水变化与人类活动对流域年径流量的影响程度。结果表明:1981~1990、1991~2000、2001~2005、1981~2005年,受人类活动影响所产生的年均减水量分别为1.32、0.67、1.46、1.09×10⁸m³,占相应时段总减水量的95.1%,98.9%,60.7%和83.2%;受降水变化影响所产生的年均减水量分别为0.07、0.01、0.95、0.22×10⁸m³,占相应时段总减水量的4.9%,1.1%,39.3%和16.8%。人类活动因素的贡献率远大于降水因素。     

水利水保措施对潮河流域年径流量的影响 —— 基于经验统计模型的评估

利用时间序列对比法分析了1961-2005 年潮河流域降水、径流、用水量、水利工程、 水土保持措施变化。结果表明: (1) 自20 世纪60 年代以来, 潮河流域年平均面雨量略有减 少, 但流域年径流量却呈明显减少趋势, 1991-2000 年的流域年径流量平均值为1961-1970 年 的90.9%, 减少幅度较大; (2) 潮河流域径流量的变化主要与水利水保等人类活动有关。利用 降水-径流经验统计模型评估了流域水利水保措施对年径流量的影响程度: 1981-1990 年、 1991-2000 年、2001-2005 年、1981-2005 年, 受水利水保措施影响所产生的年均减水量分别 为1.15、0.28、1.10、0.79 亿m³, 水利水保措施减水效应分别为31.99%、7.13%、40.71%、 23.79%。水利水保措施对枯水时段的减水效应更为突出。     

青海河湟谷地气候及干旱变化研究

利用1961—2002青海河湟谷地11个气象台站气温、降水等地面观测资料,对该区气候要素的年代际变化特征及其干旱变化的成因进行了初步分析。结果表明：青海河湟谷地各季节平均气温20世纪90年比60年代偏高了0.4～0.8℃,冬季增温最显著。年平均降水量90年代比60年代偏少17.2 mm。地表蒸发量80~90年代比60~70年增多。90年代青海河湟谷地秋季和春季降水量减少,使得秋季和春季干旱发生的频次增加,导致河谷地区的径流量减少。     

乌鲁木齐河春季径流特征分析

本文利用30余年的水文气象资料,对乌鲁木齐河春季径流的形成、时空分布,长期变化趋势和春季洪水进行了阐述和分析。结果表明:春季径流量多年平均为2.438×10~7m~3,仅占年径流的10.3%,且年际变幅大于年径流的变幅;自60年代至1990年初,春季水量呈递增趋势。并预计乌鲁木齐河的春季水量从近期到本世纪末,可能在前期呈上升趋势,后期基本呈下降趋势,整个春季水量的变幅将增大。     

长江上游重点产沙区产沙量对人类活动的响应

对金沙江屏山站、嘉陵江北碚站、宜昌站20世纪50年代以来的输沙量和含沙量进行分析。结果表明,在年径流量相同的情况下,由于大规模矿山、钢铁工业、交通建设增加水土流失,屏山站1976~1996年年产沙量要高于1954~1976年。与此相反,由于修筑水库、塘坝拦沙,修建梯田、恢复植被减少侵蚀,北碚站1983~1996年年产沙量要大大低于1954~1982年;宜昌站1985~1996年年产沙量也低于1954~1984年。北碚、宜昌两站都存在一个使水利、水土保持减沙量为0的年径流量临界值,北碚站和宜昌站这一临界值分别为1142×10⁸m³和4800×10⁸m³。     

近50年内蒙古东部水热变化及对农业的影响

利用内蒙古东部农业区25个气象站近50 a降水量、气温、日照时数和相应的产量资料,研究内蒙古东部主要产粮区水热变化与农业的关系。结果表明:近50 a该区气温增温速率高于全国平均增温速率,降水和日照时数存在减少趋势,增温幅度从西向东递增,有明显时段差异,尤其20世纪90年代以后暖干化趋势明显,水热匹配格局发生变化。降水是影响产量的主导因素,其次是温度因子。降水在Ⅰ-Ⅲ区主要影响时段是6~8月,而Ⅳ区是4~5月;生长季或夏季温差和平均最高气温对产量影响较显著,水分短缺和高温胁迫是造成减产的重要原因。     

近50年来长江河口分汊型河槽水体和泥沙容量的变化过程

根据1958-2013各年代长江河口河槽海图水深资料,利用Arcmap地图分析软件建立不同时期的水深数据库,以河口河槽水体和泥沙容量为研究对象,结合典型潮汐过程和典型年代水沙同步实测资料,计算长江口各分汊河槽最大理论进潮量和悬沙含量,探讨近50年来长江分汊型河口河槽水体和泥沙容量的变化过程和影响因素.结果表明:①北港河槽总体稳定,南港河槽仍处于发育阶段,南港河槽发育中心在南港下段,北港河槽上段区域略有萎缩;②目前,南、北槽河槽由于工程影响仍处于持续调整过程中,进潮量主增区域在南港和南槽,北槽发育模式已经被固定和限制.③近30年来,由于流域来水来沙减少,同时北槽深水航道工程的建设,使南、北槽进潮量和悬沙通量及其比例均发生了显著变化;④南北港水道悬沙量主要集中于北港下段及南北槽区域,其洪枯季悬沙含量的变化主要受冬夏季风和海洋动力条件的影响.     

嘉陵江流域年径流量的变化及其原因

以嘉陵江的资料为基础,探讨了年径流量的变化及其原因,分析了水土保持措施减少径流的效应。以1956-1980年作为人类活动较弱的“基准期”,而以1981-2000年为人类活动较强的“措施期”,分别给出了回归方程。计算表明,降水减少导致的年减水量占年平均总减水量的84.3%,水利水土保持措施导致的年减水量占年平均总减水量的15.7%。人类活动对年径流的影响是依赖于年降水量的,降水偏少年减水量较大,降水偏多年减水量较小,超过某一临界值之后,年径流量不但不会减少,反而会增加。计算表明,这一临界年降水量为1 000 mm。年径流系数的变化和年径流量的变化相似,1980年以前无趋势性变化,1980年后有减小的趋势。人类活动对年径流系数的影响同样是依赖于年降水量的,降水偏少年径流系数的减小较显著,降水偏多年径流系数的减小不明显,甚至还可能增大。     

西北江网河来水来沙及分水分沙变化特征

根据西、北江干流高要、石角和西北江网河区顶端马口、三水共4个代表水文站1960-2004年流量、输沙率的月均序列,分析西北江网河来水来沙及分水分沙变化特征,结果表明:西北江网河来水来沙季节变化明显,且西江比北江更为集中;西江的水沙变幅比北江小,西、北江输沙率年际变化大于流量年际变化;来水来沙均存在明显的3种尺度周期变化,即年内(0.3～0.7 a)、年际(1.2～6.6 a)和年代际(11.0～20.2 a)周期变化,以年代际变化最为显著;来水量长期变化趋势除马口站外均为递增,来沙量长期变化趋势除三水站外均为递减;1993年后西北江网河区顶端三水站分流分沙比显著增大,其与网河区大规模无序采沙活动密切相关.     

长江宜昌-武汉河段泥沙年冲淤量对水沙变化的响应

运用泥沙收支平衡 (Sediment budget) 的概念确定长江中游宜昌-武汉河段的泥沙冲淤量,并运用数理统计方法,研究了泥沙冲淤过程对水沙变化的响应。研究表明,所研究河段的输沙具有“多来多排”的特性,在平均的意义上,年输入沙量为年输出沙量的1.1345倍,由此求得总净来沙中有11.85%淤积在河道中。河段出口输出沙量随时间而增大,大致在1980年达到峰值,然后再减小。1980年以前河段出口输出沙量的增大,与3口分沙减少 (等价于河段净来沙增多) 和下荆江人工裁弯 (使河道输沙能力增大,因而可以将更多的泥沙输送到河段出口以下) 有关,1980年以后的减少,则与宜昌站来沙量的显著减少有关。建立了1980~1997年间宜昌-汉口#河段年冲淤量与宜昌站年来沙量之间的回归方程,通过该方程估算出使宜昌-汉口河段不淤的宜昌站临界来沙量为3亿t/a。为了定量评价宜昌站的来水量和来沙量以及3口分水比和分沙比、宜昌站洪峰流量的变化对于河段冲淤量的相对贡献,我们以1980~1997年和1955~1997年两个时间系列的数据分别建立了多元回归方程。1980~1997年间的方程表明,宜昌站的来水量和来沙量以及3口分水比和分沙比、宜昌站洪峰流量的变化对宜昌-汉口河段年冲淤量的贡献率分别为6.23%、31.56%、25.77%、32.71%和3.73%。     

珠江三角洲交通通达性空间格局与人口变化关系

基于1988年、1998年、2008年陆路交通网络数据,借助GIS软件,分析了1980年代以来珠三角地区交通网络通达性空间格局的变化,并采用GAM模型,定量分析了1980～2009年期间陆路交通网络与人口变化之间的关系。结果表明:研究时段内,公路交通通达性空间格局以穗-莞-深一线为最高,向外围逐渐递减;铁路交通通达性空间格局以广佛地区为中心向外围逐渐递减;陆路交通网络发展主要受公路网络的影响,铁路在整个交通网络中所起的作用较弱;各阶段通达性提高幅度差异较大,存在递减效应,第一阶段(1988～1998年)通达性提高较第二阶段(1998～2008年)更为显著;公路交通、铁路交通与人口变化关系具有差异性,公路交通对人口变化的作用显著,三个时段内其对人口变化的解释贡献率分别为11.56%、48.07%、44.92%,铁路与人口变化的关系较为薄弱,但在1990年以后,随着铁路网络扩展以及铁路运输服务水平的提高,其与人口变化的关系逐步增强。     

气候转暖及人类活动对北疆中小河流降水-径流关系的影响

利用近40 a来的水文气象资料,分析北疆20世纪80~90年代气候转暖及人类活动对北疆不同地区的中小河流降水-径流关系的影响,主要结论如下:①北疆西部的哈拉依灭勒河、卡琅古尔河,在1980年以后气候转暖的背景下,它们的自然降水-径流关系并无明显改变。②北部额尔齐斯河流域东部产流区平均高程较高的大青河,在90年代气候显著转暖的背景下,其自然降水-径流关系并无明显改变;而位于大青河东侧、流域平均高程较低、山区流域降水量较小的小青河,在90年代气候明显转暖的背景下,其自然降水径流关系发生了变化,所形成的自然地表径流量明显减少。③天山中部北坡的乌鲁木齐河,在80~90年代气候转暖的背景下,其自然降水-径流关系发生了变化,产流量明显偏多。④天山东部北坡的开垦河,在80~90年代气候转暖及人类活动影响的背景下,其自然降水-径流关系发生了变化,产流量减少。⑤乌鲁木齐近郊低山丘陵区的水磨河,在近40 a来的增温及人类活动影响的背景下,其自然降水-径流关系发生了变化,尽管乌鲁木齐年降水量有增加趋势,而其径流却是减少的。