基于马尔科夫模型的新疆水文气象干旱研究

在气象干旱SPI和水文干旱SRI的二维变量干旱状态的研究基础上,通过一阶马尔科夫链模型对二维变量干旱状态进行频率、重现期和历时分析,并预测未来非水文干旱到水文干旱的概率,研究结果表明：（1）开都河、和田河在干旱形成中危害大,阿克苏河在干旱演变中危害大,开都河和叶尔羌河在干旱持续中危害大。开都河和叶尔羌河主要以气象水文干旱为主,和田河和阿克苏河以水文干旱为主。（2）开都河连续湿润或者干旱的概率最大,状态2与状态4、状态5的相互转移概率低,和田河和开都河状态4不能一步转移到状态2。（3）在长期干旱预测中,塔河流域从状态2达到状态4或者状态5的概率最低,开都河（或和田河）从非水文干旱状态到状态4的概率最大（或最小）,从非水文干旱状态到状态5的概率最小（或最大）。     

开都河天山出山径流量年际变化特征与洪水频率分析

随着塔里木河流域近期综合治理的深入进行,其源流之一开都河径流的变化与其趋势已逐渐成为国内外科学家关注的热点问题。当前塔里木河干流下游的生态恢复在较大程度上依赖开都河,利用开都河丰水期向塔河下游进行应急输水的方式短期是可行的,长期实施则潜伏着危机。如果在开都河进入水文枯水期时进行输水,则不仅影响开都河流域的生态环境,还将影响塔河下游“绿色走廊”治理目标的实现。因此,根据开都河近50年水文资料,利用滑动平均、频率分析等方法,分析了开都河径流量、洪峰流量的年际变化特征和规律。结果表明:开都河丰枯水期变化较平稳,1987年后其出径流量呈增加的趋势。同时,还计算出了不同重现期的洪峰设计值。     

新疆塔河流域洪水量级、频率及峰现时间变化特征、成因及影响

采用塔里木河流域（塔河流域）8个水文站及相应气象站数据,全面分析了洪水发生量级、频率和峰现时间等特征,研究洪水发生成因及其影响。结果表明：1980s中后期塔河流域气温与降水持续增加,整个塔河流域年及季节洪峰流量普遍呈上升趋势,大部分在1980s中后期发生突变。1980s中期以后塔河流域年及季节洪峰流量呈持续增加或者显著增加趋势,量级位于整个观测时期均值之上,处于洪水“丰富”期。“丰富”期暴雨型和升温型洪水发生次数及造成的灾害损失均呈显著增加趋势,引起严重洪灾损失的洪水也集中在这一时期,且多由暴雨型洪水引发。大量级洪水（最大三场洪水及重现期大于10年的洪水）多集中发生在1990年之后,并且易引发多个水文站点同时出现。     

区域气象干旱特征多变量Copula分析——以阿克苏河流域为例

根据阿克苏河流域及其周边区域9个站点1960~2010年日降水资料,以降水距平百分率(Pa)指数表征气象干旱状况,构建了3种Archimedean Copula函数,通过4种方法(RMSE、AIC、BIC、Bayes)的检验,选出GH Copula作为最合适多变量干旱特征联合分布函数,并开展了研究区干旱特征两变量联合分布及重现期研究。结果表明:1 3种Archimedean Copula函数中GH Copula函数对研究区域干旱联合重现期分布的拟合效果最优;2研究区整体上干旱风险较大,东部比西部干旱风险高,南部高于北部;3发生中等干旱和严重干旱时,阿拉尔和柯坪干旱风险增大,整体上"且"与"或"联合重现期的分布大体一致,发生长历时干旱时,干旱的严重程度也大,说明此区域的干旱特征对开展风险管理及应对很不利。     

中亚天山山区冰雪变化及其对区域水资源的影响

冰川和积雪是构成山区固体水库的主体,对区域水资源稳定性具有调节功能,但深受气候变化的影响。以中亚天山为研究区域,基于长时间序列的观测数据,分别从冰川、积雪、水储量、径流等方面进行分析,并选取阿克苏河、开都河及乌鲁木齐河3个典型流域,研究天山山区冰雪变化对流域水资源的影响。结果表明：① 冰川退缩速率与面积的函数关系为f（x） = -0.53×x^-0.15 （R² = 0.42,RMSE = 0.086）,说明小型冰川对气候变化的响应更为敏感。同时,中低海拔区域的冰川退缩速率大于高海拔区域;② 2003-2015年天山山区水储量的递减速率为-0.7±1.53 cm/a,天山中部区域的递减速率最大,这一结果与该区域冰川急剧退缩相吻合;③ 近半个多世纪以来,冰雪融水径流增加是这3个典型流域径流量增加的主要原因,其中阿克苏河增幅最大（达0.4×10⁸ m³/a）。但自20世纪90年代中期以来,3个流域的径流量都呈减少趋势,与流域内冰川面积减少、厚度变薄及平衡线海拔升高的关系密切。研究结果揭示了气候变化驱动下的山区固态水体储量变化对流域水资源的影响机制,以期为流域水资源管理提供有价值的决策参考。     

基于多变量概率分析的珠江流域干旱特征研究

根据珠江流域42 个站点1960-2005 年的46 年日降水资料,以6 个月尺度的SPI 值表征珠江流域干旱情况。通过Mann-Kendall 趋势分析研究了珠江流域干旱时间演变特征,同时基于多变量Copula 函数,在定义的两种不同干旱情景下,根据两变量联合重现期及其对应的第二重现期,比较性地研究了珠江流域的干旱风险。研究结果表明：(1) 珠江流域西部有变旱的趋势而东部有变湿润的趋势,其中显著的变旱趋势集中在11、12、1 月,显著的变湿趋势集中在6、7 月。同时除个别站点外,干旱历时和干旱严重程度趋势不显著;(2) 珠江流域整体上干旱风险较大,东部要比西部干旱风险高。珠江流域内发生长历时干旱时,干旱严重程度也往往很大,对干旱风险管理很不利。在发生严重程度的干旱时,珠江流域东部的干旱高风险区域增加,威胁珠江三角洲地区水资源安全;(3) 由于第二重现期综合考虑了各种情况,可能第二重现期对干旱风险分析的结果更稳健一些。     

汾河水库以上流域径流变化与洪水频率分析

根据1970—2004年的实测水文资料,采用水文学及统计方法分析了汾河水库控制流域的径流量变化及其原因,同时还计算了不同重现期的控制站的洪峰设计值。结果表明,入库控制站静乐和上静游站丰、平和枯水水平年不同步,在20世纪70和80年代发生丰水和平水年份比较多,在90年代后枯水年份比较多,多干旱年份。水库控制流域洪水主要集中在7月、8月,同时极端洪涝和干旱事件出现的频次增多。以静乐站为代表分析降水对径流变化的结果表明,高强度降水在量级和次数上存在波动变化的态势,年径流的时序变化主要是受年降水量的变化影响。     

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。     

水系连通变异下荆南三口河系水文干旱识别与特征分析

为揭示水系连通变异下荆南三口河系水文干旱演变特征,运用荆南三口河系五站1956-2016年的月径流量数据,采用游程理论识别该河系水文干旱特征变量,并运用Kolmogorow-Smirnov优度检验法选出干旱历时、干旱强度和峰值的概率分布函数,构建出水文干旱特征联合分布Copula函数,对水系连通变异下该河系水文干旱特征进行深入研究。结果表明：① 1989年为荆南三口河系（1956-2016年）水系连通变异分割点;② 该河系连通性变异前后水文干旱特征均发生显著变化,水文干旱事件发生的次数增多,干旱历时增长,干旱强度增大,峰值增高;③ 各站点的相同单变量重现期下二维联合重现期在水系连通变异前基本上均比水系连通变异后长,二维同现重现期在水系连通变异前均比水系连通变异后短;④ 水系连通变异后,该河系水文干旱历时、干旱强度和峰值呈现增加趋势,且在相同单变量重现期的情况下,干旱历时更长,干旱强度更大,峰值更高;⑤ 水系连通变异后水文干旱特征的变化幅度与变异前存在差异,不同河系其水文干旱特征的变化幅度不同。     

阿克苏河地表径流过程与绿洲耗水分析

塔里木河流域近期综合治理,使流域灌溉条件和生态环境得到了初步改善.由于全球气候变暖,一方面冰川消融增强,雪线升高和冰储量减少,尽管冰川融水量近期有所增加,但长期会造成对河川径流调节能力减弱;加上对降水影响,使河流洪枯水量悬殊,可利用水资源量减少.另一方面使平原地区干旱加剧、消耗水量增加;同时,社会经济发展对水资源需求量不断增加,水资源供需矛盾及水质恶化的问题,是制约流域社会发展的瓶颈.因此,为了保障流域的可持续协调发展,必须长期坚持对塔里木河流域以节约、保护、合理配置水资源和盐碱化防治为主的综合治理.     

塔里木河流域60 a来天然径流变化趋势分析

利用塔里木河流域近60 a的地表径流、气温和降水量资料,通过趋势分析、突变检验、年代际分析等方法分析了塔里木河流域地表径流变化的时空差异性,探讨了塔里木河流域天然径流变化对气温、降水量变化的响应。研究表明：近60 a来塔里木河流域三源流径流整体存在增加的趋势,但干流径流存在减少的趋势;塔里木河流域三源流增加强度在1993年前后从强到弱依次为阿克苏河、叶尔羌河、和田河,进入2000年后从强到弱依次为和田河、叶尔羌河、阿克苏河;塔里木河流域三源流径流强度增加主要受降水增加和由气温增加引起的融雪径流增加的双重影响。     

基于GAMLSS模型的水文干旱指数研究——以玛纳斯河流域为例

传统的水文干旱指数是在一致性条件下确定的,而在非一致情况下水文干旱指数的识别精度受到质疑。特别是当全球气候发生剧烈变化的时候,应用合适的干旱指数可以增加干旱预警的精确度。一般在非一致情况下,通常会认为干旱指数的概率分布参数服从时间或者其他协变量的线性或者非线性变化。因此以玛纳斯河流域肯斯瓦特站为例,构建以时间为协变量的GAMLSS模型,建立非一致情况的标准化径流指数SRI_ns,并对比分析,讨论其适用性。结果表明：① 肯斯瓦特站1957—2014年期间,径流量的变化趋势比降水和气温的变化趋势更为明显,径流发生明显变化主要集中在秋季和冬季,降水全年各月的变化趋势不明显,气温则在春季和夏季变化较剧烈。② 通过对比研究区1957—2014年内有历史资料记载的历史干旱事件,SRI_ns对于研究区干旱事件的识别更准确,SRI_ns识别的严重干旱和极度干旱事件的发生频率要比SRI_s高。③ 通过游程理论识别出干旱特征变量,将干旱特征变量采用均匀分布随机化处理可以提高干旱历时序列的拟合精度。干旱特征变量序列的最优分布均为对数正态分布。④ SRI_ns和SRI_s的干旱特征变量的二维联合分布的最优Copula函数均为joe函数。通过对比干旱特征变量二维联合概率和重现期,SRI_ns可以缩小风险区间,增加干旱风险预警的精度,因此更适用于该研究区的干旱预测与风险评估。     

塔里木河流域水储量变化及绿洲生态安全评估

绿洲是干旱、半干旱地区最具生态敏感性和独特性的景观类型,是维系人类生存和社会经济发展的重要区域。然而,在气候变化与人类活动双重影响下,干旱区水资源及其绿洲生境正发生剧烈变化。基于2000—2020年MODIS、GRACE卫星数据、土地利用数据和气象观测资料,通过计算植被覆盖度,估算植被初级生产力(NPP)和遥感生态指数(RSEI),系统分析了过去20 a塔里木河(简称塔河)流域陆地水储量和绿洲的动态变化并完成了绿洲区生态安全评估。结果表明：(1)2002—2020年塔河流域陆地水储量以0.27 mm·月^-1的速率减少,空间上塔河流域陆地水储量在北部和西部区域显著减少,而在南部区域显著增加。(2)2000—2020年塔河流域绿洲面积显著增加,面积增加6.49%(0.42×10⁴km²)。塔河流域整体生态环境呈转好趋势,生态等级由较差级别转为中等级别,生态改善区占总流域面积的69%,而生态退化区面积不足5%。塔河流域归一化植被指数(NDVI)由2000年的0.13增至2020年的0.16,近20 a植被覆盖度增加36.79%...     

近40年来塔里木河流域气候及径流变化特征研究

以塔里木河流域的21个气象站和10个水文站1961～2000年观测资料为基础,对塔里木河流域的温度、降水及径流变化进行了分析.结果得出:(1)20世纪60年代以来塔里木河流域的年平均气温呈逐年代递增趋势,源流区的年平均气温增高了0.57℃,上游区增高了0.6℃,中游区增高了0.7℃,下游区增高了0.8℃,越往下游方向变暖趋势越明显,并且气温增高幅度逐步加大.(2)60年代以来塔里木河流域的年降水量也逐年递增,但是与温度的增幅趋势相反,从源流区到下游区,降水增幅逐步减少,源流区平均增加了34.2%,上游区增加了22.0%,中游区增加了15.3%,下游区只增加了6.1%.(3)该流域各源流的出山口径流量除和田河减少外,阿克苏河增加9.04亿m3,叶尔羌河增加5.51亿m3,开都河增加9.27亿m3.(4)该流域源流径流受温度和降水变化的双重影响,源流区的气候变暖和变湿是塔里木河源流径流量增长的一个非常重要的因素.     

不同重现期下淮河流域暴雨洪涝灾害风险评价

为探讨不同重现期情景下淮河流域暴雨洪涝灾害风险变化,利用不同类型共20 种分布函数拟合得到最大日降水量结果,并将其作为致灾因子,结合其他11 种指标,定量化评价淮河流域不同重现期暴雨洪涝灾害风险。研究发现：① 淮河流域暴雨洪涝灾害高风险区为流域中上游干流蓄洪区及周边地势低洼地,流域中部、西南部以及东部部分地区为中高风险区,低风险区分布于流域北部与中南部。② 随重现期增加（10a 一遇至1000a 一遇）,最大日降水量空间分布变化为流域东部整体危险性逐渐减弱,西南部高值区域增幅较大;而最终淮河流域暴雨洪涝灾害风险区划变化则表现为中高风险区保持相对稳定;高风险区与低风险区逐渐缩小,占流域总面积分别由8.3%、42.4%减小至3.2%与30.8%,风险高值保持稳定但区域集中程度越来越明显;中风险区则由28.3%增加至40.9%;整体呈现“流域东部大灾减少、小灾不断,西部高值区遇水成灾,北部中南部相对安全”的空间分布变化格局。     

土地利用/覆被变化下的暴雨径流过程模拟分析——以太湖上游西苕溪流域为例

应用水文模型HEC-HMS模拟分析太湖上游西苕溪流域未来土地利用/覆盖变化对不同重现期暴雨下洪水过程的影响.结果表明,城市化进程中研究区土地利用变化将导致径流总量和洪峰流量增加,而建设用地扩展幅度则直接影响径流总量和洪峰流量增加的程度;同时发现,随着暴雨重现期的增加,研究区土地利用变化对洪水过程的影响逐渐减小;此外,研究区土地利用变化及其水文效应具有显著的空间差异性,以靠近城市中心的子流域响应最为显著.     

西北地区主要国际河流水资源特征与可持续发展

西北地区国际河流众多,但主要有3个流域,即：额尔齐斯河、伊犁河及阿克苏河。它们都位于新疆境内,水资源的共同特征是：水资源丰沛、河川径流补给多样化、径流年际变化Cv值小而年内变化太。根据3个流域的水资源情况及自然经济情况,额尔齐斯河应以发展畜牧业为主导产业;伊犁河流域建成新疆乃至全国的畜产品基地、商品粮基地,形成以毛、麻纺织、皮草加工等为主的工业体系。阿克苏河流域要发挥自身优势,建设棉花(特别是长绒棉)、粮食(特别是优质水稻)基地。此外,为实现可持续发展战略,必须重视生态环境,要从总水资源中划出生态环境用水,建立人工绿洲生态经济系统。     

阿克苏河流域水资源可持续利用研讨会在阿克苏市召开

<正>随着国家"十三五"计划和"一带一路"重大战略的实施,作为"丝绸之路经济带"建设的核心区,南疆地区的水资源可持续开发利用有着更加深刻的意义,这不仅与当地经济社会可持续发展息息相关,还关系到南疆生态保护、国防安全和国家"一带一路"建设宏伟目标的实现。阿克苏河是塔里木河流域最大的水量补给来源,承担着满足灌区用水和向塔河生态输水的双重重任。作为新疆第二大灌区,阿克苏河流域近些年人口的急剧增长和灌溉面积不断扩     

新疆塔里木河三源流径流量变化趋势分析

运用非参数检验、R/S分析和小波分析等方法对塔里木河三源流的年径流序列进行了分析。结果表明:阿克苏河与叶儿羌河的突变点在1993年,而和田河在1978年;阿克苏河径流呈显著增加趋势而叶儿羌河增加不显著,结合其Hurst指数可知,在未来阿克苏河仍将保持增加走势而叶尔羌河将转变为减少;和田河径流呈轻微的减少趋势,其Hurst指数接近于0.5,具有随机性,不可做长程预测;阿克苏河在6、18、22 a周期性明显,和田河主周期为9和17 a,而叶尔羌河在3、9、13和17 a处周期性明显。     

西北干旱区内陆河年径流过程的非线性特征——塔里木盆地三源河的实证分析

以塔里木盆地三源河为例,基于1957-2002年的时间序列,运用小波分析方法从不同的时间尺度上分析了年径流过程的非线性变化趋势,并运用关联维数和R/S分析方法揭示了其分形与混沌特征.主要结论如下:(1) 西北干旱区内陆河年径流过程,是复杂的非线性系统,它们具有波动性以及分形和混沌特征.(2) 从大的时间尺度,即16(24)年的时间尺度上来看,阿克苏河、叶尔羌河的年径流量,在整体上基本呈上升趋势,而和田河在整体上却基本呈轻微的下降趋势.如果把时间尺度缩小到8 (23)或4 (22)年,则各河流的年径流量就不再是上升或下降趋势,而是呈明显的波动变化,而且4(22)年尺度上的波动比8(23)年尺度上的波动更加明显.(3)和田河、叶尔羌河与阿克苏河的关联维数分别为3.222 7、3.211 8与 3.209 2,均为非整数,是分形,这说明三源河的年径流过程具有混沌特征.由于每一个关联维数都大于3,这就意味着,要从动力学角度描述三源河的径流过程,至少需要4个独立变量.(4) 从1989-2002年期间的Hurst指数可以判断,在2002年以后的14年里,阿克苏河与叶尔羌河的年径流量基本上将呈增加趋势,而和田河基本上将呈轻微的减少趋势.