黑河上游多年基流变化及其原因分析

利用递归数字滤波法分割黑河上游主要水文站点的基流量,用移动平均、曼-肯德尔（Mann-Kendall）突变检验,小波分析方法分析研究区多年基流变化特点,并对基流影响因子进行分析。结果显示：黑河上游祁连、扎马什克、莺落峡三站多年平均基流指数均大于0．4;祁连与莺落峡多年基流量呈上升趋势,二者都在1979年发生增加到显著增...     

两种自动基流分割方法在干旱半干旱地区的对比研究

基流是河川径流的重要组成部分。在干旱半干旱地区,基流对于维持水源的稳定性及持续性、确定河流生态需水等方面具有重要作用。因此,基流分割结果的准确性至关重要。本文以黄河流域上游小流域为研究区,分别使用滑动最小值法和数字滤波法对典型年进行基流分割,然后用数字滤波法对1980-2014年日均径流进行基流分割,并分析基流的变化趋势。研究表明,数字滤波法在干旱半干旱地区具有较好的应用效果,滑动最小值法分割的基流结果偏小;在特定研究区的参数难以确定时,应结合两种方法的优点确定最佳的基流分割方案。研究区1980-2014年的平均基流指数为0.69,高于全国平均值0.26、西北诸河区的0.57及黄河区的0.43;趋势分析显示,研究区的年径流、基流、BFI的增长幅度分别为0.086 (m³/s)/10a、0.169 (m³/s)/10a、0.038/10a。MK趋势检验结果显示,年径流未通过10%的显著性检验,增长趋势不明显;基流和BFI分别通过了2.5%和1%的显著性检验,增长趋势显著。     

气候变化背景下尼雅河流域生态基流研究

流域生态基流是河流生态系统健康稳定的关键,以新疆尼雅河流域为研究区域,根据民丰县气象站1958—2018年的气象数据与尼雅河4个水文监测断面1978—2018年的水文数据,运用趋势拟合、Tennant法、相关性分析和回归模型等分析流域气候变化、确定生态基流并探究其时空分异与保证率变化,揭示生态基流对气候变化的响应。结果表明：61 a来流域气温以0.22 ℃·(10a)^-1的速度增加,年降水量以3.8 mm·(10a)^-1的速度增加;尼雅水库、八一八渠首、尼雅水文站和尼雅渠首的年生态基流推荐值分别为：1.989 m³·s^-1、2.188 m³·s^-1、1.755 m³·s^-1、1.702 m³·s^-1;生态基流年际最大值出现在2010年,最小值在1980年,年内最大值在7月,最小值在1月或12月;空间上表现为上游高下游低,以八一八渠首处最高,尼雅渠首处最低;各站多年平均生态基流保证率分别为：50%、45%、50%、45%,且表现出汛期明显高于非汛期;逐年、逐月生态基流与气温、降水量均在0.01水平上显著相关,但在春夏季对气温敏感,秋冬季对降水量敏感,各水文监测断面的回归模型耦合效果相似,流域整体回归方程R²=0.365,且生态基流对气候变化响应具有整体性和衰减性。研究结果可为尼雅河流域生态调水和水生态修复提供参考。     

基于数字滤波法和SWAT模型的灞河流域基流时空变化特征研究

将国内外应用较广的数字滤波法和分布式水文模型SWAT相结合,在进行基流时间特征分析的基础上,通过修正基流退水系数α、模型效率评价、重新运行模型、GIS空间插值和趋势分析等方法,创新性地实现了基流空间特征的可视化表达。研究结果表明：① 2001~2012年灞河流域年均基流指数（BFI）为0.43,总体呈增加的趋势。年降水量与年径流、年基流均呈明显的正相关关系,与年基流指数呈明显的负相关关系;② 基流年内变化较为稳定,在时间上存在秋季>春季>夏季>冬季、汛期>非汛期的关系。枯水期的基流指数高达0.78,表明基流是枯水期河流的主要补给来源;③ 灞河流域基流在空间上表现为自东南向西北、自上游向下游逐渐增加的趋势,这种空间分异规律是由流域的地势和河流流向决定的。     

黄土高原典型流域地下水补给-排泄关系及其变化

基于长序列实测日径流资料,分析了无定河流域的地下水补给-排泄关系。结果表明:①流域多年平均地下水补给量为11.38~15.69 mm,降水入渗补给系数为2.9%~4.4%,基流补给率约为73.6%~86.8%;②就三个分区而言,年均地下水补给模数、降水入渗系数以黄土区最大,河源区次之,风沙区最小;而基流补给率以河源区最大,黄土区次之,风沙区最小;③趋势分析表明,研究区地下水补给量总体呈显著减少趋势,并进一步导致了基流量的减少。但是基流的减少程度高于补给量。     

数字滤波法在锡林河基流分割中的比较与应用北大核心CSCD

以1974年锡林浩特水文站实测径流数据为例,通过Lyne-Hollick、Chapman、ChapmanMaxwell、Boughton-Chapman四种方法对其进行基流分割。一方面研究不同滤波方法滤波次数、滤波参数变化对基流分割结果的影响;另一方面确定流域基流分割的最优参数。结果表明:LyneHollick、Chapman、Chapman-Maxwell、Boughton-Chapman四种滤波法在锡林河基流分割中,拥有两个滤波参数的Boughton-Chapman滤波法分割基流的模拟效果最好,这是因为拥有两个滤波参数的数字滤波器与拥有一个参数的数字滤波器相比,其对总径流序列的高频信号的平滑作用更显著,所获得的地下径流序列更稳定,变化性更小。但其相比于单参数滤波法分割次数较多。对于单参数滤波方法中,Lyne-Hollick滤波法分割基流的模拟效果较好,Nash-Sutcliffe效率系数较接近于1,平均相对误差均<5%,Chapman和Chapman-Maxwell滤波法分割结果偏低,平均相对误差均>10%。     

黄土高原丘陵区小流域地下水补给特征

地下水补给量反映了含水层的可更新能力,是地下水资源管理与合理开发利用的关键参数之一。为定量研究黄土高原丘陵沟壑区小流域地下水的补给特征,基于岔巴沟流域上游、中游、下游3个水文站1959-1969年降水与日径流观测资料,通过退水分析法估算了流域地下水补给量,并分析了与降水量和基流量的关系及其在年内的补给变化过程。结果表明：岔巴沟流域年平均基流量为13.09 mm·a^-1,更新时间为124 d,补给量为11.46 mm·a^-1,降水入渗补给率为0.025,基流补给率为0.89。从上游到下游地下水补给量与入渗补给率逐渐增大,且上游与下游之间有显著差异（P<0.05）;基流补给率逐渐减小,各集水区之间差异均显著。地下水补给量与降水量呈线性正相关（R²>0.40）,在下游集水区内随降水量变化的增幅较大。基流量与降水量也呈正相关关系（R²>0.77）,干流基流80%以上源于降水补给转化。以5月份为节点可将地下水补给过程分为"一次补给"和"二次补给"2个主要阶段,其分别占全年总补给量约30%和70%,并且"二次补给"是造成岔巴沟流域不同集水区地下水补给量差异的主要阶段,并且为无资料地区小流域地下水资源的评价提供借鉴。     

CFSR气象数据在流域水文模拟中的适用性评价——以灞河流域为例

近年来,全球再分析气象数据已经越来越多地被运用到世界各地的水文建模中,但是其模拟的效果有很大差异。为探讨CFSR再分析数据在流域水文模拟中的适用性问题,本文以灞河流域为研究区,使用两种气象数据（传统气象数据和CFSR气象数据）构建SWAT水文模型,并从年和月尺度分别进行灞河流域2001-2012年的径流模拟,利用回归分析、纳什效率系数NSE和百分比偏差PBIAS等评价方法对两种数据的模拟效果进行对比。最后,提出了CFSR气象数据订正的方法。结果表明：① CFSR气象数据在灞河流域水文模拟中有一定的适用性,模拟结果的拟合优度R²>0.50,NSE>0.33,|PBIAS|<14.8,纳什效率系数NSE偏低。尽管CFSR气象数据质量存在一定问题,但是经过降雨数据订正后能够取得比较满意的模拟效果。② CFSR气象数据模拟流量比实测流量偏高,这主要是由于CFSR逐日降水数据估算的降雨天数较多、雨强较大,一般会导致该数据在水量平衡方面能够模拟出较高的基流和洪峰流量（个别年份除外）。③ 灞河流域CFSR降水数据（x）与实测降水数据（y）之间的关系大致可用幂指数方程表达：y = 1.4789x^0.8875（R² = 0.98,P<0.001）,每个CFSR站点的拟合方程略微不同,此方程为CFSR降水数据的订正提供了理论基础。     

气候变化和人类活动影响下澧水流域径流及其不同组分的变化简

目前径流变化相关研究较少涉及径流的不同组分。利用湖南省澧水流域4个水文站点长序列观测资料,不仅分析了2007-2011年相对于1985年以前径流总量及其历时曲线的变化,也分析了地表径流和基流及其历时曲线的变化。与1985年以前比,流域年降雨量保持不变,最显著的变化为森林覆盖率的增加和大量水库的修建。这些人类活动没有造成年径流总量、年基流量和年地表径流量的显著变化,但在日时间尺度上对径流过程产生了重要影响。地表径流和地下径流对人类活动存在差异性响应,2007年以后地表径流在洪峰期流量变小而其他时段变大,而地下径流汇水受人类活动影响较小,基流流量除枯水期外与1985年以前基本一致。本文所揭示的规律可能在中国南方具有一定的代表性。     

数字滤波法在锡林河基流分割中的比较与应用

以1974年锡林浩特水文站实测径流数据为例,通过Lyne-Hollick、Chapman、ChapmanMaxwell、Boughton-Chapman四种方法对其进行基流分割。一方面研究不同滤波方法滤波次数、滤波参数变化对基流分割结果的影响;另一方面确定流域基流分割的最优参数。结果表明:LyneHollick、Chapman、Chapman-Maxwell、Boughton-Chapman四种滤波法在锡林河基流分割中,拥有两个滤波参数的Boughton-Chapman滤波法分割基流的模拟效果最好,这是因为拥有两个滤波参数的数字滤波器与拥有一个参数的数字滤波器相比,其对总径流序列的高频信号的平滑作用更显著,所获得的地下径流序列更稳定,变化性更小。但其相比于单参数滤波法分割次数较多。对于单参数滤波方法中,Lyne-Hollick滤波法分割基流的模拟效果较好,Nash-Sutcliffe效率系数较接近于1,平均相对误差均5%,Chapman和Chapman-Maxwell滤波法分割结果偏低,平均相对误差均10%。     

An optimized baseflow separation method for assessment of seasonal and spatial variability of baseflow and the driving factors

Baseflow is an important component of river or streamflow. It plays a vital role in water utilization and management. An improved Eckhardt recursive digital filter(IERDF) is proposed in this study. The key filter parameter and maximum baseflow index(BFImax) were estimated using the minimum smoothing method to improve baseflow estimation accuracy. The generally considered BFImax of 0.80, 0.50 and 0.25 according to the drainage basin's predominant geological characteristics often leads to significant errors in the regions that have complex subsurface and hydrologic conditions. The IERDF improved baseflow estimation accuracy by avoiding arbitrary parameter values. The proposed method was applied for baseflow separation in the upstream of Yitong River, a tributary of the Second Songhua River, and its performance was evaluated by comparing the results obtained using isotope-tracer data. The performance of IERDF was also compared with nine baseflow separation techniques belonging to filter, BFI and HYSEP methods. The IERDF was also applied for baseflow separation and calculation of rainfall infiltration recharge coefficient at different locations along the Second Songhua River's mainstream for the period 2000–2016. The results showed that the minimum smoothing method significantly improved BFImax estimation accuracy. The baseflow process line obtained using IEDRF method was consistent with that obtained using isotope 18 O. The IERDF estimated baseflow also showed stability and reliability when applied in the mainstream of the Second Songhua River. The BFI alone in the river showed an increase from the upstream to the downstream. The proportion of baseflow to total flow showed a decrease with time. The intra-annual variability of BFI was different at different locations of the river due to varying climatic conditions and subsurface characteristics. The highest BFI was observed at the middle reaches of the river in summer due to a water surplus from power generation. The research provided valuable information on baseflow characteristics and runoff mode determination, which can be used for water resources assessment and optimization of economic activity distribution in the region.     

黄河源区基流估算

河川基流在水安全、粮食安全、非点源污染评价、水资源评价和调查、水资源配置、工农业供水和降雨-径流关系模拟中有着重要的应用。黄河源区(唐乃亥水文站以上区域)的产水量占黄河流域的35%以上,是黄河流域的重要产水区,对黄河源区基流的估算就显得尤为重要。根据研究区域的气候特征,对加里宁法在本区域的应用提出了改进,并提出了新的计算程序。在此基础上,和电子滤波法进行了对比分析。结果表明,电子滤波法非常敏感,滤波参数β控制了基流在总径流中的比例,β与基流成负相关关系,对于不同的来水年份,其敏感性分析图形的形态都很相似;改进的加里宁法基流划分过程强烈地依赖于日过程线的起伏情况,基流一般随着退水系数的增加而增大,加里宁法分割的基流对于参数的变化并不敏感。     

基于SWAT模型的基流估算及评价——以洛河流域为例

SWAT是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型,它能够利用GIS和RS提供的空间数据信息,模拟复杂大流域中的径流成分。本文应用SWAT模型对基流进行模拟,分别采用1992～1996年和1997～1998年洛河流域卢氏水文站逐年、月实测径流资料进行模型校准和验证,确定模型的敏感性参数:径流曲线数、地下水再蒸发系数、土壤蒸发补偿系数和植物蒸发补偿系数;并借助滤波技术对实测径流进行基流分割。将滤波分割的基流与SWAT模拟值进行对比,采用线性回归系数(R2)和Nash-Suttclife模拟系数(Ens)对SWAT模型进行评价,其结果月基流R2为0.76,Ens为0.75,模拟精度较高。     

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。     

Quantitatively estimate the components of natural runoff and identify the impacting factors in a snow-fed river basin of China

Snowmelt water is an essential runoff source of some alpine rivers in China. This study selected the Upper Burqin River(UBR), a typical snow-fed river, to quantitatively assess the runoff contributions of different components, as well as the causes of runoff variations under the background of cryosphere change and global warming. Based on the spatial-temporal distributions of snow and glaciers during a year, as well as the altitudinal variations of 0 ℃ isotherm, the high flow hydrographs in UBR was separated into two parts: seasonal snowmelt flood of lower altitudes(3,000 m) and glacier-snow melt flow in high altitudes(3,000-4,296 m). The daily baseflow hydrograph of UBR was separated by the digital filtering technique. It is concluded that the contributions of snowmelt flow, glacier melt flow, and baseflow(includes rainfall runoff component) to total annual flow volumes are 27.2%(±2.7%), 8.5%(±1.7%), and 64.3%(±3.0%), respectively. The speed of air temperature rise in spring may be the controlling factor for monthly snowmelt flow distributions in the snow-fed river. The volume of snowmelt was determined by spring precipitation(SP) and previous winter's precipitation(PWP). The PWP changes can explain 43.7% of snowmelt changes during 1981-2010 in UBR, while snowmelt change in 1957-1980 is more impacted by SP. The determining factor of snowmelt variation was changed from SP to PAP during the recent decades. Precipitation in current year, excluding previous year's rainfall and snowfall, can only explain 32%-70% of the variability in total runoff.     

基于SPI的黑龙江省干旱时空特征分析

利用黑龙江省10个气象站点1953—2015年逐日降水数据,计算不同尺度下的标准化降水指数(SPI),并结合游程理论分析黑龙江省干旱的时空演变特征。结果表明:降水仍是黑龙江省干旱的主要影响因素;黑龙江省干旱夏季和秋季呈增强趋势,SPI变化速率分别为每10 a下降0.029、0.135,春旱和冬旱呈缓解趋势,速率为每10 a上升0.061、0.074,年SPI变化速率为每10 a下降0.044;黑龙江省20世纪60年代中后期~70年代末,干旱较为频繁,且干旱的持续时间长、干旱程度大、干旱强度大,出现了1974—1980年的连续干旱期,80年代~90年代中期较为正常,90年代末及之后,干旱频率及其持续时间、程度、强度呈增加趋势;干旱事件的持续时间从西北向东南呈增加—减少趋势,黑龙江省中部的干旱事件持续时间最长。     

腾格里沙漠周边地区1960-2012年气候变化特征

根据腾格里沙漠周边地区9个气象站点1960-2012年逐月平均气温、平均最高气温、平均最低气温、降水量、平均相对湿度、日照时数和平均风速的观测资料,利用线性回归、滑动平均和Mann-Kendall突变检验分析了该区1960-2012年气候变化特征。结果表明:1960-2012年,腾格里沙漠周边地区年平均气温以0.34 ℃/10a的速率呈显著上升的趋势,并于1989年发生显著突变;从季节变化来看,冬季升温幅度最大,达0.52 ℃/10a;年平均最高、最低气温均呈显著上升的趋势,但是年平均最低气温的升温速率0.44 ℃/10a明显大于最高气温升温速率0.25 ℃/10a,增暖的不对称性导致年平均气温日较差以0.18 ℃/10a的速率显著减小。年降水量以1.08 mm/10a的速率增加,但变化趋势不显著,四季降水量均有不同程度的增加;湿润指数的变化亦不显著,年、春季、夏季和秋季湿润指数均有减小趋势,冬季湿润指数有增加趋势;年、季平均风速皆呈显著减小的趋势,年平均风速减小的速率为0.15 m·s^-1·(10a)^-1,日照时数以5.6 h/10a的速率呈不显著的增加趋势,各季节日照时数有不同的变化趋势,春季和夏季日照时数呈增加趋势,而秋季和冬季的日照时数呈减小趋势。