全国七大流域水文设计成果修订中若干关键技术问题探讨

为准确反映目前流域径流、洪水的实际情况,水利部组织完成了七大流域的水文设计成果修订工作。介绍了七大流域水文设计成果修订概况,总结分析了径流和洪水系列一致性处理、设计水文成果计算方法、成果合理性分析、修订成果应用等若干关键问题。重点阐述了洪水和径流系列的还原计算和考虑下垫面变化条件下的一致性修订问题,并对下一步修订成果的应用和研究重点提出了建议。     

梯级水库作用下的长江流域水文设计成果修订研究

长江流域水文成果复核选取了48个水文站点作为研究对象,考虑站点上游已建具有较强调节能力的大型水库调蓄影响,对径流、洪水进行还原分析计算以保证系列的一致性,并对径流、洪水设计成果的变化进行对比分析。径流成果分析表明,延长系列后干支流主要控制站点的径流成果较为稳定,多年平均年径流量和各站点20%、50%和75%频率年径流设计值的相对变化均在5%以内;洪水成果分析表明,延长洪水系列后的百年一遇设计洪水成果与前期不同阶段采用成果相比变化不大,基本均在4%以内。     

淮河流域水文设计成果修订研究

以《淮河流域及山东半岛水资源评价》、《淮河流域综合规划(2012-2030)》采用的水文设计成果为基础,按照一致性原则,将资料系列延长至2010年,对水文设计成果进行复核分析。分析计算结果表明:淮河流域设计年径流、淮河干流设计洪水与规划采用成果基本一致。沂沭泗河水系设计洪水偏小,主要原因是自1975年以来,沂沭泗河水系长期处于偏枯水年,设计值存在偏小的可能。     

七大流域设计洪水修订成果分析

在全国各大流域防洪规划和综合规划设计洪水成果的基础上,整理设计洪水相关资料,延长洪水系列,进行还原计算和频率适线分析。经过数年工作,完成了七大流域设计洪水成果的修订和审查工作。设计洪水修订的项目主要包括设计洪峰和不同时段的洪量,修订后的设计洪水成果代表性更好。介绍了七大流域设计洪水修订成果及变化情况,并对不同流域影响设计洪水成果的因素进行了分析,通过与原审批成果的对比分析,推荐了设计洪水成果修订的采用成果,以此作为各站点修订后的成果以及以后工程设计的依据。     

太湖流域水文设计成果修订研究

延长降雨系列至2010年,在2010年太湖流域土地利用条件下,对太湖流域防洪规划、水资源综合规划等水文设计成果进行了复核分析。分析结果表明:太湖流域不同时段设计暴雨和设计洪量与防洪规划成果基本一致,个别水利分区受土地利用变化大等因素影响,设计洪量变化相对较大;太湖流域不同降水保证率年雨量与水资源综合规划成果基本一致,设计年径流量及多年平均径流量同样受土地利用变化等因素影响略有增加。总体而言,本次复核修订的水文设计成果不会对原规划成果造成较大影响。     

全国七大流域设计径流变化分析及成果修订

在全国第二次水资源调查评价基础上,通过对比七大流域径流系列延长前后的变化情况,分析347个水文站点径流系列均值及特枯值的变化幅度,用以反映近10年各流域水文情势的变化情况。经分析,近10年天然来水总体偏枯,松辽、海河、黄河的设计径流呈现一定减小趋势,长江、淮河、太湖、珠江的设计径流变化趋势不显著。本次延长后的径流系列代表性总体较好,同时黄河流域还考虑近期下垫面对降雨径流关系影响,因此本次大多推荐七大流域延长后的设计径流成果,为开展全国第三次水资源调查评价提供一定的技术支撑。     

黄河流域水文设计成果修订研究

将黄河流域主要控制站/区间的降雨、径流、洪水资料系列延长至2010年并分析其变化特点,在对实测径流还原的基础上,通过降雨径流关系变化分析下垫面变化对径流系列一致性影响,并采用多种方法进行一致性处理,提出3种下垫面情景的天然径流系列并推荐近期I下垫面情景的黄河设计径流成果。分析了影响洪水一致性的因素,对主要影响因素进行还原,对影响黄河中下游常遇洪水量级的因素进行还现,提出黄河流域各站天然设计洪水及中游现状下垫面5年一遇及以下设计洪水。     

人类活动对官厅山峡设计洪水影响分析

1950年以来,区域中小型水库、塘坝窖池等水利工程和水土保持工程的建设,地下水超采等人类活动,对永定河官厅山峡水文系列的一致性产生了较大影响。基于新安江-海河模型,对官厅山峡的设计洪水成果进行了修订,经计算,100年一遇频率下,官厅山峡3d设计洪量修订值为2.54×10~8m~3,7d设计洪量修订值3.55×10~8m~3。     

七大流域水文特性分析

我国东西和南北方向地理跨度大,水文特性差异明显。从气候特征、降雨和径流、暴雨和洪水等方面,分析七大流域的水文特性,总结降雨和径流在上下游、干支流等空间上以及年内和年际等时间上的分布规律,并分析暴雨和洪水在成因、发生时间、空间分布、过程等方面的规律,为径流和洪水成果计算提供了基础,也为水文成果的合理性检验提供了参考。     

敦煌西土沟沙漠洪水资源开发利用模式及成效分析

收集研究区域内雨量站历年降水量资料,水文站历年径流系列资料以及历年最大洪峰流量、洪水总量成果资料及西土沟敦煌沙漠水文实验研究站实测水文资料,调查该区域内洪水沟道的历史最大洪水。用水文学原理和方法对洪峰流量和洪水总量变化规律进行统计分析,结合敦煌西土沟流域灾害综合治理工程实施情况估算区域水资源可利用量,提出沙漠洪水资源开发利用新模式。结果表明:西土沟流域洪水灾害综合治理工程的实施探索出导流+分洪+工程防护的洪水资源开发利用模式、拦蓄洪水产生地下径流利用模式和沙漠冷水虹鳟鱼养殖到葡萄种植的区域水资源重复利用模式;有效遏制了研究区内沙漠的进一步推进并可显著增加流域内可利用水资源量,实现了区域生态治理与经济发展的良性循环。     

水土保持地区人类活动对汛期径流影响的估算

人类活动对于流域水文要素时变过程的影响显著,确定人类活动影响下水文要素时序的显著转折点、选出相对"天然"的序列,对于开展水土保持效益评价研究具有重要意义。以延河流域为例,采用数理统计方法推估获取人类活动影响下汛期径流时序的显著转折点,以显著转折点前的数据建立预测模型,对比分析汛期径流量的实测值与预测值,其差值即为人类活动对汛期径流的影响程度。较之传统研究方法,本文以汛期水文数据取代年均数据,以汛期降水径流综合系数代替年径流系数,从而减弱了黄土高原地区降水、径流变化幅度巨大的干扰影响。结果表明,从20世纪50年代末至80年代末,1970年为人类活动下延河流域径流时序的显著转折点,1970年以后人类活动对流域水文的影响更显著,1981年达到最大值,为72.04%。20世纪70、80年代人类活动对延河汛期径流量的影响一直处于负面减流状态。人为因素是延河径流量演变的主要驱动因子。     

变化环境下半干旱草原流域径流变化特征及其影响因子定量分析

地表水文过程在气候波动和人类活动的作用下发生了不可忽视的变化,这种变化对于内蒙古半干旱草原流域来说更为显著。采用改进的M-K趋势检验法、双累积曲线法、累积距平法和小波变换法对典型半干旱草原流域——锡林河流域1963～2015年径流序列的变化特征进行了剖析,并以社会经济指标量化流域内人类活动影响及细化降水特征因素,运用统计检验和主成分分析进行了变化环境下流域径流主要影响因素的定量分析。结果表明,锡林河流域径流量在水文年、季尺度呈现显著(p0.05)减少趋势;流域径流的突变年份为1998年,在其前后影响径流变化的主导因素发生变化,1998年以后径流受到人类活动和气候变化的双重影响;水文年和枯水季径流序列均存在6年、25年左右的周期,而丰水季径流不存在显著周期变化;尽管气候因素中的降水、蒸发、相对湿度及所有人类活动因素与径流显著相关而影响径流,但其中人类活动为径流变化的主导因素。     

渭河源区典型小流域水沙演变规律分析

根据渭河源区清源河典型小流域实测水文资料,分析了流域水文要素的年内和年际变化规律,流域降水、径流和泥沙主要集中在汛期,5-9月降水量占全年的78.5%,5-10月径流占全年的78.7%,5-8月输沙量占全年的88.9%。受上游修建水库、水土保持等人类活动的影响,流域汛期径流和泥沙1997-2013年比1980-1996年均减少了5.9%。流域面平均降水量、平均流量、平均输沙量年际变化不稳定,总体呈减少趋势,序列最大可能变异点分别为1995年、1994年和1997年。建立了流域年降水量与年径流深、次降水量P+Pa与次径流深相关模型,相关系数达到0.902和0.860。以年最大洪峰流量为参数,分别建立了流域年径流量与年输沙量、次径流量与次输沙量关系模型,相关系数达到0.835和0.917,公式模拟值与实测值接近,误差较小,可以作为以径流推算泥沙的重要依据。通过定性定量分析人类活动对流域径流、泥沙的影响程度,对区域抗旱防洪减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。     

流域水文年及丰枯水期划分方法

研究流域水文年及丰、枯水期划分方法,为水文水利计算提供科学依据。通过分析流域径流变化特点,提出径流累计距平法。将该方法用于黑河上游流域,结果表明:该方法为黑河上游流域确定了合理的水文年及丰、枯水期;在不同水文年起讫日下,黑河上游流域年径流时间序列的统计特性和典型年的径流年内分配特征发生显著变化。因此,径流累计距平法可用于划分流域水文年及丰、枯水期,统一水文年划分方式对水文水利计算十分必要。     

土地利用变化对海河流域典型区域的径流影响

为研究海河流域径流对土地利用变化的响应,以阜平流域、匡门口流域和界河铺流域为研究区,利用1970—2011年的水文气象资料,分析了不同土地利用的时空转移特征,然后结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,设置4种土地利用情景,评价了土地利用变化对径流的影响。结果表明:模型能够较好地模拟全年及汛期月流量过程;多年径流量呈下降趋势,20世纪80年代到90年代中期呈波动性变化;不同的土地利用类型在时空上的转化呈现可逆性,主要是林地增加,草地减少,耕地略有增加;林地的增加和草地的减少会降低汛期径流量以及最大月径流量;汛期径流系数随着林地面积的增加而减小。合理地规划土地利用格局,对控制流域水文事件具有重要意义。     

Effects of different soil and water conservation measures on hydrological extremes and flood processes in the Yanhe River,Loess Plateau,China

The runoff and sediment load of the Loess Plateau have changed significantly due to the implementation of soil and water conservation measures since the 1970s. However, the effects of soil and water conservation measures on hydrological extremes have rarely been considered. In this study, we investigated the variations in hydrological extremes and flood processes during different periods in the Yanhe River Basin (a tributary of the Loess Plateau) based on the daily mean runoff and 117 flood event data from 1956 to 2013. The study periods were divided into reference period (1956–1969), engineering measures period (1970–1995), and biological control measures period (1996–2013) according to the change points of the annual streamflow and the actual human activity in the basin. The results of the hydrological high extremes (HF1_max, HF3_max, HF7_max) exhibit a decreasing trend (P?<?0.01), whereas the hydrological low extremes (HBF1_min, HBF3_min, HBF7_min) show an increasing trend during 1956–2013. Compared with the hydrological extremes during the reference period, the hydrological high extremes increased during the engineering measures period at low (<?15%) and high frequency (>?80%), whereas decreased during the biological control measures period at almost all frequencies. The hydrological low extremes generally increased during both the engineering measures and biological control measures periods, particularly during the latter period. At the flood event scale, most flood event indices in connection with the runoff and sediment during the engineering measures period were significantly higher than those during the biological control measures period. The above results indicate that the ability to withstand hydrological extremes for the biological control measures was greater than that for the engineering measures in the studied basin. This work reveals the effects of different soil and water conservation measures on hydrological extremes in a typical basin of the Loess Plateau and hence can provide a useful reference for regional soil erosion control and disaster prevention policy-making.