新疆伊犁地区巩乃斯河流域1972～2015年气温及降水时间序列的变化特征及趋势分析

为了更好的指导巩乃斯河流域水资源的开发利用,对其水文气象变化规律的研究有至关重要的作用。本文借助1972～2015年逐年平均气温、降水资料,运用滑动平均法、M-K(Mann-Kendall)检验法和小波分析法,对巩乃斯河流域气温与降水序列的演变趋势、突变情况和周期性变化特征进行分析研究。结果表明:(1)基于M-K检验法,分析各序列的演变趋势,发现巩乃斯河流域年平均气温与年降水量总体都有显著的增加趋势,其中年平均气温与降水的变化倾向率分别为0.65℃/10a与17.2 mm/10a,突变时间点分别表现在1991年与1982年上;(2)基于小波分析法,分析各序列的周期变换特性,发现研究区未来的年平均气温整体呈上升趋势,降雨量呈减少趋势,其中年平均气温序列的变化第一、二主周期表现在22年与29年的时间尺度上;年平均降水量则在时间尺度为27年与8年上出现变化的第一、二主周期。     

淮河干流径流量长期变化趋势及周期分析

基于淮河干流鲁台子站1951～2008年径流量资料,采用最小二乘法、PIII曲线法和小波分析方法系统分析鲁台子站径流量的变化特征。结果表明:汛期径流量占全年径流总量的64%,年际变化最大相差4.7倍;从线性趋势来看,年径流量减少速率为0.68×108m3/a,其中汛期径流量减少速率为0.24×108m3/a,非汛期径流量减少速率为0.44×108m3/a,汛期径流量丰枯变化跟全年径流量相似程度高,非汛期径流量的年际波动较平稳;三种小波母函数对年径流序列周期分析结果略有差异,Mexcian hat小波检测结果偏宏观,Morlet小波和cmor2-1小波检测兼顾微观周期,cmor2-1小波更加准确全面反映径流周期变化,综合分析得出鲁台子年径流序列2年左右的主周期和8年左右的次周期。     

喀斯特流域径流量时序演变特征分析——以贵州省为例

以贵阳水文站近45年年径流量序列为例,利用Mo r let 小波变换对喀斯特流域径流量时序演变特性进行了分析预测。结果表明: ( 1)贵阳水文站年径流主要存在4a和25a 两个时间尺度的周期变化,在这两种时间尺度下,径流演变呈现出较明显的丰、枯交替振荡。( 2) 2000年以后的10a左右,年径流量有由丰转为枯、逐步下降的趋势。( 3)年平均径流量的丰、枯周期变化主要受年平均降水量的影响;人类活动对喀斯特流域年径流量有增加和减小两方面的影响,总体上会使径流量略有增加。      

基于小波变换的郑州降雨量与太阳黑子活动关系分析

为探究太阳黑子活动与地区降雨量的关联性,采用连续小波变换方法,分析了1980年以来郑州地区(新郑站点)降雨量和太阳黑子数的数据变化,并对不同时段两者的相关性进行研究;进一步对两者进行交叉小波变换和小波相干谱分析,并根据两者关系通过太阳黑子数观测值对降雨量进行预测。结果表明：(1)不同时段降雨量和太阳黑子数的相关性存在正负差异的现象。降雨量的第一主周期尺度是21 a,在此主周期尺度下得到14 a主周期;太阳黑子数的第一主周期尺度是16 a,在此主周期尺度下得到11 a主周期(与经验值相符)。降雨量与太阳黑子数的主周期相差了3 a,因此导致两者的相关性在不同时段存在正负差异。(2)降雨量与太阳黑子数在1992—2008年的8～12 a时间尺度上关联性显著,且降雨量比太阳黑子数存在规律性的时间滞后,两者在2～4 a和7～10 a的时间尺度上关联性较好;降雨量比太阳黑子数分别在1991—2004年和2006—2013年这两个时间段上呈现规律性的滞后,两者在其他时间段的各时间尺度上关联性不明显。(3)根据延迟年数经验公式,由太阳黑子数观测值对降雨量进行预测,最近的降雨量峰年在2022年附近,与2...     

金沙江下游及三峡段水文气象因子演变与响应的分析

对金沙江下游及三峡段3个水文站1954~2008年径流序列和2个气象站1951~2008年降雨、气温序列运用滑动平均法和Mann-Kendall法进行趋势性检验,利用有序聚类法、均值检验法分析突变性及小波分析法进行周期性诊断,并应用Pearson法对径流、降雨和气温的相关关系进行研究。研究表明:(1)研究区径流量的年内分配不均匀性和年际变化不显著。(2)金沙江下游段屏山站的径流量呈上升趋势,并在1997年发生突变,但该区域宜宾站的降雨量呈下降趋势并在1991年发生突变;三峡段寸滩站和宜昌站的径流量呈下降趋势,分别在1968年和2005年发生突变,同时该区域沙坪坝站的降雨量呈上升趋势并在1961年和1995年发生突变。(3)径流和降雨时间序列都存在小于10a的主周期以及20a以上的次周期。(4)各水文站夏季径流量受同期降雨量和同期气温的共同影响,而秋季径流量受前期气温的影响最大。     

额尔古纳河流域近50年水文气象要素变化分析

应用预置白处理后的Mann—Kendall非参数检验方法及小波分析方法,分析了额尔古纳河流域20个水文气象站点近50年水文气象要素(气温、降水和径流)的变化趋势以及典型站点降雨量、径流量的多时间尺度特征。同时应用聚类分析方法推算了径流量序列的突变点。结果表明,该区域气温呈现明显升高的趋势,其中海拉尔站可能由于城市化进程的影响气温升高幅度最大。流域年降水总量变化趋势不显著,但某些月份降水量存在明显增加或者减小的趋势,其中显著增加的月份为11、12和1月,显著减小的月份为7、8月;降水趋势显著变化的站点主要分布在该流域的呼伦湖水系和海拉尔河水系。流域年径流量有减少趋势但不显著,然而4、5月份大多数站点径流量出现显著减少趋势。小波分析表明,典型站点年降水量存在25a左右的主周期,年径流量存在20～26a的主周期。各个站点径流量序列的显著跳跃点大都发生在1999年,这与通过小波分析得出的有关突变点的结论相一致。     

神府榆矿区矿井排水量现状分析及远期预测

摸清神府榆矿区现阶段和未来的矿井排水量,利用煤炭产量、矿井生产能力、富水系数等数据进行研究,结果表明:随着研究区煤炭开发强度逐渐增大,原煤产量从2001年的1 616万t增长到2014年的36 200万t,煤炭大型现代化矿井年产量均在500万t以上,其中活鸡兔矿达到2 067.47万t/a。神府矿区矿井排水量46.00~1 218.00 m~3/h,平均富水系数0.231 0 m~3/t;榆神矿区矿井排水量139.11~3 698.00 m~3/h,平均富水系数1.167 4m~3/t;榆横矿区矿井排水量360.80~1 357.00 m~3/h,平均富水系数1.959 3 m~3/t;从神府→榆神→榆横,采煤过程中富水系数逐渐增大,且同一矿区的不同煤矿之间,富水系数差异也较大。结合煤炭产量和矿井排水量,计算得到神木、榆阳和横山的矿井水水量分别为0.938 0×108m~3/a、0.715 7×108m~3/a、0.086 1×108m~3/a,神府榆矿区矿井总排水量为1.739 8×108m~3/a,远期矿井排水量可达3.067~3.55×108m3/a。对神府榆矿区现阶段和远期矿井排水量开展研究,可以为榆林市合理开发利用矿井水资源提供依据,实现煤炭开发与水资源保护相协调。     

青海柴达木盆地巴音河上游径流量对气候变化和人类活动的响应

基于1959-2013年径流量及气象数据,运用Mann-Kendall趋势检验、R/S分析、累积量斜率变化率等方法,分析了青海柴达木盆地巴音河上游径流的年际变化、年内分配、变化趋势及其周期性,定量评估了降水变化和人类活动对径流量变化的贡献率。结果表明：巴音河上游径流量以0.2×10⁸ m³·（10a）^-1倾向率呈显著上升趋势,Hurst指数为0.78,存在20 a左右的丰平枯变化周期,21世纪流域进入丰水期;径流量变化以21～22 a的年代际变化周期最为显著,同时存在10～11 a的年际变化主周期;径流量年内分配不均匀,集中于夏秋两季,径流量呈现先增后减的单波峰分布特点,进入21世纪,年内最大月径流量呈现向后推迟的趋势,年内分配趋于集中;径流突变发生在2001年,降水对巴音河上游径流量增加的贡献率为83.06%,人类活动的贡献率为16.94%。因此,气候是影响巴音河上游河流径流变化的主要因素,人类活动的影响次之。研究结果对巴音河流域未来水资源开发利用和生态环境保护有一定的指导和借鉴意义。     

监利水文站年径流量序列多时间尺度分析

水文时间序列往往在时域中存在多层次时间尺度结构和局部化特征.本文运用小波分析的多分辨率功能,对监利水文站1951～2006年年径流量时间序列资料进行了多时间尺度分析,研究内容具有一定的实际意义和应用价值.研究结果表明,监利站年径流量存在明显的年际变化特征,主要存在20～30年、15～20年、5～10年及5年以下4类尺度的周期变化规律,变化主周期为17年,第二周期为7年;径流变化趋势分析表明,自2006年以后的6年左右,监利河段年径流量将处于一个相对偏枯期.     

天山北坡玛纳斯河355a来年径流量的重建与分析

玛纳斯河树轮年表序列与该河肯斯瓦特水文站年径流总量相关显著,使用5个树轮年表序列较好地重建出天山北坡玛纳斯河肯斯瓦特水文站355a来的年径流总量,解释方差达61%.355a重建流量变化表明:1)玛纳斯河年径流总量355a来大致经历了11个偏枯水期和10个偏丰水期,最长的偏丰水期为1670-1699年,持续了30a,最长的偏枯水期为1949-1994年,持续了46a;2)最显著的两个百年流量变枯趋势为1872-1995年和1671-1775年,径流量减少率分别为0.19×10⁸m³·(10a)^-1和0.26×10⁸m³·(10a)^-1;3)在1711-1712年、1872年重建流量发生过两次突变,前者年径流量由多到少突变,后者相反;4)重建流量最丰水的年代为17世纪80-90年代,比现今偏多17.9%～18.1%,最枯水的年代为19世纪60年代,比现今偏少16.7%;5)重建流量存在着58～59、9.6、27.2、16.9、4.8、4.3、2.9～3.0a的变化周期.     

滨海城市地表水资源可利用量分析——以广西钦州市为例

以钦州市为例,根据1956～2016年月降雨、径流数据,采用双累积曲线(DMC)模型和蒸发差值法计算地表水资源量,采用剔除入海河流感潮河段水量及汛期河道内最小生态水量的改进扣损法和直接法综合分析地表水资源可利用量。结果表明:钦州市地表水资源量在106.573～111.216×10~8m~3范围内,地表水资源可利用量为38.444×10~8m~3,占比地表水资源总量的34.6%。钦州市水量相对丰富,但水资源可利用量并不富裕且时空分布不均。空间上,独流入海河流分区地表水资源可利用量最多,南流江分区次之,郁江干流分区最少;时间上,19条流域汛期水量高达81.949×10~8m~3,其中难以控制利用量为62.272×10~8m~3,有35.823×10~8m~3经入海河流直接外排入海;4.973×10~8m~3为感潮河段咸水难以利用;调水工程的规划与建设为改善河道环境、缓解供需矛盾方面起到积极作用。     

Quantitatively analyze the impact of land use/land cover change on annual runoff decrease

Annual runoff in Luanhe river basin was detected a downward trend and caused water crisis in Tianjin, China. To quantify the decreased runoff volume, Mann–Kendall test and Pettitt test were employed to check whether there existed significant trend and change points for annual rainfall and runoff time series in Panjiakou reservoir basin and 8 sub-watersheds. It was found that the annual runoff time series had a significant downward trend at 5 % confidence level, and the change point was at 1979 in Panjiakou reservoir watershed. Then double mass curve of annual rainfall and annual runoff was plotted, and two lines were fitted before and after 1979, respectively. Based on this method, the comprehensive effects of land use/land cover change on annual runoff were estimated. To further quantify the contributions of each main factor to annual runoff decrease, water stored in check dams and social water use in different periods were surveyed first. And then multi-linear regression was used to develop the relations between annual runoff and the driven factors. Water area decrease was identified to be the main factor contributing to annual runoff reduction. The results in this study can provide valuable information for water resources planners and policy makers.     

疏勒河上游径流组分及其变化特征定量模拟

气候变化背景下,西北干旱区内陆河流域的水文过程发生显著变化,制约着地区经济社会和生态建设的稳定发展。定量分析和评估高寒山区径流的变化,有助于加强西北地区水资源的规划管理,实现水资源的可持续利用,保障区域水安全。选取位于青藏高原东北边缘、祁连山西段的疏勒河上游作为研究区,利用包含冰雪消融模块的寒区水文模型分布式SPHY模型（Spatial Processes inHydrology model）对流域的径流过程进行定量模拟,根据模拟结果分析了疏勒河上游近45 a径流组成及径流与各组分的变化特征。结果表明：（1）率定期日径流和月径流模拟的Nash效率系数分别为0.62和0.86,验证期达到0.79和0.95,模拟的月径流与实测月径流过程基本一致;（2）径流由四部分组成,冰川径流占总径流的年平均比例为30.5%,融雪径流的占比为12.9%,降雨径流的占比为13.5%,基流的占比为43.1%;（3）由于气温升高、降水增多,冰川径流与降雨径流均呈增加的趋势,平均增加幅度分别为4.66×10⁶ m³·a^-1和2.46×10⁶ m³·a^-1,融雪径流呈减少的趋势,平均减少幅度为1.01×10⁶ m³·a^-1;（4）近45 a年径流增加了69.6%,冰川融水对流域径流增加的贡献率达到48%,非冰川区降水增加的贡献率达到52%。     

昌马水库运行后疏勒河流域盆地地下水补给资源变化分析

通过对昌马水库运行前后不同时期疏勒河流域各盆地河水—地下水相互转化的论述,详细对地下水补给量及其各主要补给项的变化原因进行了对比分析,流域地下水补给资源总体呈减少趋势,地下水的补给条件与更新能力被削弱。昌马水库运行后,中游玉门踏实盆地地下水补给量大幅减少,比上世纪60年代、90年代末分别减少了3.11×108m3、2.95×108m3,下游安西敦煌、花海盆地地下水补给量小幅增加。中游盆地泉水溢出量大幅衰减,与60年代比削减了53.2%。     

Estimation of groundwater recharge in arid, data scarce regions; an approach as applied in the El Hawashyia basin and Ghazala sub-basin (Gulf of Suez, Egypt)

In this study, an approach for runoff and recharge estimations that can be applied in arid regions which suffer from lack of data is presented. Estimating groundwater recharge in arid regions is an extremely important but difficult task, the main reason is the scarcity of data in arid regions. This is true for the Eastern Egyptian Desert where groundwater is used for irrigation purposes in agricultural reclamation along the Red Sea coast line. As a result of the scarcity of hydrologic information, the relation between rainfall and runoff was calculated depending on the paleo-flood hydrology information. Two models were used to calculate the rainfall–runoff relationships for El Hawashyia basin and Ghazala sub-basin. Two computer programs known as Gerinne (meaning channel in German) and SMADA6 (Stormwater Management and Design Aid, version 6) were conjunctively used for this purpose. As a result of the model applied to El Hawashyia basin, a rainfall event of a total of 18.3 mm with duration 3 h at the station of Hurghada, which has an exceedance probability of 5–10 %, produces a discharge volume of 10.2 × 10⁶ m³ at the delta, outlet of the basin, as 4.7 mm of the rainfall infiltrates (recharge). For the Ghazala sub-basin, the model yields a runoff volume of 3.16 × 10⁶ m³ transferred from a total rainfall of 25 mm over a period of 3 h, as 3.2 mm of it was lost as infiltration.     

1950~2005年大通河流域径流变化特征及影响因素

以大通河流域享堂水文站1950~2005年实测径流数据为基础,综合运用趋势分析、累积距平、R/S分析、Morlet小波分析、降水-径流深度双累积曲线等数理统计方法,研究了大通河流域径流的年内分配、年际变化和周期振荡特征、并定量分析了气候因素和人类活动因素对径流变化的影响。结果表明:（1）大通河径流年内主要集中在510月,占年径流总量的82%左右。1950~2005年,大通河流域年径流呈微弱减少趋势,递减率为-0.55×10⁸m³/10a（R2=0.025,P=0.249）,Hurst指数为0.58,表明未来一段时间内径流仍可能呈减少趋势;（2）1950~2005年,大通河流域年径流在27a时间尺度上周期震荡明显,经历了"多-少-多-少-多-少-多"7个循环交替;（3）大通河流域降水-径流深度双累积曲线在1994年发生显著偏移,1994年之前径流变化主要受降水影响,1994年以后,径流变化主要受人类活动影响。     

青藏高原若尔盖生态区水资源对气候变化的响应

利用1980-2012年若尔盖水文站径流量资料、若尔盖及周边20个站同期气象观测数据,通过分析径流量演变规律及与气候因子的关系,研究了若尔盖生态区水资源对气候变化的响应.结果显示：近30 a该区域地表水资源整体呈波动下降趋势,气候倾向率为1.4×10⁸ m³·（10a）^-1;径流量的年际分布较均匀,年内分配呈双峰型,主要集中在6-9月,同期径流量集中度、集中期及丰枯率均呈现下降趋势,峰型度呈上升趋势,这与全球气候变暖及降水量减少相关.降水量是影响该流域径流量的最主要因子,夏季降水量很大程度决定着径流量的丰枯,而秋季径流量对降水量的响应最为敏感.气温的升高导致高山冰雪消融量的增大,进而使非汛期径流量增加;同时,流域蒸发量的加大,增加了地表水资源的消耗.     

长江上游近期水沙变化特点及其趋势分析

对长江上游主要控制站水沙量进行了统计分析。近期长江上游水沙变化特点主要表现为:与1990年前相比,1991-2002年宜昌站年均减少沙量约1.3亿t;金沙江屏山站年均增加沙量约0.35亿t,其占宜昌站的百分数由51.8%增加到71.9%;嘉陵江北碚站年均减少沙量约0.985亿t,占宜昌站的百分数由25.7%减小至9.1%。采用滑动平均法以及Spearman秩次相关检验和线性回归检验等方法,对屏山、北碚和宜昌等3站水沙变化趋势进行了分析,分析结果表明:宜昌站径流量无趋势性变化,但输沙量有减小趋势;北碚站水沙减小趋势均较为明显;屏山站径流量无趋势变化,但输沙量有一定的增大趋势。另外还对影响长江上游水沙变化的降水量、水土保持措施、水库拦沙以及人类活动增沙等主要因素进行了分析。     

Statistical analysis of groundwater level variability across KwaZulu-Natal Province,South Africa

This paper reports the results of analysis of groundwater level changes and its relationship with rainfall across KwaZulu-Natal (KZN) Province of South Africa. The study used 32 groundwater level monitoring sites and 15 selected rainfall stations located across the province. The Mann–Kendall test was used to explore the presence of trends in groundwater level and rainfall data at 10% significance level. The slope of the trend was estimated using Sen’s slope estimator. To understand the cause–effect relationship between rainfall and groundwater level changes, the cumulative rainfall departure (CRD) was computed at the respective rainfall stations influencing the groundwater monitoring site. The results show variable but a general decreasing trend. The variability of the groundwater level trends was analyzed based on water management areas (WMA): (1) both groundwater level and rainfall have a decreasing trend for the entire record period in the Usuthu–Mhlathuzi WMA. Groundwater level around Tembe and Mbazwana areas declined by 0.7 and 2.7 m, respectively. Areas around Richards Bay experienced a reduction between 0.7 and 6.3 m from 2004 to 2015. During the same period, the rainfall within the WMA decreased by 26, 6 and 18% from the mean around Tembe, Mbazwana and Richards Bay, respectively; (2) The northern sector of the uThukela WMA, around Dundee and Newcastle exhibited groundwater level increase by about 1.5 m between 2004 and 2010 but later declined by 1.2 m from 2014 to 2015. The rainfall increased by 8% from 2004 to 2010, and decreased by 22% at the end of 2015. The central part of the uThukela WMA, around Tugela Ferry and Greytown, experienced groundwater level and rainfall reductions of 3.2 m and 15%, respectively, during the entire record period; (3) Within the Mvoti–uMzimkulu WMA in the vicinity of Maphumulo, groundwater level decline by 11 m from 2005 to 2011. However, it recovered by 8 m between 2012 and 2013 following an increase in rainfall by 21%. Areas around Durban exhibited increasing trend from 2005 to 2008 in response to an increasing rainfall amount by about 13% for the same period. The reduction in rainfall by 21% from 2012 to 2015 resulted in a decline of groundwater level by 0.4 m. The steady decline in groundwater levels across the province appears to be a response to prolonged reduction in rainfall, which consequently reduced the amount of groundwater recharge reaching the aquifer. The general response of groundwater levels to changes in rainfall across the province has a lag time from 1 to 4 months.