The joint use of deterministic and probabilistic approaches to the computation of maximum runoff characteristics

The method of the plotting of probabilistic distributions of maximum runoff characteristics on the base of the dynamic-stochastic model of the river runoff formation, enabling to take account of the changes in runoff formation conditions caused by the anthropogenic activity at the river catchment, is described. To approximate the plotted distributions, it is proposed to use Johnson distribution where one of parameters is assumed to be equal to the deterministic estimate of the limiting value of the runoff characteristic. It is assumed that such an approach will increase the accuracy of the determination of the runoff values of small exceedance probabilities. The potential of the proposed method is shown by the example of determination of probabilistic characteristics of the River Vyatka maximum runoff.     

基于CMADS驱动SWAT模型的富春江水库控制流域水量平衡模拟

以富春江水库控制流域为研究区域,利用中国大气同化驱动数据集（CMADS V1.1）驱动SWAT水文模型,对富春江水库控制流域进行了逐日径流模拟,探讨了流域2008-2016年径流变化及水量平衡过程。结果表明：CMADS V1.1数据集驱动SWAT模型对研究区域的径流变化具有较好的模拟效果,在验证期,逐日模拟的效率系数大于0.70,决定系数大于0.75,达到了模型评价标准。在流域水量平衡各项中,地表径流和蒸散发为主要的输出项,分别占降水量的57.2%和36.2%,其中蒸散发量年际变化较为平稳。降水量、地表径流量、土壤对地下水补给、地下侧流量、蒸散发量最大值均出现在6月,最小值均出现在1月。流域径流量以地表径流为主,其在各个月份与月降水变化趋势基本一致。而基流量较小,且各月基流量对降水量的响应并不显著。     

黄河上中游径流对气候变化的敏感性分析

利用月水文模型, 采取假定气候方案, 分析了黄河上中游径流对气候变化的敏感性。 结果表明, 径流对降水变化的响应敏感, 对气温变化的响应相对较弱, 如气温不变, 降水增加 10 %时, 径流量约增加 17%。 如降水不变, 气温升高 1 ℃, 则径流减少 5 %左右。 在区域上分布, 中游较上游对气候变化更为敏感。     

具有Horton及Dunne机制的径流模型在VIC模型中的应用(英)

地表径流主要由蓄满(Dunne)和超渗产流(Horton)机制产生;土壤性质的空间变异性、前期土壤水、地形及降水的空间变异性导致不同的径流机制。在研究区域或模型网格内,蓄满产流及超渗产流可能同时出现,缺乏考虑任何一种机制以及土壤性质的次网格空间变率可能导致地表径流的过高或过低估计,从而影响土壤水的计算。利用Philip入渗公式用于时间压缩逼近(TCA)给出了一种径流参数化方法,该方法可以动态实现模型网格中的Horton及Dunne产流机理,它考虑了土壤空间变异性对Horton和Dunne径流的影响。该径流模型应用到基于水文原理的陆面过程模型VIC,在淮河流域及美国宾西法尼亚州的一个流域进行了测试,结果表明:新的参数化方法对地表径流和土壤水分含量的分配起着重要作用,对于改进径流和土壤水的模拟有重要意义。     

澜沧江源区气温与降水对径流变化的影响

为研究澜沧江源区水文气候变化特征,采用线性回归拟合分析方法、M-K非参数检验法对1960—2010年间澜沧江源区的水文气候变化趋势进行分析,计算了各季节气温变化对年气温变化的贡献量,并基于Pearson相关分析法和贡献率的计算讨论了降水量和气温对径流量变化的影响。结果表明:澜沧江源区年平均气温和各季节平均气温均呈显著上升趋势,其中,冬季的增温对年平均气温增加贡献最大(38%)。澜沧江流域源区年降水量无明显增减趋势,但春季降水量显著增加。澜沧江流域源区年径流量未呈现显著变化趋势,冬季和春季径流量呈现出显著的增加趋势。年际尺度上,径流量的主控因素是降水量,降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对丰沛的6—10月份;冬季和初春季节气温上升对径流量的改变存在一定的影响,且气温的贡献率要比降水的贡献率大,原因是气温升高加剧研究区内冰雪的消融,进而导致澜沧江源区的径流增加。     

新疆精河流域河川径流及对气候变化的响应

根据精河流域1957—2012年的气温、降水和径流量等资料,分析了精河流域近55 a来径流量的变化趋势和周期特征,研究了河川径流及对气候变化的响应关系,并建立基于多变量时间序列自回归CAR(Controlled Auto-regressive)径流预测模型。结果表明:(1)精河径流在年内分配不均,季节变化明显,夏季集中,枯水期长且枯季径流量小。6—9月为径流连续最大4个月,占全年径流量的74%。(2)从20世纪80年代开始,河川径流量增加,持续至90年代,在21世纪有减小的趋势,1981—2005年平均年径流总量比1957—1980年增加了3.24%。(3)精河流域年径流量序列在21 a和13 a左右的振荡周期最为明显,其次是32 a和9 a,而其中的21 a和13 a时间尺度上的振荡是全时域的。(4)建立了径流与降水和气温的CAR模型,发现拟合平均相对误差为6.54%,均方根误差为0.039。用CAR模型模拟河流年径流量误差在可接受范围内,可以利用该模型对精河流域年径流量进行预测。     

1955-2002年气候因子对鄱阳湖流域径流系数的影响

1955-2002年间,鄱阳湖流域径流系数均呈现显著上升趋势,有较明显的突变性和阶段性,突变主要发生在20世纪60年代末和90年代初。径流系数的趋势及突变与该时期降水量的变化吻合较好;气温和蒸发量的变化趋势及突变点也与径流系数基本吻合;季节变化中,7-9月的径流系数与气候因子的变化趋势最为吻合。气候因子的变化与鄱阳湖流域径流系数变化的一致性,说明48 a来气候变化对径流系数的影响非常显著。尽管鄱阳湖流域的径流系数还受到土地利用变化、水土流失和地形等因素叠加效应的影响,但是气候变化仍然是其主要影响因素。     

近45年来长江上游通天河径流量演变特征及其气候概率预报

利用长江上游通天河流域直门达水文站1957～2001年各月平均径流量资料,对长江水系通天河的径流量变化规律及与气候要素的关系进行了分析.结果表明,通天河月平均流量具有很好的持续性,尤其是7～12月,其显著落后自相关可达4～6个月以上;近45年来,通天河流量经历了小-大-小的演变过程,期间出现过径流量的多次转折,其中1967年由大变小,径流量持续减小直到1979年,长达11年;1979年径流量由小变大,直到1989年达到历史(有记录以来)最大值,持续时间长达10年;1990年代径流量持续减小;从1998年开始,径流量又开始表现出增大趋势;年径流量表现出较明显的准2年短周期和7.5及12.3年的长周期变化;年平均径流量与同期6～9月降水存在显著的正相关关系,与气温关系不显著.对径流量丰枯划分的标准不同,进行径流量转移概率的预报结果也不同.     

沁河流域实测径流对环境变化的定量响应分析

根据1956-2000年沁河流域降水、耗水量和入黄武陟站实测径流资料,采用趋势分析、Mann-Kendall法和滑动t检验法分析了武陟站实测径流变化的事实,辨析了影响实测径流变化的原因,并在确定基准期的基础上,建立了降水径流双累积曲线关系,分离出了由降水、人类活动中引耗水及下垫面条件变化引起的实测径流变化量。分析结果表明：沁河入黄实测径流减少趋势明显,1972年为突变年份,且降水的减少、人类活动引耗水的增加和流域煤矿开采、地下水超采和水土保持措施等综合作用致使实测径流减少。人类引耗水、气候变化及下垫面条件变化对径流的影响总量为70.6 mm,其中,引耗水致使实测径流减少为17.6 mm,贡献率为24.9%;气候变化影响量为35.6 mm,贡献率为50.4%;下垫面条件变化影响量为17.5 mm,贡献率为24.7%。     

区域气候模式(RegCM2)与水文模式耦合的数值试验

建立不均匀的地表径流算法，修改RegCM2的径流方案，设计了一个适合与气候模式RegCM2耦合、能模拟水文站流量的汇流模式，模拟了1998年6、7、8月降水的空间分布，分析了该径流方案对降水、地表热量通量、地表径流、土壤湿度产生的影响。结果表明：（1）该方案在模拟1998年长江流域降水空间分布上有一定的合理性，在一定程度上改善了降水量的模拟，其影响大致是总降水量的10％；（2）地表径流方案改变了地面向大气输送的热量通量，这种作用随时间发生变化，这种变化与地表水分的再分配有关；（3）本方案计算的土壤渗透率较强，在暴雨初期，产生径流较少，而在暴雨后期土壤湿度增大，产生的地表径流较大，这一点更符合洪水形成的特点；（4）水文一气候耦合模式模拟了两个长江水文站的流量，模拟值基本反映了实测值的变化趋势，也表明耦合模式基本能反映1998年夏季长江流域大暴雨期间的地表水文过程。     

1953—2011年信江流域径流量变化特征及归因分析

利用信江流域梅港水文控制站1953—2011年径流量观测资料和11个气象站同期气象观测资料,采用统计方法、Mann-Kendall非参数检验方法、Morlet小波分析法,对信江流域径流量年内、年际变化的不均匀性、长期趋势、周期变化,及其与气候因素的相关性等进行分析。结果显示,信江流域多年平均径流量呈缓慢增大趋势,但具有显著的年际和年代际变化特征,振荡周期明显,年际变化的主要周期为6—8 a,年代际变化的主要周期为准22 a,在20世纪70—90年代最明显。年流量以主汛期(4—6月)为最多,春、夏季(3—8月)径流变差系数小,水量稳定,冬季变差系数大,水量不稳定。流域径流量与气候因素中的降水、蒸发具有显著的相关性,而人类活动中的城镇化、经济、人口等因素对径流变化起到了一定的辅助作用。     

甘肃省河西内陆河径流量对河西地区春小麦产量的影响

利用甘肃省河西地区3条主要内陆河昌马河、黑河、西营河流量以及酒泉、张掖、武威3个地区的春小麦产量资料,分析了甘肃省河西地区内陆河流量对河西地区春小麦产量的影响。结果表明：河西的粮食产量除了受灌溉水利发展、农业技术和优良品种等生产力水平提高,呈现波动上升趋势外,还受到灌溉水源的影响。春季径流的差异会导致春小麦单产的明显年际波动。年径流短期波动对产量影响较小,但径流长期波动的影响要大于短期波动。特别是春季径流的长期趋势决定着调节水库的蓄水量多寡,这在一定程度上反映出目前的农业生产仍受气候变化的影响。     

Present-day variations of the minimum runoff of the Volga basin rivers

Carried out is the analysis of stationarity of minimum runoff series in summer and winter for the Volga basin rivers. Two conditionally homogeneous periods are singled out within the temporal variations of these characteristics, and the date of their change varies throughout the territory of the basin. The considerable rise in air temperature in winter on the whole territory of the Volga basin is demonstrated as a result of the analysis of meteorological parameters. The relationship between runoff variations and wintertime temperature variations is proposed for predicting the minimum runoff. The distribution of minimum values of runoff is computed using this dependence and the forecast method based on the sum of distributions.     

径流对气候变化的敏感性分析

全球变暖愈来愈引起社会各界的关注 ,本文利用月水文模型 ,采取假定气候方案 ,以黄河流域为例 ,分析了径流对气候变化的敏感性。结果表明 ,径流对降水变化的响应较气温变化显著 ;一般情况下 ,半干旱地区径流较半湿润地区对气候变化敏感 ,人类活动的影响可在一定程度上削弱径流对气候变化的敏感性     

松花江、辽河流域实测径流的变化趋势及其与降水的关系

利用松花江、辽河流域内132个降水测站1961-2000年40年的月降水资料,以及水文测站哈尔滨、江桥、铁岭1956-2000年45年的月实测径流量资料,分析松花江、辽河流域实测径流的变化趋势,并探讨夏季径流与同期降水的相关性。结果表明：松花江流域的年实测径流量呈现较微弱的下降趋势,而辽河流域年实测径流呈现显著的下降趋势;两流域径流量均存在着一致的阶段性丰枯周期变化;最显著的一次波动是夏季实测径流由20世纪60年代中后期呈现的显著下降趋势转为80年代初期的明显上升趋势;降水是影响松花江、辽河流域夏季实测径流的一个重要气候因素。初步揭示了人类活动、下垫面改变对实测径流的影响。     

S2S气候模式产品在黄河流域径流预测中的应用

次季节气候和径流预测是主动减灾的一个关键。基于国家气候中心第三代气候模式系统的次季节到季节模式(CMA-CPS v3 S2S)的气候预测信息和HBV水文模型,应用集合预测技术研发了未来40 d时段平均径流量和时段内极端干旱概率预测模型,应用平均方差技巧评分、距平相关系数、相对操作特征曲线面积、布赖尔技巧评分开展了回报检验,并检验了2021年黄河流域径流异常预测效果。结果表明,所建模型能够以较高技巧预测黄河流域未来40 d时段平均的径流量,且表现出枯季预测技巧高、湿季技巧低的季节差异;对秋末11月和冬季3个月(12月、1月、2月)的极端干旱概率预测也有较高技巧。对于2021年5—8月黄河上中游干旱和9—10月的秋汛,该方法正确预测了除6月、9月外的其他4个月的径流异常方向,但异常程度与实况存在差异。对径流预测水平影响因素的进一步分析表明,S2S降水预测能力影响径流预测水平,特别是丰水期的径流预测,但还有降水之外的其他因素影响径流预测技巧。     

Implementation of a Surface Runoff Model with Horton and Dunne Mechanisms into the Regional Climate Model RegCM_NCC

A surface runoff parameterization scheme that dynamically represents both Horton and Dunne runoff generation mechanisms within a model grid cell together with a consideration of the subgrid-scaie soil heterogeneity, is implemented into the National Climate Center regional climate model （RegCM_NCC）. The effects of the modified surface runoff scheme on RegCMANCC performance are tested with an abnormal heavy rainfall process which occurred in summer 1998. Simulated results show that the model with the original surface runoff scheme （noted as CTL） basically captures the spatial pattern of precipitation, circulation and land surface variables, but generally overestimates rainfall compared to observations. The model with the new surface runoff scheme （noted as NRM） reasonably reproduces the distribution pattern of various variables and effectively diminishes the excessive precipitation in the CTL. The processes involved in the improvement of NRM-simulated rainfall may be as follows： with the new surface runoff scheme, simulated surface runoff is larger, soil moisture and evaporation （latent heat flux） are decreased, the available water into the atmosphere is decreased; correspondingly, the atmosphere is drier and rainfall is decreased through various processes. Therefore, the implementation of the new runoff scheme into the RegCMANCC has a significant effect on results at not only the land surface, but also the overlying atmosphere.     

天山托木尔峰南坡科其喀尔冰川流域径流模拟

天山冰雪融水是塔里木河的重要补给水源。利用融雪径流模型(SRM)对天山南坡科其喀尔冰川流域冰雪径流进行模拟研究。基于流域的气象梯度观测,确定了不同高度带降水梯度和月气温直减率。基于2007和2008年的实测径流值优化确定了各月的积雪、裸冰以及表碛覆盖冰的度日因子值。模拟结果表明,融雪和融冰径流过程都得到了比较好的模拟。流域径流对气候变化的响应研究表明,气温是敏感因子。气温分别升高1℃、2℃和4℃时,以融雪径流为主的3—5月径流分别增加48%、155%和224%,以冰川径流为主的5—10月径流分别增加30%、77%和104%。气候变化也会影响流域径流过程,气温升高4℃、降水增加20%时,春季径流峰值出现时间由5月中旬提前到4月20日左右。流量由6 m3/s增大到17 m3/s。     

我国西南地区年径流变异及变化趋势研究

用寸滩与梧州水文站上百年长系列径流资料,分析研究了由于气候均值变化引起的年径流均值、表征年径流年际变化幅度的变差系数Cv及表征其分布偏态特征的偏差系数Cs的变化.并研究了仅由均值变化引起的这两个流域丰水、平水及枯水年出现的概率变化.所得结果对气候变化影响下水资源管理中的适应对策问题有一定的参考价值.为了得到气候变化引起的年径流均值和Cv、Cs值的变化,除了应给出未来30年气候均值变化情景外,还应给出气候系列变异的可能变化,以修正原水文-气候基准系列的自然波动.     

近50 年海河流域径流的变化趋势研究

该文用Mann-Kendall方法对近50年海河流域山区20个子流域的径流及降水的变化趋势进行了显著性检验, 结合降水, 径流及气温的年代距平值的同步分析以及径流对气候变化的敏感性研究结果, 对近50年海河流域径流的变化趋势, 提出了一个半定量分析的研究思路和方法。提出影响径流变化的三种类型:以气候暖干化为主, 人类活动为辅的径流显著衰减型;以人类活动为主, 气候暖干化为辅的径流显著衰减型;人类活动与气候变异都不明显, 径流无显著变化的类型。分析结果展示了气候、人类活动与水之间的相互作用。这种相互作用, 给径流的变化趋势分析和成因分析带来了复杂性与困难, 也给气候变化对水资源的影响研究提出了挑战。