黄河上游近60 a径流量与降水量变化特征研究

为探究黄河上游径流量与降水量变化特征,基于唐乃亥、下河沿、头道拐3个水文站近60 a的降水量、径流量资料,采用线性倾向趋势检验、Mann-Kendall检验法（M-K趋势检验）、Spearman秩次相关检验、M-K突变检验、Pettitt非参数检验、有序聚类分析、累积距平法、双累积曲线等分析方法对比研究了黄河上游及上游不同子区域降水量和径流量的变化特征,并讨论了径流量对降水量的响应关系。结果表明：黄河上游降水量呈不显著增加趋势,在2003年发生突变,突变前后变化率为4.67%;径流量呈显著减少趋势,突变年份为1986年,突变前后变化率为35.34%。3个子区域年降水量变化趋势分别呈显著增加、不显著增加和显著减少趋势,径流量均呈减少趋势。以唐乃亥以上的Ⅰ区为基准区时,唐乃亥—下河沿所在的Ⅱ区降水量因素对径流量的影响达到25.08%,非降水量因素为74.92%,而下河沿—头道拐的Ⅲ区,降水量对径流量的影响为32.14%,非降水量因素为67.86%。研究结果对黄河流域水资源综合管理与科学配置具有参考意义。     

基于小波多尺度变换的渭河水沙演变规律研究

关中平原地区是推动陕西省经济社会发展的引擎,其生产总值占陕西省的70%以上,但是水资源短缺、时空分布不均、河流含沙量高等问题严重制约其经济社会的发展。运用小波变换、滑动t检验、累积距平以及Yamamoto、Mann-Kendall等方法系统分析了1935-2011年渭河水沙序列演变规律。研究结果显示：77 a间除20世纪70年代、80年代外,其它年代渭河华县站水沙变化波动下降的匹配趋势均一致,其中径流量减流速度大于输沙量减沙速度;渭河水沙序列周期变化不一,径流量变化的主周期依次为38 a、14 a、4 a,输沙量变化的主周期依次为15 a、49 a、43 a、4 a;除输沙量49 a变化周期外,其他水沙变化周期大致相近;由于渭河输沙量变化所受气候及人类活动的影响远较径流量复杂,加之水沙异源,所以渭河华县站输沙量周期变化及突变点分布情况比径流量变化复杂,且其第一主周期变化呈现独特的变化态势。     

近60年来黄河入海水沙通量变化的阶段性与多尺度特征

以1950-2011年黄河利津站实测水沙资料为基础,利用突变分析和有序聚类分析方法对60年来黄河入海水沙通量变化过程进行了阶段性划分,并利用功率谱、交叉谱和小波分析方法对同期黄河入海水沙通量的多尺度周期性变化特征进行了分析。研究结果表明,1985年为利津站水沙通量显著变化的时间分界点,此后利津站的径流量和输沙量的各种尺度变化都呈现出明显的减弱趋势。入海径流量和输沙量在时间尺度上分别在2.86a、4.44a和13.33a存在显著相关关系。黄河入海水沙通量变化的阶段性特征受流域的降水以及人类活动尤其是水库建设、干流引水、水土保持等工程措施的影响,进入80年代后受人类活动影响越来越大。西太平洋副热带高压的准两年周期振荡和年代际振荡、降水的周期性、太阳活动的年代际周期是影响黄河入海水沙通量周期性变化的重要因素,使得黄河入海水沙通量的周期性变化集中在年代际变化和年际变化上。黄河入海水沙通量的阶段性递变除受年代际尺度周期性变化控制外,还与人类活动的干扰有着密切的关系。     

黄河中游多沙粗沙区水沙变化原因分析

本文通过黄河中游多沙粗沙区２１条面积逾１０００ｋｍ＾２的独流入黄支流的实测资料,分别建立了精度较高的降水,径流,输沙统计模型,并对水沙变化数量进行了计算分析,揭示了气候波动和人为原因对水沙变化影响的相对权重。     

近60年来嘉陵江流域水沙变化特征

嘉陵江是长江上游流量较大的一条支流,也是三峡水库重要的泥沙来源地,近年来,流域内产流产沙规律均发生了显著变化。本文基于Spearman相关分析、Mann-Kendall检验等方法,分析了北碚站1954—2017年间径流、泥沙序列变化特征,并结合气象要素、人类活动情况等讨论了主要影响因素。结果表明:(1)近60年来嘉陵江流域径流量呈微弱下降趋势,而输沙量呈大幅度下降趋势,近几年来的输沙量延续了前50年的下降趋势;(2)径流量分别在1967年和1985年发生突变,输沙量在1968年发生突变(p0.05);(3)降水主要影响嘉陵江流域径流量变化,而生态工程建设、水利工程运行等人类活动是输沙量减少的主要因素,在减沙贡献中,水利工程的减沙效益大于生态工程。本文的研究结果对于防洪、河道整治和河流管理具有指导意义。     

人类活动对别拉洪河流域水文情势的影响研究

为了研究人类活动对水文情势的影响,以别拉洪河流域1957～2004年水文、气象数据为基础,详细分析了降水量、蒸发量及径流量等要素的变化特征;利用累积滤波法、Kendal秩次相关法、径流量年内分配的不均匀系数和径流量的变差系数对径流量的变化及其趋势进行了分析;利用降水-径流双累积曲线法和Mann-Kendall法对径流量序列进行了突变检验;定量研究了人类活动对径流量的影响。结果表明,1957～2004年别拉洪河流域年径流量显著减少,1966年年径流量发生减少突变;人类活动对年径流量减少总量的影响率大于60％,是导致该流域水文循环要素发生变化的主导因素,其次才是年降水量。     

皇甫川流域降水和人类活动对径流量变化的贡献率分析——累积量斜率变化率比较方法的提出及应用

随着全球或区域气候的变化,加上渐强的人类活动的影响,世界上一些河流的径流量发生了明显减小的变化趋势,这在干旱及半干旱地区的河流中尤其明显。在我国,北方干旱及半干旱地区河流的径流量的减小已经引起了严峻的生活及生态方面的问题。因此查明流域径流量的变化特征、趋势及分析其原因,是流域管理中面临的重要科学问题。该研究以黄河中游一级支流皇甫川流域为例,利用1960-2008 年的数据资料,采用累积距平方法、年际累积量方法,分析了该流域径流量和降水量的变化趋势,识别出径流量变化过程中1979 和1998 为其两个突变年份,而降水量变化过程中仅存在唯一的突变年份1979。利用统计分析法分别分析了1960-1979、1980-1997 和1998-2008 三个时期的累积径流量与年份之间的线性关系,以及1960-1979、1980-2008 两个时期累积降水量与年份之间的线性关系。采用本文提出的新的计算方法——累积量斜率变化率比较方法,以1960-1979 为基准期,在不考虑蒸散总量的影响时,计算得出皇甫川流域径流量减小的降水量和人类活动的相对贡献率在1980-1997 年间分别为36.43%和63.57%,在1998-2008 年间分别为16.81%和83.19%。该研究结果揭示了皇甫川流域近半个世纪以来径流量的变化趋势及其主要影响因素的贡献率,对于该流域未来水资源的开发利用具有重要指导作用。同时,所提出的定量研究方法可以应用在干旱—半干旱地区河流径流量变化及其影响因素的定量评估中。     

黄河中游河口龙门区间水沙变化特征分析

黄河中游河口-龙门区间是我国乃至世界上水土流失最严重的地区,多年来大规模的水利水保工程建设使得该区产流产沙条件发生明显变化,因此,分析该区水沙变化特征及水沙变化原因具有重要意义。选取黄河中游河口-龙门区间下游龙门站1957—2005年水沙量水文观测资料代替区间资料,进行一致性检验后,运用小波分析、Mann-Kendall趋势检验、均差累积等统计方法对河口-龙门区间水沙变化特征进行分析,结果表明:该区水沙年内分配不均匀,年际变化大;该区水沙都呈显著的减少趋势,径流量和输沙量分别具有两个和4个明显的阶段性变化特征;水沙双累积曲线显示该区沙特性发生明显变化。在此基础上,通过分析该区水土保持面积与减水减沙量的相关关系表明,其具有良好的线性关系,进一步验证了水利水保措施是该区水沙减少的主要原因这一结论。     

疏勒河流域泥沙分布规律及水沙关系研究

泥沙是影响河流健康和水环境的重要因素之一，受气候变化和人类活动的影响，流域水文要素和下垫面条件发生了较大变化，尤其是实施大规模的水土保持措施后，部分河流的泥沙含量大幅减少，但在河西内陆河流域发源于祁连山西端的疏勒河流域，受降水条件和人类活动的影响，河流泥沙呈增加趋势。本文应用疏勒河流域实测长系列水文资料，采用水文统计法、差积曲线法、趋势检验法、突变检验法、非线性复相关模型法等方法，分析了流域泥沙时空分布规律及水沙关系，结果表明：疏勒河干流昌马堡站年输沙量为333.5×104 t，至下游潘家庄站减少到223.5×104 t；党河党城湾站年输沙量为76.56×104 t，至下游沙枣园站增加到121.3×104 t；疏勒河干流输沙量主要集中在汛期7～8月，占全年的81.9 %～84.0 %，党河流域输沙量主要集中在4-8月，占全年的92.3 %；流域泥沙变化总体呈增加趋势，突变点1998年以后，年输沙量增加了86.3 %～148.2 %。建立了潘家庄站降水～泥沙、径流～泥沙以及年输沙量～年径流量～年最大洪峰流量关系模型，相关关系较好，相关系数达到0.717～0.858。流域出山口以上对泥沙的影响因素主要是降水，出山口以下主要是修建水库、水电站、引水工程、河道采砂等人类活动影响。随着国家对内陆河流域祁连山和河西走廊的日益关注，以及全国河长制的推行，河流生态健康已经提上日程，研究疏勒河流域泥沙分布规律及水沙关系，对国家实施西部生态安全战略、区域生态环境修复治理、水资源可持续利用等具有重要意义。     

无定河流域侵蚀产沙过程对水土保持措施的响应

以黄河中游多沙粗沙区代表性支流无定河为例,研究了降水量变化的背景下水土保持措施对无定河流域侵蚀产沙的影响。从总体上看,年输沙量和年径流量都表现出随时间而减小的趋势,梯田、造林、种草和淤地坝拦沙造地4项水土保持措施面积随时间增大的趋势极其显著。全流域面平均年降水量和汛期 (6~9月) 降水量则略有减少的趋势,但其减少趋势的显著性远低于水土保持措施随时间变化的显著性。产沙模数与梯田、坝地、造林和种草面积的关系,均表现出明显的负相关。对基准期 (1956~1969年) 和措施期 (1970~1996) 进行了比较,结果表明,实施水土保持措施以后,产沙模数、径流系数和汛期径流能够被降水所解释的百分比,分别由69%、80%和77%,下降为26%、31%和54%。说明在后一时期中,水土保持措施起了很大作用,因而降水变化对于产沙模数、径流系数、汛期径流量变化的贡献率大大减小了。以1956~1996年间41年的资料为基础,建立了全沙产沙模数与径流系数、汛期降雨量、最大一日雨量、最大30日累积雨量、梯田林草面积和坝地面积之间的多元回归方程,该方程表明,全沙产沙模数随汛期降雨量、最大一日雨量、最大30日累积雨量的增大而增大,随梯田林草面积和坝地面积的增大而减小, 随径流系数的增大而增大。为了区分人为因素与气候变化对侵蚀产沙变化的影响,采用对数据进行标准化处理之后再进行多元回归分析的方法,来确定相对贡献率。结果表明,降水变化和水土保持措施变化对无定河全沙产沙模数变化的贡献率大致相等,前者占50.3%,后者占49.7%。文中还建立了粗泥沙产沙模数与上述影响因子之间的多元回归方程。     

黄河流域近50年降水变化趋势分析

本文简要分析了黄河流域降水空间分布规律,用非参数检验方法（Mann-Kendall法）对流域内77个气象站近50年的降水资料进行了年月降水序列趋势检验,并用线性回归方法与其进行了比较。结果表明,对于年降水序列,有65个气象台站呈现下降趋势,典型月（包括1月、4月、7月、10月）中4月、7月和10月对年降水下降趋势贡献较大,但其趋势空间分布情况存在差异。对于所有月降水序列,全年4⁵月以及7¹2月降水呈现下降趋势。而其趋势空间分布,黄河上游北纬35°以南地区除7⁹月外其余月份降水呈现增长趋势。渭河上游及呼和浩特地区降水趋势随月份时有变化,流域内其他地区降水则呈减少趋势。对比两种方法,Mann-Kendall方法在冬季（12月至次年2月）的检验结果中无变化趋势气象站数明显多于线性回归方法,且后者估计出的趋势变化幅度略大于Mann-Kendall方法所估计出的结果。     

Analysis of the contribution of multiple factors to the recent decrease in discharge and sediment yield in the Yellow River Basin,China

The Yellow River basin is well known for its high sediment yield. However, this sediment yield has clearly decreased since the 1980s, especially after the year 2000. The annual average sediment yield was 1.2 billion tons before 2000, but has significantly decreased to 0.3 billion tons over the last 10 years. Changes in discharge and sediment yield for the Yellow River have attracted the attention of both the Central Government and local communities. This study aimed to identify the individual contributions of changes in precipitation and human activities (e.g. water conservancy projects, terracing, silt dams, socio-economic and needs, and soil and water conservation measures) to the decrease in discharge and sediment yield of the Yellow River. The study used both improved the hydrological method and the soil and water conservation method. The study focused on discharge analysis for the upper reaches and the investigation of sediments for the middle reaches of the river. The results showed that discharge and sediment yield have both presented significant decreasing trends over the past 50 years. Precipitation showed an insignificant decreasing trend over the same period. The annual average discharge decreased by 5.68 billion m³ above Lanzhou reach of the Yellow River from 2000 to 2012; human activities (e.g. socio-economic water use) contributed 43.4% of the total reduction, whereas natural factors (e.g. evaporation from lakes, wetlands and reservoirs) accounted for 56.6%. The decrease in annual discharge and sediment yield of the section between Hekouzhen station and Tongguan station were 12.4 billion m³ and 1.24 billion tons, respectively. Human activities contributed 76.5% and 72.2% of the total reduction in discharge and sediment yield, respectively, and were therefore the dominant factors in the changes in discharge and sediment yield of the Yellow River.     

黄河中上游流域降水量的时空特征及其对三门峡库区水沙量的影响

根据气象和水文资料,采用自然经验正交函数、相关分析等方法,对黄河中上游流域年降水量的时空特征及其对三门峡库区水沙来量的影响进行分析。分析表明：黄河中上游流域年降水量具有3种典型的空间分布结构;在不同的降水空间结构下,三门峡库区各水文站水沙变化差异显著;3种空间结构具有不同的变化趋势和周期;三门峡库区沙源可分为四级源区,水源分为三级源区;未来20年,库区水沙来量有增加趋势。     

黄河近年径流泥沙剧减的多因素贡献率分析（英文）

The Yellow River basin is well known for its high sediment yield. However, this sediment yield has clearly decreased since the 1980 s, especially after the year 2000. The annual average sediment yield was 1.2 billion tons before 2000, but has significantly decreased to 0.3 billion tons over the last 10 years. Changes in discharge and sediment yield for the Yellow River have attracted the attention of both the Central Government and local communities. This study aimed to identify the individual contributions of changes in precipitation and human activities(e.g. water conservancy projects, terracing, silt dams, socio-economic and needs, and soil and water conservation measures) to the decrease in discharge and sediment yield of the Yellow River. The study used both improved the hydrological method and the soil and water conservation method. The study focused on discharge analysis for the upper reaches and the investigation of sediments for the middle reaches of the river. The results showed that discharge and sediment yield have both presented significant decreasing trends over the past 50 years. Precipitation showed an insignificant decreasing trend over the same period. The annual average discharge decreased by 5.68 billion m3 above Lanzhou reach of the Yellow River from 2000 to 2012; human activities(e.g. socio-economic water use) contributed 43.4% of the total reduction, whereas natural factors(e.g. evaporation from lakes, wetlands and reservoirs) accounted for 56.6%. The decrease in annual discharge and sediment yield of the section between Hekouzhen station and Tongguan station were 12.4 billion m3 and 1.24 billion tons, respectively. Human activities contributed 76.5% and 72.2% of the total reduction in discharge and sediment yield, respectively, and were therefore the dominant factors in the changes in discharge and sediment yield of the Yellow River.     

1954-2011年间珠江入海水沙通量变化的多尺度分析

基于高要（西江）、石角（北江）和博罗（东江）水文站1954-2011 年的连续径流量和输沙率资料,采用Mann-Kendall 非参数秩次检验和小波分析的方法,分析珠江流域的入海水沙通量变化特征。结果显示：（1）1954-2011 年珠江的入海径流量没有明显变化趋势,但输沙率呈明显下降趋势,其间不同阶段的变化趋势不同：1954-1983 年珠江水沙均处于增长阶段,该阶段气候变化和人类活动对输沙的贡献率分别是70%和30%;1984-1993 年珠江水沙通量呈先降后升（1989 年是转折点）波动阶段,主要与气候变化有关;1994-2011 年珠江的水沙通量均呈下降趋势;气候变化和人类活动对输沙率下降的贡献率分别是20%和80%。（2）龙滩水库蓄水后的2007-2011 年与2006 年以前相比,珠江年均入海径流量减少了14%,而年均入海输沙率是减幅达到70%。这一时期水库蓄水和水土保持对输沙率减少的贡献率达到90%以上;（3）珠江的水沙通量变化具有明显年代际周期和年际周期变化特征,且不同子流域的周期有所不同。例如西江的径流量主要存在24 年和13 年的年代际周期以及4~7 年的年际周期,而输沙率主要存在16 年左右和10 年左右的年代际周期和4~7 年的年际周期;北江径流量主要存在12 年左右年代际周期和2 年左右以及8 年左右的年际周期和和输沙率年代际周期主要13-16 年,而年际周期是4~7 年和2~3 年;东江的径流和输沙率主要存在12 年左右年代际周期和2 年左右以及6 年左右的年际周期。这些年代际和年际变化周期与珠江流域降雨量的变化周期有较好关联性。     

气候变化和人类活动对黄河上游十大孔兑水沙过程的影响

随着气候的变化以及人类活动的加剧,世界上一些河流的径流和输沙量发生了明显的改变。查明流域的水沙特征、变化趋势及驱动因素是流域治理和管理中面临的重要问题。以黄河上游的十大孔兑为研究对象,利用1958-2015年的实测资料,采用线性趋势法、非参数Mann-Kendall趋势检验法对典型孔兑毛不拉、西柳沟、罕台川的年降雨、径流、泥沙、洪水过程进行了系统分析。结果表明：毛不拉和西柳沟年水沙序列下降趋势显著,罕台川下降趋势不显著,但近10 a比之前水沙明显减少;三个孔兑21世纪和20世纪观测到的2次洪水过程相比,产生洪水的降雨差别不大,但后一次洪峰流量和含沙量都显著降低;与1990年之前相比,1991-2015年各孔兑高强度降雨变化程度相对水沙变化不大。通过遥感影像解译,发现自20世纪90年代以来,随着退耕还林还草、封禁、休牧等水土保持工程陆续实施,十大孔兑土地利用变化显著,植被盖度明显增加,由此改变了该区域降雨-产流-产沙过程,引起1990年以后产水产沙的剧烈减少。     

黄河头道拐—潼关区间植被恢复及其对水沙过程影响

黄河头道拐—潼关区间是黄河泥沙的主要来源区,也是中国植被恢复最快的地区。植被的快速恢复对径流和输沙过程产生了深远影响。本文基于250 m分辨率的归一化植被指数数据（MOD13Q1 NDVI）,使用统计分析和趋势分析技术,分析了头道拐—潼关区间不同景观单元植被恢复特点、影响因素以及其对水沙过程的影响,并对头道拐—潼关区间植被未来发展趋势进行了预测。研究结果显示：头道拐—潼关区间82.87%区域的植被呈显著增加趋势（p < 0.05）,且植被恢复速度最快的区域为半湿润的黄土丘陵沟壑区,坡度和降水量在不同景观单元下对植被恢复的影响不同。随着降水量的增加,头道拐—潼关区间NDVI和年降水量的相关性降低。在植被恢复背景下,黄河中游主要河流径流的主要影响因素仍然是降水量,输沙量同时受到降水量和植被恢复的影响,含沙量与NDVI呈现出较强的负相关关系,而与降水量的相关性较弱。随着植被覆盖度的增加,流域土壤侵蚀量降低,河流输沙量也呈降低趋势,土壤侵蚀量对河流输沙量的贡献率变化于39%~88%之间。基于植被恢复潜力和恢复速度,本文预测头道拐—潼关区间2020年、2030年、2040年以及2050年的NDVI平均值将分别达到0.68、0.75、0.79以及0.80。     

黄河下游河道输沙功能的时间变化及其原因

以输出某一河道的泥沙总量与进入这一河道的泥沙量之比来定义河道输沙功能,以此为指标研究了黄河下游输沙功能的时间变化。研究表明,近50年来黄河下游河道输沙功能表现出随时间而减小的明显趋势。在总的减小趋势中,由于水库运用方式与下游水沙组合的不同,河道输沙功能指标具有明显的差异,可以划分为6个阶段。1986¹997年,由于降水偏少,且人类大量引水,黄河下游进入连续枯水的水文系列,河道萎缩,输沙功能迅速降低,此时段中输沙功能指标的时段平均值为0.62,为有水沙记录以来最低的时期。对于黄河下游输沙功能指标与流域因子和河道特性因子的时间变化系列进行了比较,以揭示输沙功能减小的原因。结果表明,黄河下游河道输沙功能指标与流域平均年降水量、兰州站和三门峡站汛期径流占年径流百分比、游荡段典型断面平滩水位下断面面积、花园口站和高村站水面比降等因子有同步减小的关系,并随流域水土保持面积、人类引水量及其占天然径流量比率的增大而增大,说明这些因子的变化导致了黄河下游输沙功能的减弱。