一种新的流域水沙关系模型及其 在年际时间尺度的应用

根据陕西子洲试验站9个流域和山西离石试验站3个流域的观测数据,研究了黄土丘陵沟壑区次暴雨径流和产沙的关系。结果表明:在研究区,当流量超过某一临界值后,含沙量保持稳定,且次洪平均含沙量主要取决于大流量时段,故对于较大的洪水事件,其平均含沙量也趋于稳定,次暴雨和次暴雨过程两个时间尺度的水沙关系表现出很好的相似性。因此可用正比关系式来拟合较大洪水次暴雨径流深和产沙模数之间的关系。由于极端事件对研究区水土流失的重要性,使得该模型有很好的实用性。模型在年际时间尺度上的应用结果表明,对仅在次暴雨期间产流的地区,该模型可以很好地预测年产沙量,而对于常年流水的流域,在丰水年根据汛期径流量该模型也有较好的计算精度。     

黄河下游河道泥沙存贮-释放及其临界条件

确定了黄河下游河道处于泥沙存贮-释放临界状态的水沙临界条件。当场次洪水平均含沙量小于31.68 kg/m³,或者来自中游多沙粗沙区场次洪水来沙量小于4 543×10⁴ t,下游河道将由泥沙存贮状态变为泥沙释放状态。当河口镇以上清水区径流占场次洪水总径流量比率大于0.70时,也会由泥沙存贮状态变为泥沙释放状态。场次洪水泥沙输移比随洪水平均流量的增到而增大,流量为4 000 m³/s(相当于平滩流量)时达到峰值,此后有所减少。这表明,平滩流量时泥沙存贮最少,低于平滩流量和高于平滩流量时泥沙存贮均增大。     

基于多时间尺度SPI的闽江流域干湿变化与洪旱事件识别

为分析闽江流域气候干湿变化及其径流响应,以闽江流域25个气象站1960—2006年逐月降水资料以及竹岐水文站月径流资料为基础,采用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,简称SPI)和Pearson相关分析法进行研究,结果表明:1.长时间尺度的SPI在分析气候干湿变化上更具实用性,更能清楚反映长期干湿变化特征;2.短时间尺度(1~3个月)SPI与径流存在高相关性,其中2个月时间尺度的SPI与径流的相关性最强;且短时间尺度上二者的相关性有季节差异,表现为春、夏季(R0.75)相关性高于秋、冬季(R0.7);3.2个月尺度SPI序列能够较精确地识别流域性的特大洪水事件和主要旱灾,对流域性特大洪水的监测和预报具有潜在应用价值。     

贵州麦岗水库小流域降水变化特征的小波分析

利用1960-2007年月平均降水和年平均降水数据,采用墨西哥帽小波连续函数,对贵州省紫云县麦岗水库流域近48年来降水时间序列的季节变化和年际变化进行多尺度分析,揭示了麦岗水库流域降水变化多时间尺度的结构特征,并提取各季节和年降水序列的周期变化及突变点。结果表明,不同季节和年降水存在不同时间尺度的变化周期。春季降水的变...     

黄土丘陵区雨强对水流含沙量的影响

以黄土丘陵区的3个典型小流域为重点对象,基于不同时期实测的1300多对雨强和含沙量数据,分析了不同空间尺度情况下的雨强—沙峰含沙量关系。结果表明：在峁坡尺度上,含沙量总体上随雨强的增大而增大;但在既有峁坡、也有沟坡的各级流域尺度上,无论流域层级高低或面积大小,雨强对含沙量的影响均存在明显的阈值现象,当雨强超过该阈值后,洪水含沙量不再随雨强增大而增大。雨强阈值随林草覆盖程度增大而增大,如研究区在1956-1969年下垫面情况下的雨强阈值为10~15 mm/h、1990-1997年为20 mm/h,目前估计达40 mm/h。由于流域尺度上雨强大于10~15 mm/h的降雨几乎每年都有发生、20世纪50-80年代的林草植被变化不大,加上黄土丘陵区产沙主要靠坡面水流对地表土壤的冲刷,而贴地表水流的流速不会随流量的增大而无限增加等原因,形成了20世纪90年代以前黄土区支流的年最大含沙量基本稳定的现象。     

秦岭-黄淮平原交界带河流水沙关系分析

对秦岭－黄淮平原交界带河流水沙关系及其成因的分析表明,水沙年际变化趋势具有２个特征;各站径流过程曲线和输沙过程曲线走势大致相同;各站水沙变化趋势基本一致。年内水沙关系具有３个特征。相关曲线呈顺时针绳套关系上;上半年内同流量的含沙量１－４月小于５（６）月,呈现出逆时针型的相关趋势;５－６月份且平均径流量明显减少,而且平均含沙量明显增加。     

黄河永和关段全新世古洪水研究

通过对黄河中游晋陕峡谷段进行系统地考察, 在多个地点发现全新世古洪水滞流沉积物。选择永和关段YHG剖面进行了沉积学和水文学研究。根据野外宏观沉积学特征, 确定YHG 剖面含有一组五层古洪水滞流沉积层。采样分析测试表明其磁化率低、烧失量小、CaCO₃含量低, 粒度成分分类为粉沙质细沙和细沙质粉沙。它们是黄河洪水悬移质泥沙在高水位滞流情况下的沉积物, 记录了黄河晋陕峡谷段一期五次特大古洪水事件。通过地层学对比分析和OSL 测年断代, 确定这五次洪水发生在全新世中期-晚期转折阶段, 即3200-3000 aBP。这也是我国历史上商末-西周初年的气候恶化转折阶段。利用“古洪水SWD厚度与含沙量关系法”恢复古洪水洪峰水位, 采用面积-比降法计算出5 次古洪水事件洪峰流量介于28380~48590 m³/s 之间。该结果有效地延长了黄河中游洪水数据序列, 为万年尺度洪水流量-频率关系的计算提供了基础数据。这对于黄河中下游水利水电工程洪水设计和洪水资源化开发管理具有重要的现实意义, 对于揭示黄河中游水文过程对于全球变化的响应规律具有重要的科学意义。     

黄土丘陵沟壑区流域系统侵蚀与产沙关系

从长期来看流域系统的侵蚀与产沙基本可以达到平衡,泥沙输移比约等于１。但次降雨或分年度泥沙输移比有相当大的变幅,在短期内会经常存在泥沙的滞留和滞留的泥沙被重新锓蚀搬运,而出现泥沙输移比小于１和大于１的情况。这主要与降雨的空间分布和洪峰增减幅度及径流深度增减幅度密切相关。流域系统次降雨泥沙输移比及各级沟道含沙水流的挟沙能力变化可用单位面积上洪峰增减幅度变化时暴雨洪水的剪切力的转化机制来描述。     

黄河内蒙古段洪峰特征及水沙关系变化

本文通过黄河头道拐站1950-2009 年水沙年系列进行突变点分析, 识别出1969 年、1986 年、1996 年3 个突变点, 将黄河内蒙古段水文过程划分为4 个时期。在此基础上, 利用内蒙古段6 个水文站长系列日流量、日含沙量及泥沙组成数据, 划分了各站的夏汛洪峰, 并统计分析了分期洪峰的水沙分布特征和洪峰水沙关系, 揭示出夏汛洪峰流量和输沙率逐渐减少的规律:1996-2006 年与1954-1968 年相比, 夏汛洪峰水沙量占全年水沙的比例都减少了约一半, 流量级频率与输沙率乘积的峰值对应的流量也降低了约一半。分析认为, 黄河内蒙古段夏汛洪峰特征阶段性变化既有大型水库的影响, 又有气候变化及人类活动的影响, 而且后者的作用越来越大。分析发现, 20 世纪90 年代以前, 黄河上游水沙变化只是改变了内蒙古段来沙中粗颗粒泥沙的水沙关系, 显示出大流量输送粗颗粒泥沙能力相对增强的趋向;进入内蒙段后, 通过泥沙冲淤调整, 分粒径组泥沙水沙关系变化比较复杂。近期在水沙条件巨大变化下, 河流的输沙特性并没有发生根本变化, 但是无论全沙还是分组沙, 水沙关系曲线变陡, 大流量输送泥沙能力相对增强。     

基于贝叶斯模型平均的全球洪水中长期预报评估研究

筛选全球5839个水文站逐日径流数据,采用超阈值采样法提取洪水发生频率及时间,将各季节最大日流量作为季节洪水量级,以优选的多个大尺度气候因子的最佳前置月份序列作为潜在预报因子,基于贝叶斯模型平均法构建全球尺度洪水中长期预报模型,并利用均方误差技术指数（MSESS）评价模型的预报效果。结果表明：全球范围内,洪水量级和频率模拟预报效果合格（0.6>MSESS>0.2）的水文站点占比分别为48%和28%;利用前置季节气候因子数据,驱动所构建的洪水中长期预报模型,有效预报了2020年鄱阳湖流域洪水量级将异常偏高。     

Modelling the runoff-sediment yield relationship using a proportional function in hilly areas of the Loess Plateau, North China

Based on data observed at the 12 small watersheds in hilly areas of the Loess Plateau, North China, the relationship between event runoff volume and sediment yield is examined. The results reveal that the runoff-sediment yield relationship at the inter-event timescale is mainly determined by the runoff-sediment concentration relationship at the intra-event timescale. In the study area, the sediment concentration tends to be stable when the flow discharge exceeds a certain critical value. Many factors that are important for determining the characteristics of low-magnitude events, such as flow discharge, particle size of fluvial sediment, and accumulation of loose material on land surfaces prior to a rainstorm, appear to have little importance for high-magnitude events. Consequently, mean sediment concentration tends to be stable for large flood events, suggesting a strong similarity between the two flow-sediment relationships at inter-and intra-event temporal scales. Furthermore, a proportional function is proposed to predict event sediment yield, and the correspondence between the predicted and observed sediment yields is examined. The performance of the model is good for high-magnitude events, especially extreme events. The applicability of the proposed model at the annual timescale is also discussed.     

黄河下游河道萎缩对冲淤临界的影响

通过实测年系列水沙资料分析,运用统计分析方法,按照非萎缩期(1950~1985年)和萎缩期(1986~1999年)两个时期,分别得到黄河下游河道的冲淤临界值。对于年沙量、>0.05mm年粗沙量、年均含沙量、年均粗泥沙含沙量、年均来沙系数而言,冲淤临界值均有不同程度减小。这意味着河道萎缩后,由于输沙功能减弱,在年沙量、>0.05mm年粗沙量、年均含沙量、年均粗沙含量、年均来沙系数处于比非萎缩期更低的水平时,下游河道就有可能出现淤积,从而使得控制河道淤积抬高变得更为困难,使河道防洪面临新的问题。     

年代际尺度海岸演化机制与动力-统计建模方法

发展中长时间尺度的海岸演化预测方法与机理模型,是目前国际海岸演化研究领域关注的焦点和最具挑战性课题。本文系统性地回顾了近半个世纪以来不同时间尺度海岸演化模式的研究发展历程和成果,从动力机制和时间尺度两个方面对海岸演化机理模型存在的主要建模瓶颈问题进行了系统总结。通过对渤海湾西岸近一个半世纪以来海岸演化机制的初步分析,提出了以泥沙收支、环流输送、波浪掀沙以及波气候变化等要素作为年代际尺度海岸演化主要驱动因子,基于驱动力概化与统计升尺度有机衔接的年代际尺度海岸演化机理模型的动力—统计建模方法框架新思路,为推动海岸演化动力学理论体系和中长时间尺度海岸演化预测方法创新,提供了重要科学依据和借鉴。     

The Organic Component of Particulate Matter in Small Streams of the Northern Yenisei Region During the Summer-Autumn Period

A quantitative assessment is made of suspended sediment load, including particulate organic matter and organic carbon, in 2014 for the small streams of the Northern Yenisei region, in the taiga–tundra transition zone (near the city of Igarka, Krasnoyarsk krai). It was found that the suspended sediment concentration (SSC) of the streams under investigation fluctuated between 2 and 18 mg/L during the summer–autumn low-water period of 2014. The proportion of dissolved organic matter (DOM) in the total sediment yield varied from 16.4% to 74.1%, depending on landscape-geomorphological conditions for suspended sediment formation: it is higher for streams with tundra catchments and lower on forest watersheds underlain by sandy and clayey loams. The DOM content varies from catchment to catchment from 1.63 to 2.42 mg/L, and the mean concentration of dissolved organic carbon (DOC) is estimated at 0.73 to 1.09 mg C/L. It is shown that the local channel transformations serve as the main source of POM and DOC input to the water of two out of three streams under study. Surface runoff or fast subsurface flow in the organic soil horizon is the external source of DOM input to the water of the third stream during flooding. Regional empirical dependencies were obtained, which correlate the water discharge, total SSC and the proportion of DOM are obtained. The long-term proportion of DOM in the annual suspended sediment flow of the Graviika river makes up 25% and DOC, 11%, or, in absolute values, 406 and 183 t/year, and in units of layer 1.26 and 0.57 t/km², respectively.     

水沙条件对黄河下游河道输沙功能的影响

提出河道输沙功能指标F_s为进入某一河道的泥沙总量(干流与支流输入沙量之和)与输出这一河道的泥沙量之比。河道输沙功能与来水量和来沙量有密切关系,若来水减少,来沙增多,则河道输沙功能减弱。来沙中大于0.05 mm粗泥沙含量百分比与河道输沙功能指标成负相关。来沙系数、特别是粗泥沙的来沙系数,是决定黄河下游输沙功能的重要因子;来沙系数越大,则河道输沙功能指标越低。场次洪水的输沙功能指标随场次洪水最大含沙量的增大而降低,历年河道输沙功能指标随各年中高含沙水流频率的增高而降低。小浪底水库修建后,为我们通过调水调沙提高河道输沙功能提供可能。研究表明,场次洪水平均含沙量35 kg/m³,或场次洪水平均来沙系数为(0.015 kg·s)/m⁶,是在调水调沙中实现河道输沙功能优化的最优含沙量和最优来沙系数,平滩流量则是实现河道输沙功能最大化的最优流量级。     

特枯水情对长江中下游悬浮泥沙的影响

基于长江中下游气象资料、历史水沙资料和2006 年10 月现场水沙观测资料, 分析了 典型枯水年大通站的月均径流量和输沙率特征、2006 年特枯水情产生的气候背景以及对长江中下游含沙量和悬沙粒径产生的影响。分析表明, 枯水年长江干流输沙量有显著的减少, 2006 年特枯水情下大通站汛期输沙量仅占多年平均值(1985-2000 年) 的19.8%。在特枯水情 和三峡工程蓄水的背景下, 2006 年10 月长江中下游含沙量平均为0.057 kg/m³, 只占 2003-2005 年10 月平均值的20.6%。2006 年10 月长江中下游悬沙中值粒径平均为4.8 µm, 悬沙中值粒径只占多年平均值的26.3%, 占近期平均值的41.8%。含沙量、悬沙粒度和中游 河床冲淤特性的综合分析表明, 城陵矶-湖口河段水沙垂向交换强, 是三峡兴建以后近期河 道调整频繁的河段。洞庭湖和鄱阳湖对长江干流含沙量的贡献较大, 尤以鄱阳湖的贡献最大, 长江中下游其他支流对长江干流含沙量的贡献较小。汉江和巢湖对长江中下游悬沙粒径的影响相对较大, 而洞庭湖和鄱阳湖则对悬沙粒径的影响相对较小。     

Sediment and Water Discharge Assessment on Santiago and Pánuco Rivers (Central Mexico): The Importance of Topographic and Climatic Factors

This study explores the main factors controlling sediment and water discharge in the Santiago and Pánuco Rivers, the two largest rivers of central Mexico. Both Santiago and Pánuco Rivers are sourced in the Central Plateau of Mexico and flow in an opposite direction. Santiago River flows over a tectonically active margin draining to the Pacific Ocean, and Pánuco River flows into the passive margin of the Gulf of Mexico. Mean annual and monthly values of suspended sediment load and water discharge spanning around 50 years were used to evaluate sediment load and water discharge in these two rivers. Our findings indicated that Santiago River delivers to the ocean around 45% more sediment than Pánuco River. However, we found that Santiago River has about half the water discharge of Pánuco River. The high river gradient along Santiago River is likely to enhance the net erosion and sediment transport capacity. Water discharge at Pánuco Basin is higher than in Santiago Basin because the annual rainfall is higher for the former. The difference in sediment and water discharge for both rivers are also related to El Niño Southern Oscillation events. Our results indicated that water discharge in Santiago River increases during El Niño and La Niña events. In contrast, Pánuco River is mostly affected by La Niña events.     

DISCHARGE AND SEDIMENT-LOAD CHARACTERISTICS OF THE HILDA ROCK-GLACIER STREAM,CANADIAN ROCKY MOUNTAINS,ALBERTA

Water discharge and sediment load characteristics of the Hilda rock-glacier stream are described for portions of the 1985 and 1986 ablation seasons. Covering an area of 1.5 km², the Hilda rock glacier yields a relatively consistent flow, generally low in suspended sediments and relatively high in total dissolved solids during the ablation season. The seasonal hydrograph shows decreasing discharge and suspended sediment load and increasing dissolved loads through the ablation season as snowmelt water sources are depleted. Superimposed on this is a diurnal hydrograph showing that daily peaks in discharge lag several hours behind daily temperature maxima. Rain events produce hydrograph anomalies and act to flush sediment, elevating suspended loads, while diluting dissolved loads. These data suggest that rock-glacier hydrological systems are more responsive to short-term and transient meteorological conditions than previously suggested in the literature. Nonetheless, the data indicate that the Hilda rock glacier is more conservative in both water and sediment yield than glacier systems of comparable size and in the same environment.     

长江上游重点产沙区产沙量对人类活动的响应

对金沙江屏山站、嘉陵江北碚站、宜昌站20世纪50年代以来的输沙量和含沙量进行分析。结果表明,在年径流量相同的情况下,由于大规模矿山、钢铁工业、交通建设增加水土流失,屏山站1976~1996年年产沙量要高于1954~1976年。与此相反,由于修筑水库、塘坝拦沙,修建梯田、恢复植被减少侵蚀,北碚站1983~1996年年产沙量要大大低于1954~1982年;宜昌站1985~1996年年产沙量也低于1954~1984年。北碚、宜昌两站都存在一个使水利、水土保持减沙量为0的年径流量临界值,北碚站和宜昌站这一临界值分别为1142×10⁸m³和4800×10⁸m³。