“降水——水土保持——径流”统计模型在辽宁大凌河流域水土保持效应分析中的应用研究

水土保持措施的实施会对流域河床径流量产生较大影响,会导致土地利用、覆盖范围和水文效应产生明显改变。"降水"、"区域径流"和"水土保持"三个变量之间存在线性关联性,本文以辽宁省大凌河流域为研究对象,通过对该研究区1972-2016年的年降水量、径流量和水土保持面积数据进行多元线性回归分析,构建"降水—水土保持—径流"三个变量之间的统计模型,对大凌河流域水土保持行为对该流域年径流量的影响程度展开定性描述与定量评估。通过综合区域内降水、水土保持和径流之间的关系,发现流域水土保持面积、降水量与还原径流量之间的线性关系为-0.021,水土保持面积变量与降水量之间相互独立,与径流量之间具有较强关联性。年径流量随着区域降水量不断减少而减少,而随着水土保持措施的增多而增加,研究结果对区域水资源管理与保护提供参考。     

近50年黄河入海径流变化特征及影响因素分析*

以黄河口利津站实测、天然径流资料为依据,采用回归分析、相关分析和随机水文学的方法,对黄河入海径流的变化特征进行了分析,并结合流域气候和人类活动资料,定量探讨了近50多年来自然变化和人类活动对入海径流的影响。采用费希尔最优分割法检测出黄河实测入海径流出现1968年、1985年和1996年3个跳跃点,依据3个跳跃点,将入海径流分为4个阶段:即Ⅰ(1950~1968年)和Ⅱ(1969~1985年),Ⅲ(1986~1996年)和Ⅳ(1997~2004年),4个阶段径流量逐阶段递减。根据降雨与径流的相关分析计算出各阶段取水量占入海天然径流量的比重,第Ⅰ阶段为24 ％ ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ阶段分别升至44 ％ , 65 ％ 和79 ％ ,说明流域取水量的增加是造成入海径流量逐阶段减少和断流严重性增强的主要原因,也反映了黄河入海径流由第Ⅰ阶段受自然变化影响为主逐渐过渡至第Ⅲ阶段后受人类活动影响为主。1985年以后流域暖干化、大水库的调节和水土保持等则是促使径流量减少和断流的辅助因素。     

人类活动对海河流域径流系列一致性影响的分析

从地下水开发利用、水土保持生态建设两方面分析流域降水径流关系变化的成因,说明山丘区、平原区径流系列一致性修正方法,提出一致性、代表性较好的径流成果。结果表明,进行一致性修正后,海河流域1956～1979年平均年径流量较第一次水资源评价减少11.1%,且山丘区减少幅度小于平原区。     

环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究

20世纪70年代后我国许多河流的径流量呈下降的趋势.在这些趋势变化中,如何区分人类活动及气候变化的影响是当前流域水文研究的热点和难点.提出了区分人类活动和气候变化影响的分析思路以及定量计算方法.介绍了SIMHYD概念性降水径流模型,并应用黄河中游汾河流域"天然"时期的水文、气象资料率定了模型参数,通过水文模拟还原了人类活动影响期间的天然径流量,进而分析了汾河流域径流情势的变化原因.结果表明:SIMHYD降水径流模型对汾河流域天然月径流过程具有良好的模拟效果;就1970-1999年的平均状况而言,气候因素和人类活动对径流的影响量分别占径流减少总量的35.9%和4.1%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素.     

近40年黄河中游径流情势变化分析

20世纪60年代以来，黄河中游地区一系列大规模人类生产活动如引水灌溉、水土保持等，使得黄河中下游的径流情势在过去的几十年里经历了较大的变化，造成流域水土流失、生态恶化和经济损失严重。本文以黄河中游的岔巴沟流域为例，研究了1959～2000年黄河中游地区人类活动对径流情势的影响。结果表明：流域径流在1978年受到水土保持活动的显著干扰，年径流量减少了30％以上，且径流年际、年内变化均有所减小。此外，流域径流情势随淤地坝有起有落的发展过程出现了一系列相应的变化。     

应用流量历时曲线分析黄土高原水利水保措施对河川径流的影响

流量历时曲线（Flow Duration Curve,FDC）是用于分析流域径流特征及其变化的有效方法之一。以长序列日流量为基础,采用FDC方法并结合各流域的径流量时间变化趋势分析方法,研究了黄土高原佳芦河、秃尾河、延河和湫水河等4条流域流量变化的基本特征;通过临界年份前后两个时段序列及不同年代序列的流量历时曲线变化的比较,分析了流域径流过程对大面积水土保持措施的响应。结果表明：随水土保持措施累积面积的不断增大,佳芦河、湫水河、秃尾河的径流量逐年减少,且水土保持措施对高流量部分径流减少的程度较低流量部分大,尤以工程措施为主的湫水河流量减少最明显。在延河流域,与临界年份前的时段相比,后期的高流量部分的径流量减小,而常水和低流量部分的径流量相对增大。尽管流域水土流失综合治理并未使河川径流量增加,但由于高流量部分流量的减少程度较低流量部分径流量减少程度大,从而使流域年内日径流量变化过程趋于均匀化。     

径流还原与一致性修正在水资源评价中的应用研究——以渭河秦安站为例

为研究甘肃省60余年来水资源状况变化,确保水资源评价成果的可靠性,需对径流控制站上游引水量、耗水量等按实际情况进行还原计算,形成天然河川径流量系列,并建立与面平均降水的双累积关系,对流域下垫面条件改变导致的入渗、径流、蒸发等水平衡要素的系列变化进行一致性修正。本文以渭河甘肃段秦安水文站为例,通过对单站径流量和秦安站控制流域面积内34处雨量站资料逐年计算,并点绘秦安站面降水量与径流的双累积关系曲线分析其变化趋势。结果显示:渭河流域秦安站多年平均(1956-2016年)实测径流量2. 799亿m3,还原后多年平均天然径流量3. 172亿m3,多年平均还原水量0. 373亿m3,消耗水量主要用于农业灌溉与工业生产;秦安站径流还原修正前多年平均天然径流量3. 172亿m3,修正后1. 871亿m3,修正量1. 301亿m3,减少41%,修正后径流系列可作为第三次甘肃省水资源调查评价的径流系列。研究结果为满足新时期水资源管理、促进经济社会可持续发展奠定基础。     

甘肃黄河流域与疏勒河流域降水径流变化特性对比分析

分析了甘肃黄河流域及内陆河疏勒河流域降水径流的年际变化特性。结果表明,黄河流域降水量与径流量变化一致,总体呈现减少的趋势;内陆河疏勒河流域降水量与径流量的变化趋势不一致,降水量呈总体减少趋势,径流量为总体增加趋势。两流域径流补给来源有差异,黄河流域径流补给来源为降水,疏勒河流域径流主要补给来源除降水外,与气温升高融雪水增大有关。     

1956-2016年渭河支流葫芦河流域径流及降水的年际变化特征

研究河流径流量和流域降水量的变化特征,对区域水资源规划与开发利用具有重要意义。基于葫芦河干流上下游的两个主要控制水文站实测年径流量及其流域年降水量资料,运用标准距平累计曲线法、小波分析法和Mann-Kendall等方法,研究了葫芦河干流年径流量和年降水量的年际变化趋势、周期性和突变性。结果表明：葫芦河上下游年径流量变化趋势一致性较好,流域年降水量变化趋势与径流量变化趋势基本对应,均呈下降趋势,但径流减少的速率远大于降水减少速率,且下游径流量的减少速率比上游更快。葫芦河上下游径流量变化的大周期一致,但下游径流小周期的转换要比上游径流和流域降水更频繁,上下游径流量与其流域降水量变化周期的年份对应关系不好,径流变化的主周期和次周期均小于降水的变化周期。葫芦河下游年径流量在1988年发生了突变,而上游径流量和流域降水量均无明显的突变点。     

乌拉斯台沟径流特性及参证站径流量还原计算研究

为研究乌拉斯台沟流域径流变化和径流量还原过程,选用温泉水文站和阿合奇水文站作为参证站。基于基础水文资料对径流量年际变化、年内分配和径流系列等径流特性进行分析,并对参证站的径流量还原计算过程进行了详细阐述,得到温泉水文站和阿合奇水文站断面不受上游引水影响,一致性较好的天然月年径流量系列,为后期水文计算打下了基础。     

Study on the runoff and sediment-producing effects of precipitation in headwater areas of the Yangtze River and Yellow River,China

Natural runoff observation fields with different vegetation coverage were established in the Zuomaoxikongqu River basin in the headwater area of the Yangtze River, and in the Natong River basin and the Kuarewaerma River basin in the headwater area of the Yellow River, China. The experiments were conducted using natural precipitation and artificially simulated precipitation between July and August to study the runoff and sediment-producing effects of precipitation under the conditions of the same slope and different alpine meadow land with coverage in the headwater areas. The results show that, in the three small river basins in the headwater areas of the Yangtze and the Yellow Rivers, the surface runoff yield on the 30° slope surface of the alpine meadow land with a vegetation cover of 30% is markedly larger than that of the fields with a vegetation cover of 95, 92, and 68%. Furthermore, the sediment yield is also obviously larger than the latter three; on an average, the sediment yield caused by a single precipitation event is 2–4 times as large as the latter three. Several typical precipitation forms affecting the runoff yield on the slope surface also influence the process. No matter how the surface conditions are; the rainfall is still the main precipitation form causing soil erosion. In some forms of precipitation, such as the greatest snow melting as water runoff, the sediment yield is minimal. Under the condition of the same precipitation amount, snowfall can obviously increase the runoff yield, roughly 2.1–3.5 times as compared to the combined runoff yield of the Sleet or that of rainfall alone; but meanwhile, the sediment yield and soil erosion rate decrease, roughly decreasing by 45.4–80.3%. High vegetation cover can effectively decrease the runoff-induced erosion. This experimental result is consistent in the three river basins in the headwater areas of the Yangtze and Yellow Rivers.     

黄河水沙变化趋势及成因分析

自2000年以来,黄河中上游河道非汛期出现变清趋势,黄河呈现"枯水枯沙"的新水沙特征。本文依据黄河干、支流24个主要水文控制站1950-2016年实测水沙资料,采用数理统计法和趋势分析法,分析了60多年来黄河干、支流水沙变化趋势及其影响因素。结果表明:(1) 1950-2016年黄河干、支流各站年均径流量、年均输沙量和年均含沙量随时间总体呈减小趋势,其中2000-2016年(Ⅲ时段)各站年均输沙量和年均含沙量降幅最大。(2) 1950-2016年黄河中游流域干、支流各站年均中数粒径随时间呈减小趋势,黄河水沙状况枯丰期差异显著,但随时间呈减弱趋势。(3)黄河水沙变化是自然因素和人类活动综合作用的结果,近年来黄河中游河道变清是泥沙锐减造成的,其中水保措施、水库工程、河道采砂及流域调水调沙引水引沙是主因,且人类活动影响的比重逐渐增大。     

Sediment yield in the Patuxent River (Md.) undergoing urbanization, 1968–1969

Water discharge from the Patuxent River into its estuary was near-average (95%) during the water year 1968–1969 although precipitation was only 79% of the average. Suspended-sediment discharge into the estuary, however, was more then double the normal yield (344 metric tons/km² compared to 143 metric tons/km²). These increases in runoff and suspended-sediment yields, despite decreased precipitation, must be attributed to urbanization of the drainage basin.The maximum measured suspended-sediment concentrations in the rural Middle Patuxent basin (Piedmont Province) increased only 40-fold during an increase from “average” to high water runoff (15 mg/l to 600 mg/l). In the portion of the Little Patuxent River basin undergoing urbanization (Piedmont portion), stream concentrations increased by over two orders of magnitude (20 mg/l to 2400 mg/l) as a result of heavy rainfall. The area undergoing urbanization of the Little Patuxent yielded more than twice as much suspended sediment per unit area as the rural Middle Patuxent (620 metric tons/km² versus 290 metric tons/km²). This increase also is interpreted to be the direct result of erosion of soils denuded or disturbed during urban construction.Using the Middle Patuxent as a “standard” for normal erosion rates in rural areas, construction sites contributed about 82% of the suspended sediment discharged by the Patuxent River into its estuary even though such sites represented only 23% of the drainage basin.     

南水北调西线一期工程引水区和黄河上游区域气候特征分析

利用引水区和黄河上游地区25个站1951—2000年50 a的气温和降水逐日资料,分析了研究区域降水的时空分布特征;把引水区和黄河上游地区分成7个小区,利用小波分析的方法研究了各小区气温和降水的多时间尺度特征.结果表明:黄河上游和南水北调西线引水区夏、秋、冬三季降水以同步的变化为主,其次为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化.春季降水主要表现为黄河上游与引水区之间存在反位相的变化,其次才表现为一致的变化.各区的气温均以同步升温为主.降水具准3 a和准22 a周期,气温的振荡周期主要是2~5 a的小周期和准11 a的周期.引水区和黄河上游地区近50 a来夏季的降水在一致变化的基础上也有着明显的区别.     

黄河上游春季径流的特征

本文指出,在唐乃亥以上的黄河上游干流融雪径流是3月下旬至6月上旬期间径流量的主要成份,所占比例在40％以上。据此,对NOAA/TIROS气象卫星云图的积雪遥感信息应用于黄河上游春季融雪径流预报进行了尝试。根据1987年龙羊峡水库实测资料验证,预报精度在80％以上,基本符合业务预报要求。     

石羊河流域水资源开发利用与补给之间的协调性评判

在甘肃省石羊河流域历史水资源开发利用情况简述基础上,结合城镇化进程,提出目前武威市的农业用水来源于祁连山山前水库拦蓄地表水,景电二期延伸工程向民勤所调黄河水及部分地方开采地下水;工业、生活用水均取自地下水,水量供给与天然补给上已处于严重失调状态。就城市地下水源地保护区划分而言,以传统的地下水开采影响半径为基本依据所进行的现代地下水源地保护区划分是不合理、不够科学的,应当在地下水补给、径流、排泄条件分析基础上,将水源地上游整个流域划定为保护区,以永久性解决城市地下水供水中存在的水源地安全问题。另外,针对石羊河流域重点治理规划中的调水方案,比较科学、合理的做法是：应从石羊河流域地下水文地质条件出发,遵循第四世地质历史时期形成的地下水补给、径流、排泄通道,在全流域实施压减灌溉面积、减少地下水开采量的同时,将景电二期延伸工程所调黄河水与祁连山山前部分水库地表水部分地或全部地从石羊河上游———武威盆地上游区域通过灌溉或其它方式下渗,补给进入地下水系统中,最终达到六河水系及下游地下水位停止下降,石羊河下游民勤盆地地下水位持续回升的综合治理规划目标,而不是将水直接调入下游民勤盆地。     

黄河流域天然河川径流量演变归因分析

受气候变化和人类活动影响,黄河流域水资源量持续衰减。以往水资源归因分析的研究主要针对气候变化和人类活动对实测径流量衰减的贡献,对天然径流量衰减的原因关注不够,不利于支撑黄河流域水资源高效利用和科学管理。基于黄河二元水循环模型评价不同时期黄河流域天然河川径流量,并采用多因素归因分析方法分析主要影响因素对天然河川径流量衰减的贡献。结果表明,2016年水平年情景相比于1956—1979年水平年情景,花园口断面多年平均天然河川径流量减少114.6亿m3,其中气候变化、下垫面变化和社会经济取用水影响的贡献率分别为24.4%、25.0%和50.6%。从分区来看,兰州以上气候变化是主导因素,兰州以下人类活动是主导因素。为遏制天然河川径流量衰减的趋势,促进黄河流域生态保护与高质量发展,应加强深度节水、刚性控水、适度增水、强化管水和立法护水。     

水土保持措施对流域泥沙输移比的影响

以黄土高原无定河流域为例研究了水土保持措施对流域泥沙输移比的影响。水土保持措施极大地改变了流域泥沙的侵蚀、输移和堆积过程,因而改变了流域的泥沙收支关系。在天然状况下,无定河流域的泥沙输移比接近10。20世纪60年代后流域内大规模地展开水土保持工作以来,泥沙输移比急剧下降为0.2～0.4。泥沙输移比的变化,主要是由于流域内人为沉积汇的形成所致。这种人为沉积汇表现为水库、淤地坝的拦沙作用,导致了泥沙输移比大幅度减小。在目前状况下,人工沉积汇的拦沙作用相当于坡面措施减蚀作用的2 4～6.3倍,表明坡面治理措施的有效性尚有待提高,并亟待在生态环境建设中予以加强。     

黄河数字流域模型的建立和应用

黄河数字流域模型是“数字黄河”的重要组成部分,在数字流域模型框架下,以坡面为基本单元,建立了包括植被截留、融雪、地表蓄滞、表层土蓄滞、中层土蓄滞和深层土蓄滞共6层的产流模型.模型在垂向上考虑3层出流:地表超渗产流、表层土侧向渗流和中层土侧向渗流,既反映当前的降水过程,又体现前期降水过程和土壤前期含水量的影响,比较适合黄河流域的产流特点.在坡面产流的基础上,还给出了坡面单元侵蚀产沙公式,用于建立流域产沙数学模型.应用建立的模型,给出了3个计算实例:黄河全流域水量计算、小花区间汛期洪水模拟和多沙粗沙区产沙计算.实践表明:建立的模型基本具备了在黄河全流域进行降雨-径流模拟、侵蚀产沙计算的功能,辅以降雨预报模块则可进行洪水预报.     

Fluvial responses to environmental perturbations in the Northern Mediterranean since the Last Glacial Maximum

The numerical model HydroTrend, that produces daily time series of water discharge and sediment load to the ocean, is applied to three Mediterranean drainage basins to: (i) simulate the water and sediment flux changes to sedimentary basins through time and (ii) determine the impact of potential forcing factors on sediment and water fluxes to sedimentary basins and how this impact varied through time. Climate (precipitation, temperature and glacier equilibrium line) and drainage basin (basin elevation, drainage area and reservoir) reconstructions of the Po, Rhône and Têt river basins over the last 21 000 Cal. years B.P. are used as input to the model.Simulated sediment fluxes at the river mouth for the Po, Rhône and Têt River systems during the late Pleistocene were considerably higher compared to Holocene pristine sediment flux, with a factor 3.5, 2.4 and 2.4 respectively. For the Po River system and the Rhône River, deglaciation in the late Pleistocene is the main factor, responsible for these higher sediment fluxes. Drainage basin area change due to sea-level rise is the main cause of decrease in sediment flux for the Têt River system and to a certain extent for the Po River system. Man-made reservoirs reduced sediment flux to the ocean for the Po, Rhône and Têt rivers over the last 3–6 decades with a factor of 1.3, 3.8 and 2.4 respectively.Fluvial responses to climate and basin variations are reflected in the peak flood discharge and sediment concentration curves, where present-day water peak flood curves for all three rivers are the highest in the last 21 000 Cal. years B.P. However, their associated sediment concentration curves show opposite results because of diminishing glacial area and the impact of reservoirs. The Têt River system has the ability to generate hyperpycnal plumes although the occurrence frequency changes over time. Prior to 15 500 Cal. years B.P. the river system area was extended due to the low sea level, causing a less favorable regime to generate hyperpycnal events. Presently sediment trapping due to man-made reservoirs alters the river ability to generate hyperpycnal events.