1766 年以来黄河中游与永定河汛期径流量的变化

利用清代志桩涨水尺寸和雨分寸记录、近现代器测水文与降雨数据等多种资料,重建/修正了永定河卢沟桥断面和黄河三门峡断面1766-2004 年的汛期径流量(m³/s),其在夏秋汛期的多年平均径流量分别为109.0 m³/s 和5121.1 m³/s。并依据多年径流量平均值±1 个标准差值得出了新的丰-枯水发生年表。小波分析显示两者具有较为明显的30~40 年周期,1920 年之后,永定河持续性的枯流使河流水量变化周期消失,黄河中游的高频周期则更加发育。两者在1780-1900 年存在20 年尺度上的变化同步性现象,而1840-1860 年代和1890-1910 年代两者出现了明显的反相位现象。从1766 年以来的情况分析,中国东部季风区进入20 世纪暖期之后,黄河中游与永定河卢沟桥以上流域的汛期降雨基本为反相关关系。     

黄河上游夏季流量对气候变化的响应及未来趋势预估

本文从气候变化的角度出发, 研究黄河上游龙羊峡水库夏季流量与流域气候条件的响应关系及流量预估模型, 并根据区域气候模式输出数据降尺度生成的未来气候情景, 对未来龙羊峡夏季水库流量进行了预估。结果表明:近35 年来, 黄河上游夏季气温升高、蒸发增大, 降水略有减少;黄河上游龙羊峡水库平均入库流量呈递减趋势, 夏季流量对流域降水量、平均最高气温及最低气温的响应显著;未来两个时期(2020s、2030s)龙羊峡夏季流量均较基准期(1988-2010 年)减少, 但在不同气候变化情景下流量变化有所差异, 其中A2 情景下夏季平均流量分别减少23.9%(2020s)和19.8%(2030s), B2 情景下分别减少14.4%(2030s)和17.3%(2030s), 据此, 未来气候变化对黄河上游流域夏季流量的可能影响将弊大于利, 但仍具有较大不确定性。     

小浪底水库运用以来黄河下游河道冲淤的时空规律与模拟

1999年小浪底水库投入运用以来,黄河下游河道发生持续冲刷,其时空变化过程复杂。基于滞后响应模型单步模式推导得到了黄河下游累计冲淤量的计算公式,2000—2020年计算值与实测值之间的决定系数R²达0.99。当前,黄河下游处于持续冲刷之中,冲刷速度逐渐变慢,当前时段的平衡值与计算值的差异减小,河床冲刷正在逐渐趋向于平衡。基于悬移质泥沙不平衡输沙方程得到了黄河下游主槽单位河长累计冲刷量空间分布的计算公式,2003—2015年计算值与实测值之间的决定系数R²在0.98～0.99之间,相对误差多年平均值为6.2%。结果表明,在当前黄河下游来沙减少,河道发生持续冲刷的背景下,就多年平均情况而言,累计淤积量调整完成一半所需的时间约为3.0 a,完成95%所需的时间约为13.0 a;且随着冲刷的持续发展,黄河下游累计冲刷量的空间分布在逐渐趋于均匀。本文的结果可为分析黄河下游复杂时空变化过程提供参考。     

中国降水未来情景的降尺度模拟

基于长时间序列(1964～2007年)的全国降水观测数据, 结合经纬度数据以及DEM、 坡向、坡度等系列地形特征数据, 利用空间统计方法, 在构建年平均降水降尺度模型的基础 上, 运用高精度曲面建模(HASM)方法对经过降尺度分析的HadCM3的A1Fi、A2a和B2a 三种情景T1～T4时段的全国未来平均降水进行高精度曲面模拟。模拟结果显示, 在T1～T4 时段内, A1Fi、A2a和B2a三种情景的全国平均降水均呈持续增加趋势。其中, 平均降水在 A1Fi情景中增加速度最快, B2a情景中增加速度最慢;A1Fi和A2a两种情景的平均降水均呈 加速增加趋势, 而B2a情景的平均降水则呈减速增加趋势。模拟结果表明, 本文构建的降尺 度模拟方法可以有效地实现IPCC GCM 的低分辨率的降水情景数据降尺度转换成高分辨率的 降水数据。     

考虑水文变异的黄河干流河道内生态需水研究

气候变化及人类活动导致水文变异,变异前后样本总体分布显著不同,即改变了当地生态系统的水文状况,打破生态平衡。本文使用滑动秩和检验(Mann-Whitney U检验) 分析水文变异,并对水文变异成因做了系统的分析。在此基础上,对变异前各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数,求出概率密度最大流量,并将其视为相应月河道内生态流量。本文用该法计算黄河干流7 站各月河道内生态流量,即得河道内生态需水情况。分析表明,考虑水文变异的河道内生态需水计算方法是可行的;水文变异后,黄河流域干流各水文站满足生态需水的频率大大降低,汛期降低幅度比非汛期大;黄河生态系统水环境恶化的主要原因是人类活动。     

1736-2010年华南前汛期始日变化

根据清代华南雨雪分寸记载的内容、特点,参照华南地区前汛期降水特征,提出了利用雨雪分寸记载重建华南前汛期开始时间的方法,重建了1736-1911年福州与广州前汛期开始日期变化序列;并利用福州与广州(分别始于1953和1952年)逐日降水观测记录辨识了器测时期两地前汛期的逐年开始时间;据此分析了过去300年华南前汛期开始日期的年-年代际变化特征。结果表明:1736-2010年间,福州、广州两地前汛期开始时间平均为5月第1候;但存在显著的年际和年代际波动,其中重建时段(1736-1911年)的主周期为2~3年、准10年和准40年,器测时段的主周期为2~3年、准10年和准22年。在年际尺度,重建时段福州和广州前汛期开始时间最早的年份均为4月第4候,最晚的年份则分别为5月第6候和6月第1候;而器测时段两地前汛期开始时间的最早年、最晚年均为4月第4候和6月第1候。在年代际尺度,重建时段福州和广州相邻年代最大变幅分别为2.2候和1.6候;器测时段福州和广州相邻年代最大变幅则分别为2.5候和2.4候。     

塔吉克斯坦帕米尔高原源区水文变化——以贡特河为例

在中亚地区水资源匮乏、水资源安全问题突出背景下,进一步了解该区水文变化有利于科学制定水资源调配政策。基于塔吉克斯坦贡特河(Gunt river)霍罗格水文站数据和霍罗格气象站数据,使用不均匀系数、线性趋势法、Mann-Kendall检验法、R/S分析法和小波分析法等方法,分析了1940—2017年贡特河流量变化特征及其对气候变化的响应,结果表明:(1)贡特河流量年内分配不均匀,6—9月占全年平均流量的75%,汛期集中在7月19日前后,无明显提前或延后特征。(2)贡特河流量年际变化总体呈减少趋势,但趋势不显著,年际变化率为-5. 75(m~3·s~(-1))/10 a,在1940—1946年呈增加趋势,1947—1958年呈减少趋势,1959—1960年呈增加趋势,1961—2017年呈减少趋势,在1946年存在突变;共经历了4次丰-枯期:丰水期(1940—1959年)-枯水期(1960—1976年)-丰水期(1977—1995年)-枯水期(1996—2017年)。趋势分析表明流量在未来一段时间内可能存在增加趋势;小波分析表明流量存在23～34 a,9～22 a,4～8 a的准周期变化。(3)降水对贡特河径流年内补给具有明显滞后效应,平均气温与径流年内变化具有同步性;流量年际变化主要受降水影响;周期相关表明,年平均流量与降水量、平均气温在1960—1980年同时存在的8～12 a时间尺度的显著周期变化,而在整个时间域中则同时存在2～5 a时间尺度的显著周期变化。     

黄河银川平原段河岸摆动速率变化及原因

研究选取黄河银川平原全长196 km的河段,以1975 年、1990 年、2010 年和2011 年四个年份的卫星影像数据绘制的左右河岸线,与设立的平均间隔为1.3 km的153 个河道固定横断面的交点位置的变化,估算了1975-1990 年、1990-2010 年和2010-2011 年三个时期的河岸平均摆动速率。结果表明,该河段左岸以向右摆动为主,在上述时期左岸总的平均摆动速率分别为36.5 m/a、27.8 m/a 和61.5 m/a;右岸在1975-1990 年以向右摆动为主,此后则以向左摆动为主,其摆动速率分别为31.7 m/a、23.1 m/a 和50.8 m/a。在1975-2011 全部36 年间,左右河岸的年均摆动速率分别为22.3 m/a 和14.8 m/a。河岸摆动速率在A、B、C三个河段相差悬殊,在1975-2011 的36 年间,左岸向左和向右的平均摆动速率之比分别为1：7.6：4.6 和1：1.7：3.8;右岸向左和向右的平均摆动速率之比为1：1.8：1.2 和1：5.6：17.7。显然,无论左岸右岸,它们在A段的摆动速率最小,向左摆动速率最大的出现在B段,而向右摆动速率最大的则是C段。河岸摆动速率在时序上的增大现象主要受制于人类筑坝蓄水等引起汛期流量的逐渐减小,而空间变化主要受制于河岸物质组成的区域差异。     

环青海湖风能资源的评估——以沙珠玉为例

基于2009-06-2010-05环青海湖沙珠玉测风塔的观测资料,计算了风速、平均风功率密度等参数,利用风能评估方法分析了风能参数、风向频率的变化规律及其特征.结果表明:观测年度10～70 m年平均风速和年平均风功率密度分别在4.4～5.7 m/s 138.4～285.1 W/m2间,且随高度的升高而增大.测风塔各高度3～25m/s风速的时数在5 090～6 045 h间,最多风向为偏东南风,次多风向为偏西北风.风能密度主要集中在NNW-NW扇区,累积频率达53%.观测年50 m高度风速距平百分率偏小(-15.17%),长年代校正的年平均风功率密度值为397.2 W/m2,达到了3级(>300 W/m2)并网型风力发电的风电场等级标准,指示这个区域的风能资源比较丰富.     

黄河上游内蒙古河段平滩流量对人类活动和气候变化的响应

冲积河流平滩流量既反映了河道尺度上的水文-地貌耦合关系,又与流域因素密切相关。从这一概念出发,以黄河上游内蒙古河段为例,研究了平滩流量的变化,并在流域层面与河道层面上对其成因进行了研究。结果表明：上游水库调节改变了出库流量过程,使汛期流量大幅度减小,泄流过程均匀化,因而平滩流量减小。在龙羊峡水库修建后洪水流量减小导致漫滩机遇降低的情形下,泥沙淤在主槽内,也是平滩流量减小的重要原因。泥沙冲淤对于平滩流量的影响存在着某种累积或滞后效应,巴彦高勒平滩流量Q_bf,BY不仅与当年的冲淤量有关,还与以前冲淤量有关,前4 a平均淤积量对平滩流量的影响最大。建立了平滩流量与前4 a累计淤积量、年均流量、年最大日流量的多元回归方程,该方程表明平滩流量既与当年的流量特征相联系,也与一定时间尺度上河道冲淤造成的后果相联系,反映了某种水文地貌耦合关系。研究还表明,存在着以下因果关系链：龙羊峡水库修建→汛期来沙系数增大→河道淤积加强→平滩流量减小。因此,通过改变龙羊峡水库的运用方式,增大汛期下泄流量,可以减小河道淤积、增大平滩流量,从而增大下泄洪水的能力,降低凌汛期间的防洪压力。平滩流量的变化是流域因素变化的结果,所建立的多元回归方程表明,在50 a的时间尺度上,暖干化指标的增大、引水率的增大、水库总库容的增大和天然径流系数的减小,是黄河上游平滩流量减小的原因。     

1766-2000年黄河上中游汛期径流量波动特征及其与PDO关系

利用清代黄河上中游3个站点的志桩尺寸记录,通过建立回归模型反演了1766-1911年的逐年径流量,重建了兰州、青铜峡和三门峡1766-2000年的逐年汛期径流量序列,再结合河源段唐乃亥站1766-2000年的逐年径流量,构建了河源—上游—中游4个站点的径流量序列,这是目前利用历史文献记录能够获得的最为清晰的黄河径流量曲线。研究显示,19世纪中期出现在黄河下游的沉重“河患”是由青铜峡—三门峡河段内的径流量突变所致,而20世纪20年代的枯水时段从河源段到中游段都存在,但其不是突变造成。同时,研究也揭示出太平洋年代际振荡（PDO）与黄河上中游径流量在年代际尺度上存在着阶段性的反相位关系,20世纪前期和中期,8~16年尺度上在4个站点的径流量都有反相位关系出现;在19世纪30-50年代,PDO与流量在4~6年尺度上的反相位关系在兰州和三门峡断面都较为明显。交互小波分析显示,PDO与黄河上中游汛期水量在8~16年尺度上存在着较为明显的反相关关系,但只存在于三门峡和兰州断面。这一关系也许表明,黄河上中游产流区的夏季降雨量与PDO的关系具有较为明显的时间和空间差异性。     

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。     

在三门峡水库影响下黄河有机碳的输送特征

通在黄河三门峡水文站进行1 a的连续采样分析和调水调沙期间的密集采样分析,揭示了三门峡水库水沙调控对黄河有机碳输送过程的影响。结果表明,在水库调水调沙期间,三门峡站POC含量与TSS含量同步增加,而DOC含量变化趋势不明显;在1 a内,DOC和POC含量均有明显的季节变化。三门峡站POC年通量为124.8万t,其中调水调沙期间POC输送量约占POC年通量的38%,水库敞泄期间（8~9月）的POC输送量约占POC年通量的60%;三门峡站DOC年通量为7.6万t,其中7~9月DOC输送量约占DOC年通量的52%。     

1765-2010年黄河中游5-10月面降雨序列重建与特征分析

基于清代黄河流域水位志桩设置与报汛制度运作情况考证,梳理出清代陕州（陕县,今三门峡市）“万锦滩”水位志桩水尺记录数据,重建了黄河中游1765-2010年5-10月面降雨量变化序列。累积距平法分析显示,面降雨量变化具有较明显阶段性,3个降雨趋增阶段为1816-1863年、1902-1918年、1938-1989年;3个降雨趋减阶段为1765-1815年、1864-1901年、1919-1937年;Morlet小波分析显示,面降雨有5种时间尺度的周期特征,平均周期分别为72.7年,46.8年,30.3年,22.5年和11.2年;滑动t-检验显示面降雨序列存在1824-1826年、1856-1874年和1933-1937年3处突变时段最显著。通过与其他代用指标反映降雨序列及外部因子比对,在1810s、1840-1850s、1880-1900s、1920s、1970s及1990s等几个时段,各序列十年尺度变化趋势比较吻合,显示出基于历史文献和自然指标等不同代用资料重建结果基本一致,亦反映了历史气候变化研究中的不确定性特征。     

唐至北宋黄河下游水患加剧的人文背景分析

作者应用水患频率 5年滑动平均数法 ,分析了唐、五代至北宋 5 10年的黄河下游水患发展过程。认为 :唐初水患较轻 ,但以后逐步加剧 ,至晚唐已相当严重 ;五代、北宋则几乎年年决溢 ,且灾情远较前代为重。作者又分析比较了两汉、唐至北宋黄河中游及河口镇至龙门间农业人口的变迁 ,发现农业人口的增减与下游水患的增减并不同步。而党项等游牧民族在鄂尔多斯及黄土高原北部的传统放牧活动 ,才是土壤荒漠化和下游水患加剧的根本原因     

Estimation of groundwater residence time and recession rate in watershed of the Loess Plateau

Groundwater residence time is an important indicator of hydrological cycle and essential for water resources development and utilization. In this paper, groundwater residence time in non-flood season, flood season and water year has been determined from daily streamflow hydrograph of ten hydrological stations in Wudinghe River Basin located in the middle reaches of the Yellow River Basin. Results have showed that: baseflow recession constant in Wudinghe River Basin ranges from 0.72 to 0.94 with a larger recession rate in flood season than that in non-flood season. Spatially, the recession rate of baseflow in loess area is the biggest, but is the smallest in the sandy area. The half-residence time of groundwater varies from 1.8 to 45.5 days while overall residence time of groundwater is between 34 and 342 days in different sub-basins of the Wudinghe River Basin. The annual average overall residence time of groundwater decreases from 117 days in the upper reaches to 73 days in the lower reaches.     

我国汛期降水与ENSO不同位相的联系

利用本世纪以来较长年代的降水资源，分析了ＥＮＳＯ与我国各地汛期降水间的联系。结果表，不仅ＥＮＳＯ暖位相与冷位相我国汛期降水距平百分率的分布存在明显差异，而且ＥｌＮｉｎｏ年与其次年、ＬａＮｉｎｏ年与其次年降水距平面分率的分布均存在显差异。     

黄土高原流域地下水更新时间估算(英文)

Groundwater residence time is an important indicator of hydrological cycle and essential for water resources development and utilization.In this paper,groundwater residence time in non-flood season,flood season and water year has been determined from daily streamflow hydrograph of ten hydrological stations in Wudinghe River Basin located in the middle reaches of the Yellow River Basin.Results have showed that:baseflow recession constant in Wudinghe River Basin ranges from 0.72 to 0.94 with a larger recessio...     

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。