长江干流径流的时序结构与长期记忆

基于宜昌、汉口、大通3个典型控制站的长期月径流序列,本文采用奇异谱分析方法、消除波动趋势法 (DFA) 等手段,识别长江干流径流序列的趋势、突变、周期振荡等时序结构及其长期记忆特征。主要结论有：①长江干流径流序列存在明显的准15年周期振荡特征,该周期振荡1970s以来受到某种扰动而弱化;② 宜昌站径流序列于1926 年、1970 年发生两次突变,均以径流减少为特征;汉口站径流序列于1955a发生突变,也以径流减少为特征;大通站径流于1955年、1988年发生两次突变,前者以径流减少为特征,后者以增加为特征;③ 长江干流月径流序列存在较强的确定性成分,长期记忆特征明显;集水面积越大,径流序列的长期记忆越强,表现出明显的记忆累积效应。     

怒江流域悬移质输沙时空分布特征及变化趋势

利用怒江-萨尔温江上游地区怒江流域5 个水文站长序列日悬移质输沙与径流观测记录,运用Mann-Kendall 检验和R/S 分析等方法,分析了50 多年来(1956-2011) 怒江干流和支流南汀河输沙时空格局和变化特征及其与径流的关系.结果表明：(1) 怒江干流平均含沙量和输沙模数远小于支流南汀河,流域悬移质输沙率年际变异系数随控制面积增大而减小;(2) 怒江干流木城站悬移质输沙率小于其上游道街坝站,部分泥沙淤积在区间河床可能是其原因之一;(3) 怒江流域悬移质输沙年内分配极不均匀,干流悬移质输沙集中程度在月以上时间尺度高于支流南汀河,而在日时间尺度则低于支流南汀河;(4) 怒江干流和支流南汀河悬移质输沙率均呈明显上升趋势,且未来仍将延续上升趋势,二者的突变分别始于1987 年和1980 年;(5) 怒江干流中上游悬移质输沙与径流的相关性不显著,中下游、下游以及支流南汀河悬移质输沙与径流的相关性均显著.     

1959-2008年淮河流域极端径流的强度和频率特征

基于淮河中上游主干流两侧13个水文站点1959-2008年逐日径流量的年最大值序列和超门限峰值序列,采用Mann-Kendall趋势检验、21种分布函数和Pearson III分布,分析淮河流域极端径流的强度和频率特征。结果表明：① 极端径流强度6个站点呈增加趋势,7个呈减少趋势;极端径流发生频率8个站点呈增加趋势,5个呈减少趋势。② 极端径流在径流值上的频率分布,年最大值序列总体较服从Weibull分布,而非普遍采用的广义极值分布;超门限峰值序列总体仍较服从广义帕累托分布。③ 基于超门限峰值序列和广义帕累托分布估算的50年一遇的极端径流值精度最高,大部分地区误差率低于0.2,精度优于工程标准Pearson III分布。气候变化背景下,极端径流频率特征发生变化,流域上游地区工程标准可能需要调整。受函数形态影响,极值序列最优拟合函数估算精度不如广义极值分布和广义帕累托分布。     

近60年鄱阳湖水情演变特征

以鄱阳湖及出入河流组成的复合水系统为研究对象,系统分析了湖泊关键水情要素的演变特征及其影响因素。基于近60年鄱阳湖水位、长江干流径流以及鄱阳湖主要入湖河流径流等综合数据集,采用Mann-Kendall检验和Sen’s slope法分析了鄱阳湖水情演变趋势与程度。结果表明,鄱阳湖水位、五河径流和长江径流在洪水期和枯水期呈现不同的变化趋势。鄱阳湖各站点特征水位(除康山站外)、流域五河各站点特征径流(除李家渡站外)、长江干流各站点特征径流(除宜昌站外),其他站点变化趋势基本一致,个别站点变化不一致是由于各支流在降水、人类活动等诸多方面具有差异性。就趋势变化而言,1970年以前鄱阳湖水位、流域五河(赣江、抚河、信江、饶河和修水)来水和长江径流均呈下降趋势,1970―1990年三者均处于不稳定的波动变化阶段,而1991―2004年三者均呈上升趋势,但2005年以后河流最大径流和湖泊水位呈明显下降趋势。     

淮河流域极端径流的时空变化规律及统计模拟

以淮河流域蚌埠闸以上20 个水文站点1956-2010 年日径流量观测数据资料为基础,采用游程检验、趋势检验和Mann-Kendall 检验法分析年最大日径流量的变化规律。分别采用年最大值法(annual maximum,AM) 和超门限峰值法(peaks over threshold,POT) 抽取径流序列样本, 运用广义极值分布(generalized extreme value distribution,GEV) 和广义帕累托分布(generalized Pareto distribution,GPD) 两种极值统计模型对规范化样本进行拟合,分析淮河流域极端径流的时空变化规律。研究表明:1956-2010 年,淮河流域蚌埠闸以上的研究站点中,10 个站点的年最大日径流量有减少的趋势,另外10 个站点有不显著的增加趋势。极端径流事件大多发生在20 世纪60、70 年代,且以汛期居多。淮河流域的极端径流主要来自淮河干流、淮南山区和伏牛山区。使用Kolmogorov-Smirnov (K-S) 法检验发现,GEV和GPD分布分别能较好的拟合AM和POT序列。采用百分位阈值法、平均超出量函数图法和超定量洪峰法三种方法选取阈值,对于淮河流域的极端径流事件模拟而言,百分位阈值法较好。     

盘龙河上游山洪径流多时间尺度特征分析

采用小波变换方法,对盘龙河龙潭寨水文站51年(1951～2001年)的山洪径流序列进行小波分析,揭示了盘龙河上游山洪径流多时间尺度的变化特征,分析了不同时间尺度下的径流序列变化周期和丰枯突变点.研究结果表明,径流序列变化具有26a以上,17～25a,7～15a和9a左右的时间尺度特征.通过小波方差检验,得出盘龙河上游山洪径流变化的主周期均为21年,其次为15,11,7和4年,以21年主周期来看,盘龙河上游地区山洪径流变化具有同步性.     

近40a来黄河上游径流变化特征研究

利用黄河上游兰州水文站以上流域(及少数邻近站点)26个气象台站的气温、降水及5个水文站的径流逐月资料(1950’s—1990’s),分析了20世纪后期近40a来黄河上游径流变化特征及其与气候变化的关系。研究表明：黄河上游流域普遍存在升温的变化趋势,尤其是冬季升温明显,同时导致冻土层温度的升高和冻土退化,蒸发加剧,不同程度上影响了流域内径流的变化;流域内降水减少趋势明显。黄河上游自然来水径流量呈显著的减少趋势,1990年以后减小的趋势更加明显;从年内变化分析来看,流域内各水文站春季径流(4～6月)有明显的增大趋势,该时段降水(雪)的明显增加,是导致其春季(4,5,6月)融雪径流的增加的主要原因;秋、冬季径流的减少,主要是秋季变于的结果;分析兰州站径流的变化特点,主要还受到上游水库调节等人类活动作用的影响。     

长江干流河道对流域输沙的调节作用

利用长江干流和主要支流上测站1956~2004年的输沙量资料,对干流未测区域的来沙进行了估计。根据泥沙平衡 (Sediment budget) 概念,对长江干流河道的冲淤对来水来沙的响应以及对入海泥沙的影响进行研究发现,长江干流屏山至大通河道平均淤积速率为88.58×10⁶ t/a,河道淤积占总的来沙量及大通站输沙量比例分别为14%与21%。由于河道淤积,大通站输沙量减少了17.5%。总体来说上游淤积较轻,宜昌至汉口区间淤积严重,汉口至大通区间为微冲。长江干流的河道冲淤与流域总的来沙具有显著的相关关系,但各段河道的冲淤对流域来沙的响应各不一样。上游的冲淤与流域的径流量和来沙量均没有很好的相关性,宜昌-汉口段河道冲淤的变化与宜昌站的来沙具有显著的相关性;影响汉口-大通间河道的冲淤变化的主要因素是流域的来水量,河道的冲淤与大通站径流量的存在显著的负相关关系。三峡水库蓄水后整个长江干流的冲淤形势发生了根本的变化。三峡水库的蓄水运用有效地减轻了洞庭湖的泥沙淤积,同时也降低了洞庭湖的对长江干流泥沙的调节作用;长江上游干流河道淤积增强,中下游河道出现冲刷,但不同的河段表现不一;中下游河道冲刷量小于预测值,三峡水库的蓄水运用直接导致了长江入海泥沙的减少。     

基于多重分形的黄土高原不同地貌类型区沟沿线起伏特征研究

黄土高原不同地貌类型区沟沿线地形起伏具有不同的特征,有必要从局部和整体两个视角对其进行量化分析。该文以沟沿线地形剖面为研究对象,采用多重分形方法对选取的黄土高原6个典型地貌样区沟沿线地形的起伏特征和变化趋势进行研究。结果表明,黄土高原6个典型地貌样区的沟沿线地形起伏在整个空间尺度均表现出标度不变性,呈现出完全不同的多重分形特征。进一步计算并对比6个样区的多重分形参数Δα和Δf(α),绥德样区的Δα(0.6479)最小、Δf(α)(0.4941)最大,表明绥德样区沟沿线全局地形起伏变化的奇异性最小,而局部地形以高值起伏为主;甘泉样区的Δα(0.8945)最大,其多重分形特征最强,沟沿线整体地形起伏变化的奇异性最大;淳化样区Δf(α)(-0.4881)最小,其沟沿线局部地形以低值起伏为主。多重分形谱参数可作为黄土高原不同地貌类型区沟沿线地形起伏变化特征描述和评价的综合定量指标,为分析黄土地貌地形变化特征提供了一种新途径。     

疏勒河干流径流变化特征研究

选取疏勒河干流昌马堡、潘家庄和双塔堡水库站多年实测月、年天然径流作为数据资料，利用线性倾向、Mann-Kendall等方法，研究干流径流量年、年内、年际、季节变化和突变特征。结果表明：1956—2016年干流年径流呈现昌马堡站［1.075×10⁸ m3·（10 a）^-1］>双塔堡水库站［0.253×10⁸ m³·（10 a）^-1］>潘家庄站［0.126×10 m³·（10 a）^-1］的线性倾向率，且呈现增加变化趋势；径流年内分配极不均匀，径流主要集中于5~9月，占年径流量的50%以上；径流年际变化均低于和高于多年平均值分别在20世纪70~90年代和21世纪00~10年代；径流不同站点和不同年代平均径流距平呈现差异性季节变化特征，夏季径流量增加对各站点年径流量影响最大；径流突变时间和特征因不同站点呈现不同变化特征，3个水文站突变点分别为1998年、2012年和2006年。研究结果对促进区域水资源综合管理与科学调配，指导区域中长期水资源综合规划与社会经济发展提供科学依据和技术支撑。     

长江上游卵石推移特性变化及驱动力分析

长江上游的水沙特性变化 ,直接关系到三峡工程的调度运行。朱沱站和寸滩站是长江上游与三峡水库的水沙主要控制站。本文分析了朱沱、寸滩站卵石推移特性的近期变化 ,发现寸滩站从 1981年起、朱沱站从 1991年起卵石推移特性发生了明显变化 ,主要体现在 :1)卵石推移量系统减小 :朱沱站 1992～ 2 0 0 1年卵石年均推移量比 1975～ 1991年减少了 4 6 9% ,寸滩站 1982～ 2 0 0 1年比 196 6～ 1981减少了 4 0 6 % ;2 )推移质粒径细化 ,中数粒径细化了约11mm ;3)流量 -输沙率关系发生明显变化 :朱沱站输沙率系数B减少 4 7 5 % ,寸滩站系数B减少 4 1 1% ;4 )输沙不平衡量增大 ,计算的磨损系数增大近 70 %。长江上游卵石推移特性变化的驱动力分析结果表明 :采取水土流失治理等措施是直接原因 ,水利工程拦沙和建筑材料开采等人类活动是主要影响因素。依据上述分析 ,本文指出 ,应当继续加强水土保持建设 ,尽快开展长江上游和支流泥沙运移和淤积情况及规律调研。并建议以可开采沙量为依据 ,严格控制采沙。     

三峡水库一、二期蓄水对下游悬沙通量影响的计算

水库对坝下游泥沙通量影响的定量估算是一个国际前沿的科学问题.本文利用长江干流上寸滩、宜昌、汉口、大通四站及其间的支流控制站的水沙监测数据,结合对于流两侧不在支流控制站监测范围的"未测区"水沙贡献的估算,建立了悬沙收支平衡和悬沙输运经验关系,从而定量分析了三峡水库一、二期蓄水对大坝下游(至河口)悬沙通量的影响.结果表明:(1)三峡水库一期(2003-2005年)和二期(2006-2007年)蓄水期间水库的悬沙淤积比分别为64%和83%.(2)受坝下游河床冲刷和支流来沙补给的影响,三峡水库一、二期蓄水分别导致宜昌站悬沙通量下降62%和82%,汉口站悬沙通量下降37%和54%,大通站悬沙通量下降28%和40%.(3)与蓄水前的5年(1998-2002年)相比,蓄水后的2003-2007年上述三站悬沙通量分别下降354×109、172×109和163×109kg/a,其中三峡水库蓄水的贡献分别占41%、55%和45%.以上认识对科学和客观的评价河流建坝的环境效应提供了启示.     

Multifractal process of runoff fluctuation of the Kaidu River in Xinjiang,China

Based on the hydrological data in the headwater region of the Kaidu River during 1972–2011, the multifractal process of runoff fluctuation was analyzed. Results indicated that, in the past 40 years, the overall runoff of the Kaidu River in Xinjiang has shown significant multifractal behavior. Its singular curve lnχ_q(ε)–ln(ε) verified a favorable scale invariance over the entire time scale. τ(q)–q proved that evolution of the runoff time series presented multifractal characteristics. Moreover,the multifractal spectrum f(α)–α curve was hooklike leftward which indicated that, compared to relatively large runoff events. And Δf0 indicated that these relatively small events took the leading role; B0 explained the Kaidu River's daily-runoff ascending tendency presented during 1972–2011. Besides that, the multifractal behavior of the Kaidu River's runoff variability over four decades was also analyzed. Generally speaking, by decades, their four corresponding spectrum variations were not noticeable. These Δα values showed larger runoff events occupied the leading position with some local values falling. During the 1970 s to the 1990 s, Δf0 illustrated the probability of the daily runoff at the lowest point is always larger than that of the highest during three continuous decades. At the beginning of the 21 st century, for Δf0 the trend presented was contrary from the 1970 s to the 1990 s. B values suggested an overall trend of increases during1972–2011. Until the 21 st century, the runoff with a slightly descending tendency on the whole explained these relatively large runoff events taking the leading role for the Kaidu River; but sometimes, some small events also played the dominant role.     

特枯2006年长江中下游径流特征及江湖库径流调节过程

利用1978特枯年、2000~2006年长江中下游宜昌、汉口、大通、城陵矶及湖口等水文实测资料,对2006年长江中下游出现特大枯水水情条件下的径流变化和江、湖与水库的调节过程进行分析。结果表明:长江中下游径流变化出现洪季不洪、枯季不枯特征,洪季来水量不到平常年的60%~70%,枯季基本维持平常年的来水量;其中长江上游来水量急剧减少是造成长江中下游洪季不洪的主要因素,三峡在枯水期间的调蓄对维持长江中下游干流的水量有一定的贡献,洞庭湖与鄱阳湖两大湖泊在枯季因干流水位显著降低形成的胁迫效应是长江中下游枯季不枯的重要因素。     

Quaternary sediment in the Yichang area: Implications for the formation of the Three Gorges of the Yangtze River

Sediment data from the Yichang area in the Jianghan Basin of Hubei Province in China suggest deposition in a lacustrine environment prior to 0.75 Ma, B.P., followed by incision of the Yangtze River. The earliest Quaternary Yunchi Formation accumulated in an alluvial fan to fan-delta environment. The subsequent Shanxiyao Formation was deposited in an environment that changed from fan-delta to lacustrine. The distribution of sedimentary facies suggests the presence of a lake in the Yichang area prior to 0.75 Ma, B.P. The lack of sediments contemporaneous with the Yunchi and Shanxiyao Formations in other areas of the Jianghan Basin, suggests that this ancient lake was limited to the Yichang area. This lake predates the present Yangtze River in the Yichang area and the Jianghan basin. Provenance studies of gravels in the Yunchi and Shanxiyao Formations, as well as gravels in terraces and the channel of the Yangtze River indicate a variety of sediment sources, but suggest that no material from the area west of the Three Gorges had been carried into the Yichang area prior to 0.75 Ma, B.P. The Yangtze River cut through Three Gorges area only after 0.75 Ma, B.P.     

鄱阳湖流域水沙时空演变特征及其机理

运用改进的Mann-Kendall(M-K)趋势与突变检验以及线性回归分析等方法,系统分析了鄱阳湖流域的赣江、抚河、信江、饶河和修河等五大支流的5个主要水文控制站(外洲、李家渡、梅港、虎山、万家埠)1956-2005年的水沙序列,在系统搜集流域内水库信息的基础上,深入探讨了流域内水沙变化的原因.研究结果表明:(1)鄱阳湖流域各支流的水沙变化特征相异;除李家渡站径流无明显变化外,其余4站都有增加趋势(但未达到95%的置信度水平1.五大支流的输沙量变化比较复杂,外洲站、李家渡、梅港站和虎山站的输沙量在1985年以后减少的趋势显著,而万家埠站的输沙量直到1999年才开始减少;(2)森林覆盖率对输沙量变化的影响远远大于其对径流变化的影响,森林对减少湿季径流量的作用不明显,但对枯季径流量增加的影响显著.(3)水利设施(尤其是水库)对五大支流的水沙变化影响很大,尤其对输沙量的影响最为明显,这也是鄱阳湖流域大部分水文观测站输沙量减少的主要原因.     

The impact of water transfers from the lower Yangtze River on water security in Shanghai

Shanghai is a megacity that increasingly relies on water drawn from the Yangtze River estuary. During periods of low flow, water in the estuary can become too saline for use in city water supplies. River flow is measured at the Datong gauging station 680 km upstream from the river mouth. Several existing and planned river water extractions are located below Datong, including the Eastern Route of the South-North Water Diversion Project (ERP). The effect of these extractions on discharge into the estuary and the associated salinity levels may be significant, even though the extractions are not reflected in the discharge at Datong. We estimate the effects of these downstream extractions on water discharge into the estuary (rather than at Datong), particularly the critical discharge level below which salinity compromises water security in Shanghai. Our results show that the ERP will cause the discharge into the estuary to fall below critical levels between December and February in dry years and January to February in normal years. Future water transfer projects along the lower Yangtze River will further compound the problem. Maintaining Shanghai's water security is therefore a significant challenge for China's water resource management institutions.     

基于小波分析的江河源区汛期和枯水期径流特征(英文)

By decomposing and reconstructing the runoff information from 1965 to 2007 of the hydrologic stations of Tuotuo River and Zhimenda in the source region of the Yangtze River, and Jimai and Tangnaihai in the source region of the Yellow River with db3 wavelet, runoff of different hydrologic stations tends to be declining in the seasons of spring flood, summer flood and dry ones except for that in Tuotuo River. The declining flood/dry seasons series was summer > spring > dry; while runoff of Tuotuo River was always increasing in different stages from 1965 to 2007 with a higher increase rate in summer flood seasons than that in spring ones. Complex Morlet wavelet was selected to detect runoff periodicity of the four hydrologic stations mentioned above. Over all seasons the periodicity was 11-12 years in the source region of the Yellow River. For the source region of the Yangtze River the periodicity was 4-6 years in the spring flood seasons and 13-14 years in the summer flood seasons. The differences of variations of flow periodicity between the upper catchment areas of the Yellow River and the Yangtze River and between seasons were considered in relation to glacial melt and annual snowfall and rainfall as providers of water for runoff.     

长江流域径流量变化过程及其对ENSO和PDO的响应

根据宜昌站、汉口站和大通站的径流量数据,运用M-K检验和小波分析等方法,对1900年以来长江流域径流量的趋势和周期变化进行分析,探究径流量变化对厄尔尼诺?南方涛动（ENSO）和太平洋年代际振荡（PDO）的响应。结果表明：1900 年以来长江流域径流量呈显著的减少趋势,并具有2~8 a的年际周期变化和14~17 a的年代际周期变化。流域径流量与ENSO具有相同的2~8 a周期变化,在El Ni?o发生期,径流量较低,在La Ni?a发生期,径流量较高。14~17 a的周期变化与PDO相关,在暖位相期径流量偏少,在冷位相期径流量偏多。PDO影响着ENSO和径流量之间的相关性,在暖位相期,El Ni?o对径流量的影响增强,在冷位相期,La Ni?a对径流量的影响增强。因此,在分析和预测流域径流量长时间尺度上的变化时要综合考虑ENSO和PDO的影响。