祁连山疏勒河上游基流变化及其影响因素分析

基流是河川径流的重要组成部分,也是干旱半干旱地区最重要的枯季水文特征之一. 基流在维持河川径流和维护河流湖泊生态等方面具有重要意义. 基于祁连山疏勒河上游出山口控制水文站昌马堡站1954-2009年的日径流资料,采用递归数字滤波法和平滑最小值法对日径流进行基流分割,对比分析基流和基流指数BFI的变化特征,并从气温和降水两方面探讨基流变化的主要影响因素. 结果表明：两种方法的计算结果有差异,但平滑最小值法更适用于研究区. 疏勒河上游多年平均基流量为6.07×10⁸m³,基流变化总体上呈上升趋势,进入21世纪以后基流量增加最为显著. 研究区多年平均基流指数为0.66,基流指数的年际变化相对比较稳定,但年内波动幅度较大. 在长时间尺度上,降水是基流变化的主要影响因素,降水量的增加在一定程度上影响了基流和基流指数的变化. 在全球变暖的背景下,气温升高导致冰雪融水的增加和冻土的退化,间接的影响了基流的变化.     

河西走廊内陆河上游山区基流分割方法适用性与基流特征分析

基流是河西走廊内陆河流域径流的重要补给来源,对维持径流稳定具有重要作用。基流分割方法众多,其中数字滤波法在实际操作中具有简单易用和可重复性强的特点,因而被广泛应用于基流分割研究。本文以河西走廊三大内陆河流域（黑河、石羊河、疏勒河）山区为研究区域,选取4种数字滤波方法（Lyne-Hollick法、Chapman法、Chapman-Maxwell法和Eckhardt法）对研究区内14条河流的最佳基流分割参数进行评价,并对基流特征进行分析。结果表明：Eckhardt法在四种滤波方法中评价最好,是河西走廊内陆河流域基流分割的一种有效方法。在1965—2018年,河西走廊内陆河流域年基流量与径流量呈现相似的线性趋势特征,但径流变化幅度较基流更大。2000年后,黑河流域山区各支流多年平均基流量较2000年以前增加1.5%～20.7%,疏勒河流域山区各支流基流量增加1.9%～54.0%,石羊河流域山区各支流多年平均值变化幅度为-14.1%～5.9%。各流域枯水年基流指数（BFI）比丰水年略高（0.003～0.027）,年内枯水季基流指数（BFI一般达到0.6以上）是丰水季的2.3～5.7倍。本文采用...     

基流分割方法在疏勒河上游流域的应用对比分析

基于疏勒河上游昌马堡水文站2007—2016年日径流资料, 运用单参数数字滤波法、 平滑最小值法、 递归数字滤波法和HYSEP法（固定步长法、 滑动步长法、 局部最小值法）对其进行基流分割计算。结果表明： 4种方法均可实现基流的自动分割, 且得到的基流过程线平滑缓慢, 所获得的基流序列稳定, 变异性小。4种方法得到基流指数具有差异性, 最大为0.72, 最小为0.49, 其中递归数字滤波法估算的结果稳定性最高。单参数数字滤波法中, 当滤波参数β取值0.95时为最优参数。平滑最小值法、 HYSEP法中的SI法、 LM法和单参数数字滤波法（β=0.95）具有较高的Nash-Sutcliffe效率系数, 且平均相对误差小于10%, 说明这些方法基流估算结果稳定可靠且精度高, 均适用于疏勒河上游流域。     

基流计算方法的进展与应用

基流是由地下水补给河流的基本径流,被视为具有维持生态系统稳定功能的河道基本径流,其水量的准确计算在河流断流、湖泊萎缩和植被退化等一系列生态环境问题的研究中具有重要意义。本文阐述了基流的定义与研究意义,归纳评价了基流计算方法的类型、适用范围和优先发展方向。其中计算方法可分为图解法、数值模拟法、水文模型法、物理化学法及数学物理法等五类方法。在此基础上,还着重总结了基流研究在模型校验、水资源利用、生态需水量、河流输沙量和河流自净力等方面的应用。该研究将在如何合理估算基流量及相关领域中具有重要的参考价值。     

基流分割方法在寒旱区流域的适用性分析

基流作为寒旱区流域的重要水分补给,在维持生态系统安全和水资源合理规划等方面发挥着重要作用,确定适合该区环境特点的基流分割方法尤为重要。基于数字滤波、滑动最小值(BFI)、时间步长(HYSEP)三类方法对我国西北寒旱区黑河流域上游莺落峡水文站1954~2012年的逐日流量进行基流分割,对三类共9种基流分割方法在研究区的适用性进行比较分析。结果表明:(1)9种方法计算所得年内基流量变化趋势均符合黑河流域特点,但不同月份降雨量的差异对基流分割结果的影响显著;(2)滑动最小值法和时间步长法对不同年份的基流过程有更好的辨识度,且滑动最小值(B1)法、滑动最小值(B2)法、时间步长(H3)法所得的多年平均基流指数与已有实验研究得到的结果相近,结果可靠,同时各法基流指数统计结果表明9种方法所得基流序列均较为平稳,年际变化平缓;(3)时间步长(H3)法得到的基流过程线符合流域汇流规律,与斜线分割法的确定性系数显著优于其它各法(R2=0.825,p0.001)。综上,时间步长法中的局部最小值(H3)法综合考虑了年内基流量变化特征、年基流指数稳定性、径流过程线合理性三个方面,在黑河上游流域进行基流分割最为适宜。     

黑河流域上游融雪径流时间变化特征及成因分析

以黑河流域上游莺落峡水文站和札马什克水文站1959-2008年及祁连水文站1967-2008年的天然径流序列为基础数据, 通过计算水文站的流量质心时间来表示融雪径流时间, 研究了黑河流域上游融雪径流时间变化的特征. 结果表明: 莺落峡站和札马什克站自20世纪70年代起, 融雪径流时间表现为提前的趋势, 祁连站自20世纪80年代起融雪径流时间提前.野牛沟站和祁连站10月至次年4月降水量增加或4-7月气温升高, 会使得莺落峡站融雪径流时间提前, 札马什克站融雪径流时间的提前与野牛沟站10月至次年4月降水量的增加具有较高的相关性, 祁连站融雪径流的提前与祁连气象站4-7月气温升高的相关性较强.通过分析莺落峡站融雪径流时间与年径流及各季节径流的相关性, 可知如果融雪径流时间提前, 莺落峡站观测到的年径流量和夏秋季的径流量均会减少, 而同时冬春季的径流量会增加, 这对合理安排流域水资源配置和管理具有重要的指导意义.     

黑河流域上游降水精细化分布与总量年际变化

利用黑河流域100 m×100 m地理地形资料及气象测站多年降水和风向资料,依据坡度、盛行风向与迎风坡对地形抬升速度影响的数学模式,对主导风向效应指数进行了扩展,构建了新的耦合坡度、坡向和主导风向的局地地形因子.通过回归分析,建立了逐年6-9月降水量与地理和局地地形因子的回归方程,通过GIS空间分析技术扩展得到了黑河流...     

黄河源区白河基流分割方法适用性分析

基流是黄河径流的重要补给来源, 对源区水资源规划和生态环境建设具有重要作用。以黄河源区白河流域为研究区, 利用唐克水文站1981 - 2015年的实测日径流资料, 采用常用的5类12种数值模拟法, 进行基流分割并比较分析其适用性。结果表明： 12种方法估算的基流指数（Baseflow index, BFI）差异明显, Lyne-Hollick滤波法计算的BFI值最大, 为0.91; 加里宁法计算的BFI值最小, 为0.39; Eckhardt滤波法的标准差和极值比最小, 稳定性最好; 加里宁法的标准差和极值比最大, 稳定性最差; 对1992年（丰水年）日径流过程进行分割, Chapman滤波法、 Chapman-Maxwell滤波法和加里宁法的基流过程线平滑缓慢, 更符合实际情况; Boughton-Chapman滤波法、 BFI法和HYSEP法基流模拟效果较好, Nash-Sutcliffe效率系数高于0.87, 决定系数接近0.9, 平均相对误差小于10%。综合比较, 认为Boughton-Chapman滤波法、 BFI法是白河流域较为适宜的基流分割手段。     

同位素在小流域基流计算中的应用研究

小流域基流计算结果可反映流域地下水与地表水之间的相互影响.对2007年中山大学珠海滨海水循环综合实验基地上游流域做退水分析,并采用不同方法分割上游河道流量过程线,得到的基流BFI值,即基流量除以河川径流量,变化范围在0.43～0.86,旱季BFI最大值为0.96,雨季最小值为0.41.收集研究区域河道水、地下水以及雨水水样分析D、18O同位素值,根据同位素平衡原理采用二水源过程线分割法计算2～5月流域基流比重,得到上游BFI值0.737、下游BFI值0.68,计算结果与改进的数字滤波法3的计算结果相一致.     

黄河源区基流变化及影响因子分析

利用黄河源区的4个水文站及13个气象站的日系列资料,基于改进的加里宁基流分割法,分析了1956—2000年以来黄河源区基流和以水文站为节点控制的各个子流域的基流变化及其影响因素.结果表明:黄河源区基流比例较大,多年平均基流指数为0.652;黄河沿以上流域基流指数为0.556,黄河沿-吉迈区间基流指数为0.588,吉迈-玛曲区间基流指数为0.649,玛曲-唐乃亥区间基流指数高达0.704.从绝对量来看,黄河源区多年平均基流量为132.46×108m3;子流域中,玛多以上流域基流量最小,为3.92×108m3,吉迈-玛曲区间基流量最大,为68.82×108m3.对于整个研究区,年降水量决定年基流量,气温影响基流,气温升高,基流减少.不同子流域的基流对气候变化响应不同,玛曲以上各个子流域基流随气温升高而减少,而在玛曲-唐乃亥区间年气温对年基流量无明显影响.黄河源区年代尺度基流指数和降水量成反比关系.     

渭河支流黑河径流变化特征分析

渭河支流黑河是西安市重要水源地,通过分析径流变化特征,为黑河流域水资源调度和生态保护高质量发展提供依据。采用线性回归法、滑动平均法、Mann-Kendall趋势检验法、累积距平法、Mann-Kendall突变检验法和R/S等方法分析黑峪口水文站1950-2015年径流量的历史演变规律、突变点和未来变化趋势。结果表明：黑峪口站径流量年内分配不均,主要集中在汛期(6-10月),占全年径流量的70%。1950-1960年之间年代径流量大于多年均,属偏丰年代;1990-2010年之间年代径流量小于多年均值,属偏枯年代。年径流量呈现增加-波动-增加-减小的变化过程,且存在1992年突变点。年和月径流量均为减少趋势,除9月径流量减少趋势未通过显著性检验外,其余均为显著性减少,汛期减少幅度小于非汛期。年和月径流量Hurst指数均大于0.5,汛期径流量Hurst指数整体上小于非汛期,表明黑峪口站未来年和月径流量具有持续下降的趋势,汛期径流量持续性减少的趋势要小于非汛期。     

黑河流域上游大气湍流特征分析

利用黑河流域上游阿柔观测站2008年6月10日至7月13日的近地层湍流观测资料,分析了该地区近地层方差和湍流谱的统计特征以及近地层能量交换特征.结果表明:黑河流域无量纲化三维风速、温度和湿度方差与稳定度的关系满足Monin-Obukov相似理论;湍流能谱基本符合Monin-Obukov相似理论,但个别能谱在某些频段存在谱隙,近地层湍流输送由于局地山谷地形影响出现大气湍流的非均匀和各向异性.夏季潜热通量大于感热通量,感热通量在夜间有明显向下输送的特点.     

基流分割在水文计算中的应用——确定泉水流量

本文运用基流分割法确定鱼卡盆地泉水流量,联合水量平衡法还原鱼卡河上站流量系列资料,为鱼卡盆地水资源评价奠定了基础。     

黑河上游河水中δ18O季节变化特征及其影响因素研究

根据2006年5月至2007年5月间在黑河上游莺落峡、祁连和扎麻什3个水文站等地点所采集的河水与降水样品,重点分析了其中的δ18O变化,揭示出黑河干流上游山区河水中δ18O具有夏季高冬季低的季节变化特征,这种变化特征主要受控于降水中δ18O的变化.祁连水文站河水中δ18O月平均值与月平均流量乘积和该站降水中δ18O加权月平均值与月降水量乘积之间存在着高度相关性,从同位素示踪的角度说明降水是黑河干流上游山区径流的主要补给来源.进一步的研究表明,黑河上游祁连山区降水中δ18O变化存在明显的"海拔效应",并且3个水文站点河水中δ18O值均低于其降水中δ18O值,这表明上游径流主要形成于高海拔山区.根据黑河出山口莺落峡水文站河水中δ18O值以及上游山区降水中δ18O的"海拔效应",估计黑河干流出山径流主要形成于海拔3 350～4 600 m之间的高山地区,该高度区域对应的植被带主要为亚高山灌丛草甸和高山寒漠草甸.     

一种基流分割及降水入渗补给量的计算方法

降水入渗补给地下水是地下水的主要来源。降水入渗补给量的计算方法有多种，依据地下水的运动规律，从陆地水文学原理出发，由天然状态下的逐月河川径流过程，采用一种新的基流分割方法分割基流，由逐月基流过程反推逐月降水入渗补给量，即确定逐月地下水降水入渗补给量。     

黑河上游降水同位素特征及其水汽来源分析

为了加深对黑河上游水循环过程的理解, 以研究区5个站点2015年8月至2016年8月的降水同位素实测数据和气象数据为基础, 除对降水同位素特征进行分析外, 主要利用TrajStat软件中的后向轨迹计算模块与潜在源贡献因子分析（PSCF）方法, 对研究区降水的水汽来源进行了分析, 并结合水汽通量等方法进行了补充分析。结果表明： 降水同位素呈夏高冬低趋势, 大气水线斜率（8.02）和截距（11.02）均高于全球大气水线的斜率（8.00）和截距（10.00）, 存在温度效应（δ¹⁸O=0.43x-10.82, r=0.54, P<0.0001）, 不存在降水量效应（δ¹⁸O=-0.05x-7.81, r=0.03, P<0.0001）; 研究区降水受多种水汽影响, 西风水汽影响最大。夏季除受西风水汽影响外, 还受东南季风水汽影响显著且水汽来源复杂; 研究区夏季的潜在蒸发源地集中在一些相对湿度和蒸发量较大的地区, 如祁连山区、 河西地区、 柴达木盆地北部、 青藏高原东南部及酒泉地区西南部等; 当降水量小、 温度高时, 持续性降水的大气水线方程的斜率和截距较小, 暴雨稳定同位素值较贫化, 受东南季风水汽影响最大, 其次是北方和西风水汽, 多种水汽辐合是暴雨事件发生的必要条件。     

祁连山区黑河上游多年冻土分布考察

高山多年冻土的分布及土壤季节冻融过程对地表水文过程、 生态系统、 碳循环及寒区工程建设等都有很大的影响. 黑河上游地处祁连山中东部, 属于高原亚寒带半干旱气候, 研究黑河流域多年冻土分布对于系统理解该区域的生态-水文过程、 气候与环境变化以及水资源评价、 工程建设等非常重要. 2011年6-8月对黑河干流源头西支开展了多年冻土调查, 沿二尕公路(S204)在热水大坂垭口至石棉矿岔口之间区域, 完成测温孔7眼, 并布设测温管进行地温监测. 根据勘察、 钻探及测温资料, 确定了黑河源头地区山地多年冻土下界为海拔3 650~3 700 m之间. 受高度地带性的控制, 随着海拔的降低, 活动层厚度由在海拔4 132 m时的1.6 m增加至在多年冻土下界处的约4.0 m, 多年冻土年平均地温也相应的由-1.7℃增加到0.0℃左右, 而多年冻土厚度由100 m以上减小到多年冻土下界处的0.0 m. 同时, 坡度和坡向、 岩性、 含水(冰)量、 地下水、 河水等局地因素对多年冻土温度和厚度也有重要的作用.     

黄河源区基流变化及其植被响应研究

黄河源区是我国最大的自然保护区之一,但近年来存在一系列严重的生态环境退化现象。来自地下水的基流量的变化正是植被生长环境变化的直接反映,因此开展基流量变化研究对于高寒干旱区的生态环境变化规律认识与环境恢复都具有重要的科学价值。黄河源区地下水位变化对植被生长具有直接的影响,研究结果表明：1956-1998年来自地下水的基流量总体上呈现枯—丰—枯的变化规律,表明了源区地下水位呈现低—高—低的总体变化规律;源区的基流量与地表植被的生长之间具有良好的相关性,汛期降水之后,地下水对植被生长的影响逐渐增大。     

黑河上游冰沟流域典型积雪期水文情势

综合研究了黑河上游祁连山冰沟流域2008年积雪期水文情势,以积雪-冻土-径流为框架详细分析了该地区积雪水文特征.采用物质平衡计算了冰沟流域雪蒸发和融水值,并分析了冻土水热变化过程和融雪径流变化特征.积雪期降水总量达到204.6 mm,雪而蒸发为140.8 mm,雪面蒸发在积雪期水文循环中占有重要的位置.3月12日融雪开始,引起3次人规模的融雪峰值;整个融雪季,冰沟流域融雪径流总嚣为3.98×106m3.冻土解冻始于4月12日左右,随着气温升高,土壤含水量变化明显.地形和风速相巨作用,造成积雪的大规模重新分布.