西北干旱区内陆河年径流过程的非线性特征——塔里木盆地三源河的实证分析

以塔里木盆地三源河为例,基于1957-2002年的时间序列,运用小波分析方法从不同的时间尺度上分析了年径流过程的非线性变化趋势,并运用关联维数和R/S分析方法揭示了其分形与混沌特征.主要结论如下:(1) 西北干旱区内陆河年径流过程,是复杂的非线性系统,它们具有波动性以及分形和混沌特征.(2) 从大的时间尺度,即16(24)年的时间尺度上来看,阿克苏河、叶尔羌河的年径流量,在整体上基本呈上升趋势,而和田河在整体上却基本呈轻微的下降趋势.如果把时间尺度缩小到8 (23)或4 (22)年,则各河流的年径流量就不再是上升或下降趋势,而是呈明显的波动变化,而且4(22)年尺度上的波动比8(23)年尺度上的波动更加明显.(3)和田河、叶尔羌河与阿克苏河的关联维数分别为3.222 7、3.211 8与 3.209 2,均为非整数,是分形,这说明三源河的年径流过程具有混沌特征.由于每一个关联维数都大于3,这就意味着,要从动力学角度描述三源河的径流过程,至少需要4个独立变量.(4) 从1989-2002年期间的Hurst指数可以判断,在2002年以后的14年里,阿克苏河与叶尔羌河的年径流量基本上将呈增加趋势,而和田河基本上将呈轻微的减少趋势.     

塔里木盆地三源河年径流过程的非线形特征

This paper attempted to identify fractal and chaotic characteristics of the annual runoff processes in headwaters of the Tarim River. Methods of fractal analyses were used to explore several aspects of the temporal changes from 1957 to 2002. The main findings are as follows: (1) The annual runoff processes of the three headwaters of the Tarim River are complex nonlinear systems with fractal as well as chaotic dynamics. (2) The correlation dimensions of attractor derived from the time series of the annual runoff for the Hotan, Yarkand and Aksu rivers are all greater than 3.0 and non-integral, implying that all three rivers are chaotic dynamical systems that are sensitive to initial conditions, and the dynamic modeling of their annual runoff process requires at least four independent variables. (3) The time series of annual runoff in each river presents a long-term correlation characteristic. The Hurst exponent for the period of 1989 to 2002 suggests that we may expect to see an increasing trend in the annual runoff of the Aksu and Yarkand rivers in the years after 2002, but a decreasing tendency for the Hotan River in the same period. Foundation: Knowledge Innovation Project of CAS, No.KZCX2-XB2-03; Major Direction of Knowledge Innovation Project of CAS, No.KZCX2-YW-127; Shanghai Academic Discipline Project (Human Geography), No.B410 Author: Xu Jianhua (1965–), specialized in geographical quantitative methods and GIS.     

塔里木河流域60 a来天然径流变化趋势分析

利用塔里木河流域近60 a的地表径流、气温和降水量资料,通过趋势分析、突变检验、年代际分析等方法分析了塔里木河流域地表径流变化的时空差异性,探讨了塔里木河流域天然径流变化对气温、降水量变化的响应。研究表明：近60 a来塔里木河流域三源流径流整体存在增加的趋势,但干流径流存在减少的趋势;塔里木河流域三源流增加强度在1993年前后从强到弱依次为阿克苏河、叶尔羌河、和田河,进入2000年后从强到弱依次为和田河、叶尔羌河、阿克苏河;塔里木河流域三源流径流强度增加主要受降水增加和由气温增加引起的融雪径流增加的双重影响。     

新疆塔里木河三源流径流量变化趋势分析

运用非参数检验、R/S分析和小波分析等方法对塔里木河三源流的年径流序列进行了分析。结果表明:阿克苏河与叶儿羌河的突变点在1993年,而和田河在1978年;阿克苏河径流呈显著增加趋势而叶儿羌河增加不显著,结合其Hurst指数可知,在未来阿克苏河仍将保持增加走势而叶尔羌河将转变为减少;和田河径流呈轻微的减少趋势,其Hurst指数接近于0.5,具有随机性,不可做长程预测;阿克苏河在6、18、22 a周期性明显,和田河主周期为9和17 a,而叶尔羌河在3、9、13和17 a处周期性明显。     

内流河流域水资源利用对径流年际年内变化影响的分析——以塔里木河流域为例

以塔里木河流域为例 ,探讨了干旱区内流河流域近 40年来 ,由于人口增长、灌溉面积扩大、河流水资源引用程度日益增加等原因所引起的河流径流多年变化及年内变化等水文效应及其变化的原因。     

内流河流域水资源利用对径流年际年内变化影响的分析——以塔里木河流域为例

以塔里木河流域为例,探讨了干旱区内流河流域近40年来,由于人口增长、灌溉面积扩大、河流水资源引用程度日益增加等原因所引起的河流径流多年变化及年内变化等水文效应及其变化的原因。     

塔里木河源流区气候变化和年径流量关系初探

基于1957~2003年塔里木河流域源流区长期监测资料,分析塔里木河流域源流区的主要河流年径流量和相应气温、降水变化的特点,探讨流域内气候变化与水资源量变化的关系。利用非参数检验的方法,分析温度、降水变化与径流量变化的关联性和一致性。结果显示:在塔里木河流域源流区,温度在0.05水平上呈现单调递增的趋势,降水则表现为不显著增加的走势,而径流量基本均出现了递增现象;从参数检验和非参数分析的结果看,温度升高与径流量增加的关联趋势更明显。     

中国干旱内陆河出山径流对流域气象要素与全球气象指数的响应特征研究

干旱内陆河出山径流及其影响因素分析对于流域水资源评价、流域经济生态安全保障具有重要意义。基于1960-2012年塔里木河流域"三源流"与黑河流域的出山径流、降水、气温资料及4个全球气象指数监测数据,采用小波分析方法研究了各水文气象要素的周期特征,以及流域出山径流对气象要素与气象指数的响应特征。结果表明：（1）各水文气象因子多具有1~2个显著周期,周期多在2~7 a尺度范围内。（2）叶尔羌河、黑河出山径流与流域降水分别在6~17 a、2~16 a周期上关系显著。各出山径流与流域降水、气温的多尺度共振周期性差异,反映了各径流来源构成及其与气象要素年际动态方面的差异。（3）各流域出山径流对气象指数的响应特征不同,这在显著时频域以及径流响应时滞等方面均有表现。此研究可为气候变化条件下干旱内陆河流域生态-水文过程响应及水资源管理提供依据。     

塔里木河三源流区气候变化对径流量的影响

结合对近50年塔里木河源流区气象、水文资料的分析,探讨了过去半个世纪塔里木河源流区气候变化及其对河川径流的影响。研究结果显示,在过去50年里,塔里木河三源流径流流量总体呈现增加的趋势,期间有波动过程;对影响径流变化的气温、降水和蒸发等因子分析发现,降水量变化对塔里木河径流量变化影响最为显著,而温度的升高,加速了山区冰雪资源的消融,加大了冰雪融水对径流量的补给,但同时导致蒸发量增大,增加了地表淡水资源的消耗,对山区来水量的增大起到一定的削弱作用。     

The dynamic variation of water resources and its tendency in the Tarim River Basin

The method of time series is applied to analyze the variation of precipitation and temperature from 1961 to 2002 in the mountainous areas of the Tarim River Basin, as well as water consumption in the headstream and mainstream areas. Those hydrologic parameters are verified. Quantitative results indicate that the precipitation and temperature in the headstream areas have an increasing trend to different extent. The increasing trend of precipitation is less significant than that of the temperature (α= 0.05). Runoff of three headstreams also increases especially from 1994 to 2002. Compared with the perennial runoff, the annual runoff has increased by 25.163×108 m3/a. However, inflows of the mainstream areas has only increased by 0.9985×108 m3/a. So the runoff at the different hydrologic stations in the headstream areas has a linear decreasing trend. It is shown that the degraded trend of eco-environment of the Tarim River Basin hardly changes in the special water period for ten consecutive years. Given runoff of three headstreams is accounted in normal period from 1957 to 2003, the annual runoff of the headstream areas would be only 22.57×108 m3. Therefore, more attention should be given to ecological safety of the Tarim River Basin.     

塔里木河干流年径流量变化及其人为驱动因素关联分析

根据塔里木河干流1957～2008年的年径流量监测数据,利用线性回归法,对干流年径流量时间序列变化趋势进行分析,并借助相关分析和主成分分析法甄别影响径流变化的主要人为驱动因素。结果表明:近50多a来,塔河干流的年径流量呈显著递减趋势,与干流来水量变化趋势一致;人类活动自1975年左右开始明显的影响径流量,有效灌溉面积、农业人口、耕地面积和一产比重与径流变化相关程度最强,以引水灌溉为主体的农业经济活动成为影响径流变化的最重要因素;人类活动对径流变化的影响程度沿河道自上而下表现出逐渐增强的趋势。     

塔里木河源流区近50 a径流量与气候变化关系研究

 通过对近50 a塔里木河源流区径流、温度、降水量的年代际分析,探讨了过去半个世纪塔里木河源流区气候变化及其对河川径流的影响。研究结果显示,在过去50 a里,塔里木河三源流径流量总体呈现增加的趋势,尤其体现在20世纪90年代以后,丰水年出现次数较多;对径流和降水量与温度作相关分析可知,随着温度的逐年代升高,其对径流量的影响越来越显著。蒸发量随着温度的升高也在逐渐增大,但是降水量的增长速率远大于蒸发量的增长速率,所以即使蒸发量的增加也不足以使径流量减少。     

塔里木河流域水资源变化的特点与趋势

The Tarim RiverBasin islocated in NorthwestChina,which is known in the world forits rich natural resources and fragile eco-environment.W ater resource rational distribution and highly effective utilization isthe key pointsto solve the severe eco-environm …     

塔里木河的水资源利用与生态保护

分析塔里木河1956~2000年间水资源开发利用过程中的生态与环境问题时发现,进入90年代,塔里木河源流区的山区来水量增加了约10.9 %,但是,源流区补给塔里木河干流的水量却减少了18.83 %。三源流灌区用水量的增加导致塔里木河干流区的来水量不断减少,而塔里木河下游来水量的大幅度减少,则是因塔里木河干流上中游耗水量的增加引起。塔里木河干流自身沿程水量变化对下游水量减少的影响,远大于塔里木河上游三源流来水变化对下游造成的影响;塔里木河下游来水量的锐减,造成下游河道断流321 km,尾闾湖泊干涸,地下水位下降,天然植被衰败,沙漠化过程加剧。     

塔里木河流域水资源变化的特点与趋势

通过时间序列分析了塔里木河流域山区1961~2002年的降水和温度变化, 源流干流水分的消耗, 并对这些指标进行了KENDALL秩次相关检验。结果显示: 塔里木河源流山区降水和温度均有增加,但是降水增加的趋势在?琢 = 0.05水平上不显著, 温度升高的趋势显著; 塔里木河流域几个源流水量增加, 特别是在1994~2002年,年平均径流量比多年平均增加了25.163×10⁸ m³/a, 而上游三源流补给干流水量只增加0.9985×10⁸ m³/a, 塔里木河干流沿程各站的径流量呈现显著的线性递减趋势, 表明连续十年的丰水期并没有改变干流生态环境恶化的局面; 如果三源流来水以正常年份计算 (1957~2003年平均来水量), 塔里木河干流来水量每年只有22.57×10⁸ m³, 那样塔里木河流域的生态安全将更令人担忧。     

类比合成方法在干旱区内陆河径流量预报中的应用

类比合成算法是一种多维模式搜索法，它具有适用范围广、对资料要求低等优点，可用于单变量及多变量时间序列的延拓预测。通过介绍类比合成算法，并把它应用于塔里木河源流叶尔羌河、和田河年、月径流量预报，其中重点分析了模式长度和合成预报的模式个数等因素对预报结果的影响。通过实测径流资料对预报结果的检验和分析表明，类比合成算法可以较好地挖掘径流序列中隐藏的信息，在中长期水文预报中是一种行之有效的计算方法。     

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。     

塔里木河干流径流量变化与太阳黑子活动的关系

本文运用Morlet 小波分析方法, 分析了1957-2011 年塔里木河干流年径流量与太阳黑子相对数的关系。结果表明, 55 年间塔里木河干流年径流量和太阳黑子相对数都呈减小的趋势。塔里木河干流年径流量变化存在4 a、8 a、18 a、21 a 左右的主周期。在8~9 a 和18~21 a 尺度上年径流量序列与太阳黑子相对数序列具有相近的主周期。年径流量变化所表现的4 年主周期与太阳黑子活动关系不大;18~21 a 主周期特征应主要受太阳黑子活动的影响;8 a 主周期也与太阳黑子活动显著相关, 但由于受到人类活动的强烈干扰, 致使在20 世纪80 年代以后两者关系被扰乱。预测2012-2020 年间塔里木河干流将处于枯水期, 年径流量的平均值约为35×10⁸~40×10⁸ m³。     

西北干旱区阿克苏河径流对气候波动的多尺度响应

基于阿克苏河流域1960~2010年的气象、水文观测数据,利用集合经验模态分解（EEMD）方法,对研究期内阿克苏河径流时间序列进行多尺度的分析,并探讨其在不同时间尺度上的振荡模态结构特征及其对气候因子的多尺度响应。结果表明：① 近50年来,阿克苏河年径流整体上呈现出显著的非线性增加趋势,且其变化在年际尺度上表现出准3 a和准6~7 a的周期性波动,在年代际尺度上表现出准13 a和准25 a的周期性变化;② 各周期分量的方差贡献率表明,年际振荡在径流长期变化中占据主导地位,年代际尺度在径流变化过程中也起着重要作用。重构的径流年际变化能够较为详细地描述原始径流序列在研究时期内的波动趋势,重构的径流年代际变化则有效揭示了阿克苏河径流在不同年代丰、枯水期交替出现的状态。③ 在年际尺度上径流与气温、降水和潜在蒸发都表现为不显著的正相关关系,而在年代际尺度上,径流量与气温和降水均表现为显著的正相关关系,与潜在蒸发表现为显著的负相关关系,且在年代际尺度上相关性和显著性明显强于年际尺度,表明年代际尺度更适于评价径流对气候波动的响应。结果表明EEMD是一种甄别非线性趋势和尺度循环的有效方法。     

人类活动对塔里木河年径流影响量的估算

塔里木河流域与环境的研究，一直是近年来新疆环境演化和可持续发展研究的热点问题。大规模的区域开发活动对该流域生态环境产生了根本性的影响，区域整体生态环境趋于恶化。本文通过对年径流量累积曲线和年径流量的相关分析，估算出人类活动对塔里木河各河段的年径流量变化及其对生态环境造成的影响。