祖厉河流域水沙演变规律及其成因分析

应用祖厉河流域1956~2016年实测水文资料,采用水文统计法、差积曲线法、突变检验法等方法,分析了流域水沙时空分布规律及水沙关系。结果表明:祖厉河流域年降水量、年径流深从上游向下游减小;支流关川河巉口以上年输沙模数相对较小,中游会宁-郭城驿最大。4个代表站历年降水量、径流量、输沙量均呈显著减少趋势,降水量年内分配主要集中在5~9月,径流量和输沙量主要集中在6~9月;水沙变化的突变年份为1999年,基准期1956~1999到措施期2000~2016年多年平均年径流量和输沙量分别减少了39.6%、72.9%。流域降水量年均减少0.53~1.23mm,气温年均升高0.029~0.042℃/a,植被覆盖度年均增加0.85%/a,降水减少、水土保持措施面积增加和植被覆盖度大幅提高是流域水沙持续减少的主要原因。     

1961-2010年西藏雅鲁藏布江流域降水量变化特征及其对径流的影响分析

采用1961-2010年雅鲁藏布江流域6个气象站近50 a降水量的实测数据,统计降水量的年、干季、湿季平均序列;结合流域6个水文站近50 a年径流序列资料,分析雅鲁藏布江流域降水变化特征及其对径流量的影响. 研究表明： 雅鲁藏布江流域1961-2010年近50 a年平均降水量表现为不显著增加,增加速率为3.3 mm·（10a）^-1,其中干季、湿季分别为1.9 mm·（10a）^-1 和1.4 mm·（10a）^-1,均为增加趋势;降水量的年代际变化在20世纪60年代相对偏多,70年代较平稳,而80年代为最少,到90年代有所回升,21世纪前10 a降水量处于不显著的增多态势. 雅鲁藏布江径流的变差系数C_V值在0.15~0.40之间,年际变化较小. 径流的年代际变化总体上存在一定的周期性波动,20世纪60年代是一个相对的丰水期,70年代减少,80年代达到最小值,之后径流有所回升,进入21世纪前10 a呈不显著增加趋势. 年、湿季尺度上径流量和降水量的相关显著,湿季作为径流主要形成期,其降水量的多寡直接影响流域径流量的丰枯,湿季降水量的增减影响着流域径流量的增减. 由此可见,降水变化是雅鲁藏布江天然径流最主要影响因子,最终也决定了雅鲁藏布江流域年径流量的丰枯.     

汉江流域降水与径流演变特征研究

利用Mann-Kendall趋势检验法和Pettitt突变检验法剖析了1965—2018年汉江流域内4个典型水文站径流量及控制流域降水的时空演变特征,并基于双累积曲线法探究了降水变化和人类活动对径流的影响。结果表明：4个典型水文站径流量及控制流域降水量在1965—2018年间变化呈显著波动性,在1970s的变化幅度最小。黄家港站和仙桃站年径流量呈显著减小趋势;石泉站、白河站和黄家港站控制流域年降水量均在2003年发生突变,而仙桃站控制流域年降水量在1985年发生突变,各水文站年径流量均在1991年发生突变;研究期限内人类活动对汉江流域径流减少的影响逐渐增强,如石泉站和仙桃站控制流域人类活动对径流减小的贡献率在阶段III(2003—2018年)相较阶段II(1991-2002年)分别增加了18.56%和11.15%。研究成果以期为汉江流域水资源科学管理及可持续利用提供理论参考。     

长江源区1956-2000年径流量变化分析

利用Mann-Kendall趋势检验法对长江源区直门达水文站的资料进行分析,揭示长江源区年径流量在1956-2000年间呈微弱的减少趋势。结合流域气象资料分析,该时段流域内升温明显,最大可能蒸发量呈增加趋势,降水也呈微弱减少趋势。径流变化与降水变化基本一致,降雨-径流关系没有发生明显变化,表明1980-2000年降水量减少是该时段径流量减少的直接原因,温度升高有利于融冰融雪和降水形式的变化,但由于融冰融雪占径流补给的比率相对较小,该时段温度升高导致融冰融雪的增加不足以抵消降水量的减少对径流的影响。径流量季节变化分析,揭示长江源区春季径流呈增加的趋势,这可能与融雪过程提前以及融雪量增加有关。     

近几十年来黑河野牛沟流域的冰川变化

利用1956年航测、1970/1973年1:50000地形图以及野牛沟流域2003年ASTER影像获取的3期冰川资料,对黑河源头西支野牛沟流域的冰川时空变化进行了分析.通过分析流域气温变化和冰川变化的关系,探讨了流域冰川变化对河川径流的影响.结果表明:野牛沟流域1956—1970/1973年冰川总面积减少9.29%,年平均消退0.54%;1970/1973—2003年冰川总面积减少了18.23%,年平均消退0.60%.流域内冰川条数由1956年的165条减少为2003年的144条,1956—1970/1973年间流域冰川储量减少了2.29×10⁸m³,年均损失约0.13×10⁸m³;从1970/1973年到2003年,冰川储量减少了4.19×10⁸m³,年均损失约0.14×10⁸m³.从1956年到2003年,冰川变化率随着冰川面积的增加而降低,冰川萎缩速度有加快的迹象,而流域年平均温度也有加快升高的趋势.冰川的消退对于流域径流量的影响不大.     

1957-2010年天山玛纳斯河流域夏季径流及洪水过程对极端气候事件的响应

利用玛纳斯河流域肯斯瓦特站1957-2010年的气温、 降水和洪水径流等资料, 分析了该流域自1957年以来的气候变化以及夏季洪水径流过程对极端气候的响应. 结果表明: 玛纳斯河流域自1957年以来平均气温呈明显的上升趋势, 1979年是年均温由下降趋势转为上升的转折点, 并且1978年之后极端高温天气增多, 主要出现在7月份.玛纳斯河年降水量总的变化趋势是波动减少的, 1986年以后降水有所增加, 但只是恢复到多年平均降水量水平的上下波动.降水主要集中在4-8月, 约占年降水量的70%.气温高的月份与降水量多的月份并不完全对应, 如5月份气温较低, 但降水较大; 7月气温最高, 但6月降水量最大; 8月气温较高, 但降水量较少.玛纳斯河年径流主要集中在6-9月, 4个月的总径流量约占全年总径流量的80%, 7月份径流量最大, 约占全年总径流量的28.8%.历年最大洪峰流量呈显著增加趋势, 1993年是最大洪峰流量由下降变为增多的转折点, 而1994-2010年最大洪峰流量基本保持在高位上下波动.最大15日洪量占年径流量的比例较大, 说明洪水过程持续时间较长, 汛期水量较为集中.最大洪峰流量出现时间基本都在7月和8月上旬.玛纳斯河夏季月径流与夏季月气温和降水的关系并不密切, 低度相关, 说明玛纳斯河流域自1993年以来夏季洪水频繁发生, 尤其超标准洪水次数增多、 量级增大主要是由于夏季极端高温和极端降水天气增多引起的.     

黑河流域走廊平原地下水补给源组成及其变化

通过环境同位素、水文分割法和相关分析研究表明,祁连山区降水、冰川雪融水和基岩裂隙水通过出山口地表径流补给构成黑河流域走廊平原地下水主要补给源,具有年际和年内丰枯动态变化规律,与祁连山区降水量和气温的关联度分别为0.97和0.79,与平原张掖站降水量和气温的关联度分别为0.43和0.60。在自然径流条件下,祁连山区降水量变化是改变走廊平原地下水补给的主导因素,约占91%权重;气温变化是重要影响因素,约占9%权重。20世纪80年代以来祁连山区各补给源处于偏丰期。因此,近年来走廊平原地下水补给量相对50年代减少27.1%,人类活动是重要影响因素,急需加强科学调控。     

1956—2018年中国江河径流演变及其变化特征

地表水资源是维系区域生态平衡和促进经济社会发展的制约性要素,河川径流是地表水资源的主要形式,二者的丰枯变化均直接影响流域水资源管理。基于江河实测径流量资料和水资源公报资料,初步分析了1956—2018年中国主要江河实测径流量和中国十大水资源区地表水资源的变化和演变特征。结果表明:① 除长江大通站外,中国主要江河代表性水文站实测年径流量均呈现下降趋势。② 黄河上游唐乃亥站实测年径流量为非显著性减少趋势,黄河花园口站实测径流量呈现显著性减少趋势;1980—2000年和2001—2018年唐乃亥站实测径流量较基准期1956—1979年分别变化1.8%和-5.9%,而同时期花园口站实测径流量分别减少26.7%和41.0%。③ 地理分布上,黄河是中国南北地区径流变化的分水岭,黄河以南地区江河径流量为非显著性变化,黄河以北江河径流量为显著性减少趋势,特别是海河流域,实测径流量减少最为显著;21世纪以来,黄河以北河流实测径流量较1980年之前减少幅度超过25%,海河减幅高达80%以上。④ 1956—2018年全国地表水资源量约为27 266亿m³,较第二次全国水资源评价结果偏少122亿m³。21世纪以来,海河、黄河、辽河地表水资源明显减少,进一步加重了区域水资源供需矛盾。     

1956-2018年中国江河径流演变及其变化特征

地表水资源是维系区域生态平衡和促进经济社会发展的制约性要素,河川径流是地表水资源的主要形式,二者的丰枯变化均直接影响流域水资源管理。基于江河实测径流量资料和水资源公报资料,初步分析了1956—2018年中国主要江河实测径流量和中国十大水资源区地表水资源的变化和演变特征。结果表明:①除长江大通站外,中国主要江河代表性水文站实测年径流量均呈现下降趋势。②黄河上游唐乃亥站实测年径流量为非显著性减少趋势,黄河花园口站实测径流量呈现显著性减少趋势;1980—2000年和2001—2018年唐乃亥站实测径流量较基准期1956—1979年分别变化1.8%和-5.9%,而同时期花园口站实测径流量分别减少26.7%和41.0%。③地理分布上,黄河是中国南北地区径流变化的分水岭,黄河以南地区江河径流量为非显著性变化,黄河以北江河径流量为显著性减少趋势,特别是海河流域,实测径流量减少最为显著;21世纪以来,黄河以北河流实测径流量较1980年之前减少幅度超过25%,海河减幅高达80%以上。④1956—2018年全国地表水资源量约为27266亿m 3,较第二次全国水资源评价结果偏少122亿m 3。21世纪以来,海河、黄河、辽河地表水资源明显减少,进一步加重了区域水资源供需矛盾。     

气候变化与人类活动对渭河源区近30年径流量影响研究

利用渭河源区渭源水文站和气象站1981—2010年气温、降水、蒸发以及径流实测资料,运用坎德尔秩次相关、斯波曼秩次相关、线性趋势回归检验法对水文气象要素变化趋势进行检验,利用双累积曲线以及累积距平曲线找出年径流量突变年份,运用定量分析法计算气候变化与人类活动对径流量变异的贡献程度。结果显示:渭河源区年均降水量与年径流量均呈减少趋势,年均气温与年蒸发量呈显著上升趋势;渭河源区年均气温、年均降水量、年蒸发量、年径流量均发生显著性突变;年均降水量与年径流量相关性最高,降水量是影响渭河源区年径流量衰减主要气象因素;气候变化与人类活动对径流量变化的贡献率分别为23.2%和76.8%。人类活动是渭河源区流域径流量变异的关键驱动因素,对径流量变化的影响远大于气候变化影响程度。     

马颊河上游南乐站径流变化分析

实测径流是自然与人类活动双重作用的结果。通过对1956～2000年马颊河上游南乐水文站的实测水文资料、流域降水资料以及通过控制断面以上流域的用水和引水资料进行还原的径流序列的分析，揭示了天然径流的变化敏感地反映了气候的变化，人类活动已远远超过气候变化对径流的影响。通过分析2个时段降雨径流关系，揭示了近20年来与1956～1979年相比，同样降水量条件下径流量的增大，反映了产汇流条件的明显变化。     

嫩江流域径流时空演化规律分析

以流域时空分布理论框架为基础,分析嫩江流域径流时空演化规律,并着重从地形地貌影响因素方面进行归因分析。采用1955-2003年49 a的降水资料和1955-1973年19 a的径流资料,通过对代表性水文站自上游至下游（空间上）径流、地表径流和地下径流的年内与年际（时间上）演变规律进行分析。结果表明：1）嫩江流域降水年内变化及年际变化过程基本一致,可以忽略降水时空分布对径流时空演化规律的影响。2）从径流年内演化规律上可以判定上下游水源组合的差异性：上游以地表径流为主,在春季来源于融雪,汛期来源于大气降水,枯水季节来源于地下水补给;下游全年以地下径流为主。3）由于坡度和水文地质条件作用,上游更容易产流,下游受下垫面调蓄作用更强,不易产流;因此,从径流年际演化规律上可以判定径流产量自上游至下游逐渐减小。     

径流的趋势分析和概率预测

对永定河流域的官厅水库和汾河流域的汾河水库1950年以来水库入流的趋势变化进行了研究,并对引起这一变化的气象因子和人类活动影响因素作了分析。研究结果表明,降水的多年波动在一段时期可能出现的趋势变化以及流域内农业、林业和城市用水的逐年增长是影响径流趋势变化的主要因素。根据历史资料和今后人类活动的可能情况,对未来水平年的径流变化进行了概率预测。     

基于四元驱动的海河流域河川径流变化归因定量识别

海河流域水资源极为短缺,河川径流下降显著,定量识别径流变化成因对于科学认识流域水循环演变机理、支撑水资源开发利用具有重要的科学意义和实际价值。基于模型参数区域化技术构建了海河流域可变下渗容量（VIC）模型,重构了流域天然河川径流序列。建立了气温变化、降水变化、下垫面变化和取用水四元要素驱动的河川径流变化归因定量识别技术体系,分析了4种因子在海河流域河川径流减少中的贡献。结果表明:①1956—2010年,人类活动是海河流域河川径流减少的主要原因,但是气候变化的影响不可忽略,其中气候变化的贡献约为1/3,人类活动的贡献约占2/3;气候变化中,降水下降的贡献远大于气温升高的影响,分别约为30%和4%;人类活动中,取用水的影响大于下垫面变化的影响,分别约为55%和11%。②海河流域4个水资源二级区的河川径流变化成因相比,从北向南气温升高的影响减小,降水减小的影响增大,海河北系和海河南系的取用水影响较大,滦河流域径流变化时间较晚,徒骇马颊河径流变化程度最小。     

甘肃渭河流域气温、降水和径流变化特征及趋势研究

根据流域内气象站、雨量站、水文站的气温、降水、径流系列监测资料,采用周期波法、延时分布频率、径流溯源理论分析了渭河流域气温变化及分布特征,降水量变化及分布特征,径流变化特征和未来变化趋势。揭示了渭河流域气温、降水和径流变化之间的关系。结果表明:(1)气温波动变化存在着9~10 a的周期性变化规律,气温的流域分布由河源向干流递升且与地理高程密切相关。(2)流域平均降水呈现出弱减少的趋势性变化过程。降水的流域分布特征主要体现为均匀性、地带性两个方面。(3)流域多年径流变化存在显著的逐年减小的趋势,径流年际变化趋势要大于降水年际变化趋势。从径流溯源度多年平均变化过程看,1970年以后渭河流域径流空间分布呈现出持续性缩小的趋势,并且下游的缩小速度要大于上游。     

气候变暖情景下黄河上游径流的可能变化

根据水文气象台站观测资料, 分析了全球变暖情景下黄河上游唐乃亥以上流域温度、降水和径流的变化状况, 并采用假定气候组合对未来数十年黄河上游唐乃亥以上流域的径流变化进行了预测. 结果表明: 黄河上游的温度与全球变暖有着明显的对应关系, 近几十年来, 流域各个地方的温度有不同程度的上升. 降水变化因流域各地所处位置、地势、地形的不同而差异较大, 受温度上升和主要产流区域降水大幅减少的影响, 近10余年来黄河上游的径流量呈持续递减的态势. 在未来几十年, 如果遭遇到气温升幅与降水减幅较大的"暖-干"气候组合时, 流域产水量将有较大的减幅; 当气温变化不大而降水增幅较大时, 流域产水量将有明显的增加, 同时由于冰雪及冻土融水的补给, 此气候情景下黄河上游唐乃亥以上流域径流量的增幅还将略大于降水量的增幅.     

基于Budyko假设预测长江流域未来径流量变化

基于Budyko水热耦合平衡假设,推导了年径流变化的计算公式,分析了长江流域多年平均潜在蒸发量、降水量、干旱指数和敏感性参数的空间变化规律。选用BCC-CSM1-1全球气候模式和RCP4.5排放情景,把未来气候要素预估值与LS-SVM统计降尺度方法相耦合,预测长江流域未来的气温、降水和径流变化情况。采用乌江和汉江流域的长期径流观测资料,分析验证了基于Budyko公式计算年径流变化的可靠性。结果表明:降水量变化是影响径流量变化的主导因素;长江各子流域未来径流相对变化增减不一,最大变幅10%左右;在未来2020s(2010—2039年)、2050s(2040—2069年)和2080s(2070—2099年)3个时期内,长江南北两岸流域的径流将出现"南减北增"现象,北岸径流变化增幅逐渐升高,南岸径流变化减幅逐渐降低。     

渭河源区典型小流域水沙演变规律分析

根据渭河源区清源河典型小流域实测水文资料,分析了流域水文要素的年内和年际变化规律,流域降水、径流和泥沙主要集中在汛期,5-9月降水量占全年的78.5%,5-10月径流占全年的78.7%,5-8月输沙量占全年的88.9%。受上游修建水库、水土保持等人类活动的影响,流域汛期径流和泥沙1997-2013年比1980-1996年均减少了5.9%。流域面平均降水量、平均流量、平均输沙量年际变化不稳定,总体呈减少趋势,序列最大可能变异点分别为1995年、1994年和1997年。建立了流域年降水量与年径流深、次降水量P+Pa与次径流深相关模型,相关系数达到0.902和0.860。以年最大洪峰流量为参数,分别建立了流域年径流量与年输沙量、次径流量与次输沙量关系模型,相关系数达到0.835和0.917,公式模拟值与实测值接近,误差较小,可以作为以径流推算泥沙的重要依据。通过定性定量分析人类活动对流域径流、泥沙的影响程度,对区域抗旱防洪减灾、水资源管理、小流域治理及生态环境保护具有重要意义。