渭河径流年内分配变化特征及其影响因子贡献率分解

研究渭河径流年内分配变化特征及其影响因子,有助于在区域视角下进一步掌握全球变暖与人类活动不断加剧背景下的水文响应。本文基于1960-2005年实测径流、面降雨以及潜在蒸发量的月序列数据,采用集中度与不均匀系数两个指标分析渭河径流年内分配特征的时空变化规律。运用Mann-Kendall法求算了渭河流域径流集中度与不均匀系数的变化趋势,采用启发式分割法诊断径流年内分配特征值的变异点,并运用累积量斜率变化率比较法定量计算气候变化与人类活动对径流年内分配特征变化的贡献率。结果表明:①渭河实测径流年内分配特征值的年变化过程呈现上升趋势,其中张家山站呈现显著上升趋势,该流域旱涝风险有所增加;②林家村与张家山站的实测径流年内分配特征值均存在1973年这一变异点,而华县站无变异点存在;③气候变化与人类活动影响对林家村站径流年内分配集中度与不均匀系数的贡献率分别为27.15%,72.85% 和12.10%,87.90%,而对张家山站的贡献率分别为39.11%,60.89%和33.73%,66.27%。人类活动是渭河实测径流年内分配特征变化的主要驱动力。     

雅鲁藏布江流域径流特性变化分析

本文采用Morlet小波对1956~2000年雅鲁藏布江流域6个站点的径流序列进行了分析,揭示了不同时间尺度下四个季节以及年平均径流量的丰枯交替特性、突变性和周期性,通过小波方差确定各序列存在的主要周期。结果表明:在15年时间尺度上,雅江流域四个季节的径流变化趋势基本一致;发生突变的年份主要在1957、1967、1976、1983、1992年;径流序列第一主周期主要以15年长周期和2年短周期为主,第二主周期以15、6、2~3年的长、中、短周期为主;秋季和冬季径流序列的周期空间分布基本一致,年平均径流序列的周期分布与夏季最为接近;除拉萨河子流域春季在2~3年尺度上处于枯水期外,其他子流域其他时段在任何时间尺度上未来几年里都将处于丰水期。     

Modeling elements and geographical factors of formation of the monthly runoff as exemplified by the Kuda river

We have formulated the main principles of constructing the model for a seasonal cycle of the runoff with a temporal resolution of one month. We worked out the elements of technology for the first stages of model making. Based on analyzing the local data on monthly characteristics of the runoff, precipitation and temperature, we formulated and verified a number of hypotheses about the physicalgeographical patterns of formation of seasonal and interannual variability in water flow rates for three river discharge sections within the Kuda river basin. The most important factors have been determined, which govern the observed values of monthly mean flow rates.     

青海湖流域河川径流特征及其对降水的滞后效应

以青海湖流域的布哈河为例,采用变差系数、集中度和集中期等指标,对青海湖流域内径流量、降水量在年代、年际、季节等时间尺度上进行分析,并用集中期来反映河川径流对降水的滞后效应。结果显示,河川径流年内主要集中在6—10月,特别是7月中旬至8月中旬之间;降水主要集中在5—9月,特别是7月;径流量与降水量存在极大的相关性（r=0.746＞0.443=α0.001(47)）,径流对降水具有滞后效应,多年平均滞后时间为20 d左右。     

Synchronism of runoff response to climate change in Kaidu River Basin in Xinjiang, Northwest China

The runoff in alpine river basins where the runoff is formed in nearby mountainous areas is mainly affected by temperature and precipitation.Based on observed annual mean temperature,annual precipitation,and runoff time-series datasets during 1958–2012 within the Kaidu River Basin,the synchronism of runoff response to climate change was analyzed and identified by applying several classic methods,including standardization methods,Kendall's W test,the sequential version of the Mann-Kendall test,wavelet power spectrum analysis,and the rescaled range(R/S) approach.The concordance of the nonlinear trend variations of the annual mean temperature,annual precipitation,and runoff was tested significantly at the 0.05 level by Kendall's W method.The sequential version of the Mann-Kendall test revealed that abrupt changes in annual runoff were synchronous with those of annual mean temperature.The periodic characteristics of annual runoff were mainly consistent with annual precipitation,having synchronous 3-year significant periods and the same 6-year,10-year,and 38-year quasi-periodicities.While the periodic characteristics of annual runoff in the Kaidu River Basin tracked well with those of annual precipitation,the abrupt changes in annual runoff were synchronous with the annual mean temperature,which directly drives glacier-and snow-melt processes.R/S analysis indicated that the annual mean temperature,annual precipitation,and runoff will continue to increase and remain synchronously persistent in the future.This work can improve the understanding of runoff response to regional climate change to provide a viable reference in the management of water resources in the Kaidu River Basin,a regional sustainable socio-economic development.     

格尔木河地表径流的趋势和突变特征分析

位于柴达木盆地南缘中部的格尔木河是盆地内第二大河流,利用收集到的格尔木水文站1991年至2018年共28年的地表径流日监测数据,采用线性倾向估计法、Mann-Kendall(MK)检验法和滑动t检验法(Moving t-test,MTT),以及滑动移除近似熵(Moving Cut data-Approximate Entropy,MC-ApEn)法对径流数据进行了趋势和突变特征分析。结果表明:1)格尔木河流域径流量年际变化相对稳定,呈现缓慢增加趋势,其速率为1.89×10⁸ m³·(10a)-1,但年内平均径流量变化极不均衡,夏秋季径流量相对较大,占年径流总量的53.86%,其中7月径流量最大,占年径流总量的14.6%。2)联合MC-ApEn方法和MTT方法能准确确定出突变点位置,突变探测能力较好。MK方法和MTT方法分别受时间序列长度和时间窗大小的影响,难以准确识别出突变特征,其中MK方法仅能识别出较少的突变点。3)根据MK方法得出的结果,格尔木河年月日尺度的流量序列数据的突变点位于2007年附近,可能与2007年的流量幅值偏小有关。联合MC-ApEn方法和滑动t检验法,在月尺度序列上给出的稳定突变点分布在1996年、2001年、2009年和2015年,结合2010年格尔木发生的大洪水事件,2009年的突变可能指示了该次事件的异常。     

基于水文随机方法的大尺度径流空间插值图化研究——淮河流域蚌埠以上区间为例

跨越不同时空尺度水文径流时空分异性及其图化问题的研究是当前国际地理水文科学研究的热点前沿。本文针对中国湿润流域年平均径流特点,探讨了基于地理相关关系的水文随机方法(Hydro-Stochastic) 在大尺度流域上应用的可行性。在淮河流域蚌埠以上区间开展径流空间插值实验,通过对流域出口流量在空间随机场内的分解生成研究区内10 km×10 km分辨率产流分布图,以及以1 km长度为基本单元的河道内径流量图。该方法在描述径流空间分异性的过程中,综合了水文学、地貌学、地理学的特点,以地统计空间插值方法为基础,结合了水量平衡约束以及数据不确定性分析理论,最终输出不同形式的径流空间分异结果。分析表明,径流插值结果能够很好的反映流域内产流的空间分布特征,并满足河道上下游的水量平衡关系。该方法避免了水文模型的复杂性,描述径流时不依赖气象资料,可以方便的在广大地区推广使用。     

50年来秦岭金钱河流域水文特征及其对降水变化的响应

运用集中度和集中期、Kendall秩相关系数、R/S分析法、降水—径流双累积曲线模型及其他数理统计方法,分析了金钱河流域径流的变化特征,探讨了年际、季节及月尺度上径流变化的趋势并预测了未来趋势,用集中期指标反映了径流对降水响应的滞后效应,并定量分析了降水变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:50 a来径流量呈现出显著的递减趋势(p<0.05),递减率为34.33 m3(/s 10a),Hurst指数H=0.669>0.5,表明未来的一段时间内变化趋势与现在相同;1~12月各月径流均表现为下降趋势。流域内径流对降水的响应存在滞后效应,50 a径流对降水平均每年滞后23.6 d,且滞后天数具有明显上升趋势。50 a来径流系数呈极显著减小趋势,降水量转化为径流的部分在逐年减少,被植物截留、填洼、入渗和蒸发的部分增加;径流发生突变后比突变前径流系数降低了35.2%。50 a来降水变化对径流变化的影响率为53.4%,高于人类活动影响率46.6%,是导致径流变化的主要原因,人类活动为次要原因。     

长江河口区平均海面季节性变化的分析

长江河口区的月平均海面变化主要受径流及其它海洋水文气象因子的作用,而且具有明显的季节性变化。本文为了探讨月平均海面时空变化的规律,运用了经验特征函数,对月平均海面的时空变化进行分解。以三个相互正交模型,估算了水文气象因子在月平均海面变化中所起的作用。     

基于PCA和BP神经网络的径流预测

径流预测为流域水资源的合理开发利用与统筹配置提供依据。运用多元线性回归、主成分回归、BP神经网络及主成分分析和BP神经网络相结合的方法,对新疆呼图壁河流域石门水文站2009-2011年各月径流量进行预测,并采用相关系数、确定性系数及均方根误差对各模型预测精度进行比较。结果表明：（1）神经网络等智能算法具有高速寻优的能力,对短时间尺度的月径流量的预测结果较好;（2）主成分回归等常规算法能充分反映出某地区径流的年际的稳定性,对全年径流总量的模拟精度较高;（3）主成分分析和BP神经网络相结合的方法,提高了神经网络的收敛速度,同时降低了局部极值的影响,优于简单的BP神经网络,适用于呼图壁河月径流量预测。     

陕西大理河流域土地利用/覆被变化的水文效应

近年来,土地利用/覆被变化的水文效应研究已成为国际的前沿和重点。在大理河流域,LUCC(包括水土保持措施)对水循环和水量平衡产生了深远影响,该流域LUCC水文效应的研究势在必行。根据研究区1990年代三期土地利用数据分析了LUCC的时空变化特征,采用特征变量时间序列法及降水-径流模型对LUCC水文效应进行了研究。结果表明:流域土地利用类型以耕地和草地为主,近10年来,耕地和草地面积有所减少,而林地和建设用地面积持续增加;流域年径流和月径流演化过程均表现出明显的下降趋势;LUCC及水土保持具有减少流域年径流、汛期流量以及增加枯季流量的作用,相对于降水因素,人类活动对流域水文的作用占主导地位;在1990~2000年期间,主要由LUCC引起的年均径流减少量达2616.6×10⁴ m³,占该期间实测减水总量的62.19%。     

气候变化情景下青海湟水流域径流变化的HIMS模拟分析

基于国产HIMS(Hydro-Informatic Modeling System)模型,以青海湟水流域为研究区域,利用1986-2000年33个雨量站和8个气象站的逐日降水和气温数据,对其径流变化进行模拟;选取流域内6个水文站同期的实测径流数据,进行参数率定及验证。结果表明:HIMS模型日、月率定及验证结果良好,在湟水流域具有良好的适用性。在此基础之上,分析了湟水流域1961-2010年降水及气温的变化趋势,并对不同气候变化情景下的水文响应(径流量)进行模拟分析。结果显示气候变化对湟水流域径流量变化趋势影响显著,随气温升高和降水量的减少,径流量呈明显的减少趋势,反之,呈增加趋势。     

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。     

Calculation of instream ecological water requirements under runoff variation conditions: Taking Xitiaoxi River in Taihu Lake Basin as an example

Climate change and human activity can cause remarkable hydrological variation.Traits of hydrological series such as runoff before and after the change points could be sig-nificantly different,so the calculation of instream ecological water requirements (EWRs) is confronted with more challenges.Taking the Xitiaoxi River (XTXR) in the upper reach of the Taihu Lake Basin as an example,this paper investigates the calculation of EWRs using the range of variability approach (RVA) under changing environment.The change point diagnosis of the natural and observed runoff series are conducted for XTXR.Then,differences in the hydrological alternation indicators and instream EWRs processes obtained from various daily runoff series are compared.It was found that the natural and observed annual runoff series in XTXR from 1957 to 2018 both show significant variations,and the change points are in 2007 and 1999 respectively.If runoff data before the change points or all runoff data are used,the instream EWRs obtained from natural runoff are significantly lower than those obtained from the observed runoff.At the monthly time step,EWRs differences within a year mainly oc-curred from May to August.Also,calculation results of the instream EWRs are strongly re-lated to the selected period of runoff series.The EWRs obtained using runoff series after the change points have rather acute fluctuation within a year.Therefore,when the RVA method is used under changing environment,the instream EWRs should be prudently determined by comparing different calculation results on the basis of river runoff restoration and variability analysis.To a certain extent,this paper enriches our understanding about the hydrological method for EWRs estimation,and proposes new ideas for future research on EWRs.     

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.     

雅鲁藏布江干流河宽时空变化遥感监测及水文气象响应

河宽作为河流形态的基本参数之一,对于理解地表水过程和河流生态系统功能至关重要。雅鲁藏布江是全球具有典型地域特色的高原河流,也是重要的国际河流。雅鲁藏布江地处偏远山区,其地形环境条件恶劣、测量站分布稀疏,严重限制了对雅鲁藏布江河流水文动态变化特征的科学理解。遥感卫星通过提供多时相、长时序观测影像数据,使雅鲁藏布江河宽长期动态变化监测和水文特征分析成为可能。本文基于全球地表水变化数据集（GLAD）,利用水体边界水淹频率阈值分割法重建了2000—2020年雅鲁藏布江逐月完整的水域范围,进而提取和解析雅鲁藏布江干流河宽的时空变化特征。研究结果表明：2000—2020年期间,受年内气温和降水季节性差异等影响,雅鲁藏布江干流河宽呈现出显著的季节性变化特征,中游河段的季节性变幅最大（453.6 m）,下游河段季节性变幅最小（90.3 m）;雅鲁藏布江干流河道受气候和地形的影响,空间分布差异大,河道可观察到的最窄处约30 m（即Landsat卫星影像的最小空间分辨率）,中下游辫状河流有效河宽最大可达6000 m,全程约50%长度的河道宽度小于150 m,仅2.0%的河道宽度大于2000 m;2000—2020年雅鲁藏布江干流河道的年平均河宽呈现先下降、后上升、再下降的变化特征,雅鲁藏布江全程平均河宽与降水、气温之间呈现较显著的正相关关系（通过p<0.01的显著性检验）,相关性系数R值均为0.7。此外,本文利用10 m分辨率Sentinel-2影像数据目视解译提取的河宽信息与本文基于GLAD重建的河宽结果进行对比验证,两者的相对偏差低于2%,表明本文雅鲁藏布江河宽的提取结果总体可信。     

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。     

雅鲁藏布江中游江心洲、河漫滩面积及其指示的沙源特征

雅鲁藏布江流域中游（贡嘎县至乃东区）江心洲和河漫滩等河流地貌发育,同时也发育了不同类型的风沙地貌,是雅鲁藏布江流域风沙灾害最为严重的地区。冬春季大范围裸露的江心洲和河漫滩,为沙尘暴的发生提供沙源,也可能是北岸沙丘的物源。目前对江心洲和河漫滩面积动态变化过程及其与沙源之间的关系几乎没有研究。为此,本文通过对2019年11月至2020年8月遥感影像解译和风动力条件综合分析,探讨河床动态变化过程与沙源之间的关系。结果表明：江心洲和河漫滩面积具有明显的时空变化特征,主要受径流量的影响。江心洲面积3月最大（222.95 km²）,8月最小（80.61 km²）。沙源比（河道内江心洲面积与水域面积的比值）具有明显时空变化规律,3月最大（2.00）,8月最小（0.28）。河漫滩面积也具有相似的变化规律,3月78.99 km²,8月仅45.45 km²。起沙风频率冬春季大,意味着3月风沙活动强度最大,8月最小。由此可知,江心洲和河漫滩能够为研究区的风沙灾害提供物源,而强风提供动力条件。     

新疆渭干河黑孜水库月径流随机数学模型的建立

通过应用相关解集模型，建立了渭干河黑孜水库的月径流机数学模型，通过长系列的月径流可进行水库的各种丰枯水序列组合情况下的调节运算，从而为水库的设计和管理服务，相关解集模型还可根据水库调节需要，进一步将月径流再分解为旬径流，其方法与原理与年径流分解为径流相同，最后，文章对建立的月径流散数学模型进行了分析和检验，结果令人满意。     

A Simplified Basin Model For Simulating Runoff: The Struma River GIS

A GIS‐based distributed‐parameter runoff simulation model for the Struma River Basin in southwestern Bulgaria calculates the monthly snow/rain proportion, direct or surface runoff, snow cover and snowmelt, soil moisture, evapotranspiration, and total runoff. Simulation during the Bulgarian hydrologic year from November to October was compared with observed runoff data. The model closely replicates mean monthly runoff from climate conditions during the years 1961 –1990 as well as specific years. The simplified GIS model simulates hydrologic processes under limited data availability.