华北典型河流年径流演变规律及其驱动力分析--以潮白河为例

经华北典型河流－－潮白河为主要研究对象,结合多种分析方法,对潮白河近百年来的径流演变规律及其驱动因子作了较为全面的分析。结果表明,河川径流总体呈指数减少趋势,演化过程中表现出明显的阶段性和相依性。相关分析和回归分析表明,人类活动已成为河川径流演化的主要驱动因子。掠夺式的水资源开发,已使潮白河下游河段断流,情势日趋严重,严重损害了河道的系统功能,是河流季节化以及河道萎缩的主要原因。     

黄土丘陵沟壑区极端降雨事件及其对径流泥沙的影响

半干旱黄土丘陵沟壑区是我国水土流失的重灾区。在全球气候变化的大背景下,极端降雨事件时有发生,加重了区域水土流失防治的难度。因此,科学界定极端降雨事件、进而探讨其发生规律及其对径流侵蚀的影响尤为重要。通过整理定西市安家沟流域(35°35′N,104°39′E)17年的降水和径流侵蚀数据进行统计分析。以降雨量和最大30min雨强为指标,采用世界气象组织的标准划分了极端降雨事件。结果发现:(1)研究区内极端次降雨事件的雨量和雨强的临界值分别为40.11mm和0.55mm/min,次降雨量的多年平均值为18.87mm。17年间共发生12次极端事件,5月、7月、8月份的发生概率分别为16.67%、50%和33.33%。因此最佳防治时间段为7、8月份。(2)聚类分析表明极端降雨事件可分为三类:降雨量和雨强都大于临界值,占25%;降雨量大于临界值,而雨强小于临界值,占41.67%;雨强大于临界值,降雨量大于多年平均值而小于临界值,占33.33%。(3)在极端降雨事件作用下,径流系数和侵蚀模数要比对应的多年平均值高。总体而言,降雨量和雨强都很高的极端事件的破坏性最强,但高历时低雨强的极端事件所产生的破坏也不容低估。(4)沙棘林在生长演替的过程中显著增强了抵御土壤侵蚀的能力,对极端降雨事件有很好的防治作用。抵御极端降雨最弱的是坡耕地,主要是由于受到坡度大、植被覆盖率低以及人为干扰等因素的影响。     

全球变化下秦岭南北河流径流泥沙比较分析

分析比较秦岭南侧汉江和秦岭北侧渭河河流径流，泥沙含量变化表明，1935－1999年65年间，渭河河流年均流量为248．26m^3/s，汉江河流年均流量为592．94m^3/s，汉江年均流量是渭河的2．4倍，江汉河流年均含沙量为0．88kg/m^3，渭河河流年均含沙量为52．03kg/m^3，接近汉江河流的60倍，渭河是一条多泥沙河流，分析20世纪80年代以后汉江，渭河河流径流泥沙含量表明，渭河河流年均流量为195．89m^3/s，汉江河流年均流量为585．05m^3/s，均比1935－1980年减少了27．4％和1．9％，但汉江河流年均泥沙含量为0．41kg/m^3，渭河河流年均泥沙含量却为54．58kg/m^3，为汉江河流133倍，比1935－1980年增加了90多倍，说明全球变化对秦岭山脉南北地质水文气候环境影响很大，秦岭南北两区在全球气候变化中表现出明显的区域响应性。     

洞庭湖区的泥沙淤积效应

以1951-2005 年长系列实测泥沙等资料为依据, 从泥沙淤积特性与资源环境之间的关系上, 探讨了洞庭湖区的泥沙淤积效应。研究表明: 由于洞庭湖区始终处于淤积状态, 加之人类活动影响, 导致了泥沙淤积循环演进的格局, 以至于使泥沙的灾害性效应与资源性效应 均在湖区得到充分的显示。主要表现在: ① 塑造了水体滩地、泥沙滩地、湖草滩地、芦苇滩地等类型滩地, 构成了湖泊巨系统的主体; ② 孕育或诱发了泥沙淤积→洲滩扩展、围垦→调洪功能下降、鱼类资源枯竭、生物多样性减少灾害链: 泥沙淤积→洲滩扩展→洪涝、水质污染; 泥沙淤积→植被洲滩浮涨→血吸虫病、害鼠致害灾害链; 泥沙淤积→洪溃决堤→土地沙 化灾害链。这些淤积型泥沙灾害链给湖区直接或间接地造成巨大的经济损失。③ 近55 年间, 泥沙塑造土地约98.13×10⁸hm², 人类合理开发利用洲滩资源获得了巨大的经济效益, 就地挖沙加高防洪大堤2~3 m, 累积土石方约55×10⁸ m³, 节省了购买大量原材料的开支。     

黄河源径流演变特征及其对降水的响应

采用1960-2012年黄河源径流、降水数据,以过程线法、集中度和集中期等方法分析黄河沿以上、黄河沿-吉迈、吉迈-玛曲、玛曲-唐乃亥等4个区段降水、径流的演变特征,并从降水的产流能力、时滞相关和集中期响应等角度分析径流对降水的响应。结果表明：黄河源径流汛期占比年际变化趋势自上游各区段呈不显著的增加-减少-增加-减少的特征。吉迈以上径流量年际变化呈不显著增加,吉迈以下呈减少趋势。各区段径流集中期均有不同程度的提前。下游径流集中期早于上游。黄河源汛期降水占比呈不显著下降趋势。4个区段自上游降水年际变化呈显著增加-显著增加-不显著减少-不显著增加的特征。降水的集中度分布较径流更为集中,且有不显著减少趋势。各区段降水的产流能力在20世纪80年代末至90年代中期出现弱化趋势,中上游在2005年左右降水的产流能力转为较分析时段初期有增强的趋势,而中下游一直较分析时段初期减小。不同区段年径流量与不同统计时段降水量的依存关系不同。黄河源玛曲以上径流相对于降水的集中期滞后天数呈不显著减少,玛曲-唐乃亥滞后天数略有增加。     

坡面径流冲刷及泥沙输移特征的试验研究

通过室内放水冲刷试验,对坡面细沟侵蚀发生的临界条件、细沟发展过程中的侵蚀产沙特征、以及影响细沟侵蚀产沙的因素进行了分析研究,得出了试验土条件下产生细沟的临界流量与坡面坡度的关系式.在分析产沙变化的基础上,探讨了细沟侵蚀量随径流量和坡面倾斜度的变化规律.     

石羊河流域出山口径流演变特征

根据石羊河流域出山口径流的实测资料,应用Kandell秩次相关检验、R/S分析、小波分析等多种方法对出山径流的演变特征进行了分析.结果表明:石羊河流域出山径流年内分配不均,集中度高,径流年际变化不大.经Kandell秩次相关检验与R/S分析,表明出山口年径流存在减少趋势,且这种趋势具有长持续性.运用小波分析方法,对年径流时间序列进行了多时间尺度分析,表明进入2010年左右石羊河流域出山径流处于偏枯阶段.石羊河流域出山径流演变特征对流域经济社会的可持续发展具有制约作用,水资源短缺已成为流域经济发展的"瓶颈",应引起足够重视.     

策勒河出山径流特征及其趋势

根据策勒河近50年水文及气象资料,利用经验频率、Mann-Kendall非参数检验和非线性回归分析等方法,分析策勒河径流量的变化特征、变化趋势及其对气候的响应.结果表明:策勒河径流年内分配不均,夏、秋季偏丰,5～9月径流量占全年88.70%;冬、春季偏枯,10月到次年4月径流量占全年11.30%,策勒河变差系数为0.21,径流最大值与最小值之比为2.53,河流年际变化相对稳定;Mann-Kendall检验得出近十年出山径流量有减少的趋势;月平均流量与月平均降水量、月平均蒸发量和月平均气温之间存在复杂的非线性关系,非线性回归模型模拟的月平均流量与实测值对比,确定系数为0.73,模拟效果较好,月平均蒸发量与月平均流量呈负相关.     

基于Copula函数的洞庭湖流域水沙丰枯遭遇频率分析

受人类活动的影响,水沙灾害事件相继发生,对人们的生产、生活造成了威胁。以洞庭湖流域代表性水文站的年径流量和年输沙量系列数据为基础,应用P-III型曲线分别拟合并求得“松滋口、太平口、藕池口”三口入湖、“湘江、资江、沅水、澧水”四水入湖和城陵矶站出湖年径流量、年输沙量的边缘分布函数,再采用水文事件遭遇分析中广泛应用的Copula函数,建立洞庭湖流域水沙联合分布模型,分析洞庭湖流域水沙丰枯遭遇频率。研究结果表明洞庭湖三口、四水和城陵矶站的水沙丰枯遭遇频率关系与洞庭湖流域的水沙运动有密切联系,运用该水沙耦合模型可以为洞庭湖流域防洪减灾提供重要的理论依据。     

洞庭湖的冲淤变化和空间分布

在实测的1974，1988，1998年1：2.5万地形图的基础上，利用地理信息系统的数据处理和空间分析方法，分析洞庭湖24年来的冲淤规律，得到了2个时期（1974-1988，1988-1998）洞庭湖冲淤量和冲淤区域的空间分布位置，研究表明，洞庭湖近24个来总的趋势冲淤厚度没有明显的变化，为0.017m/a。以两期冲淤变化的趋势预测了2010年三峡工程全部完工时洞庭湖的冲淤变化状况，结果表明，1998-2010年间洞庭湖将平均淤高0.33m。最后以3年数字地形模型为基础，分析了洞庭湖24年来的不同水位下湖盆容积的变化。     

洞庭湖环境系统变化对水文情势的响应

为全面揭示洞庭湖近数十年的水情异常与成因,将湖区视作一个大系统来研究。经水位~流量关系等多种方法研究表明：(1)入湖四水尾闾同水位流量减少1 200~2 800 m³/s,同流量水位抬高0.49~1.28 m;(2) 荆江三口分水比减少19.2%,分沙比减少25.1%;(3) 澧水、松滋、南洞庭湖等主洪道的水位流量关系均发生了较大变化;(4) 天然调蓄能力下降40%,湖口同流量水位抬高1.80~2.50 m;(5) 7~8月湖垸关系常处于危急状态。其主要原因是泥沙淤积恶性循环,导致了湖泊环境系统功能的变化,而由下荆江3处裁弯所引起的江湖水沙调整则加速了其变化过程。这些变化过程对水情的复合响应是：入湖水沙呈逐渐减少趋势变化,洪水位普遍抬高1.50~1.80 m,湖口有时出现江水倒流,洪水涨率增大,高洪水位持续时间长等异常水文现象,且给湖区造成了巨大的洪水压力。     

水沙过程变化下洞庭湖区的生态效应分析

依据1951-2009年实测水文数据及多年实地考察资料,对比分析水沙过程变化对洞庭湖区生物群落及其生存环境的影响.结果表明:(1)水沙过程对生物群落及其生存环境具有多方面的生态支撑作用,水沙动态是洞庭湖生态系统的控制性变量;(2)泥沙的不断淤积,使各类植被洲滩发育与扩展,导致湖面缩小及调蓄功能减弱和天然捕捞鱼场减少;(3)各类植被洲滩相继出露和湖水位涨落交替过程,不但维系着东方田鼠种群数量及迁移的延续,还支撑着钉螺(血吸虫的中间宿主)的孳生和繁衍;(4)入湖水沙量的逐期减少,削弱了水域环境的净化能力,“四     

60年来洞庭湖区进出湖径流特征分析

采用集中度与集中期、M-K趋势检验法、变差系数法等方法对洞庭湖入湖径流河流（荆江三口、湖南四水）和出湖径流（城陵矶）年径流量序列进行分析。结果显示：① 洞庭湖区径流集中期为每年6~7月份,最大径流出现时间为6月底7月初;径流集中期合成向量方向介于103.2~190.2°之间,均能够反映各河流进出湖径流量最大值出现的月份。② 径流变差系数介于0.194~0.761之间,说明径流年际变率大。各河流径流极值比均在0.6以上,径流量衰减较为明显。③ 从径流的丰枯交替规律来看,湖南四水水量分配相对较为平均。荆江三口以藕池口丰水年和枯水年概率最大,分别占到32.79%和57.38%,径流年际变化较为剧烈,不利于水资源的合理利用。     

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.     

黄河沙漠宽谷段水沙变化特征及驱动因素

根据定位观测、第一次全国水利普查、遥感影像解译的数据,利用MWP、双累计曲线、水土保持分析法、数学模拟等方法,分析了黄河上游水沙变化特征,评估了多元驱动因素对2000-2012年黄河下河沿-头道拐沙漠宽谷段水沙变化的贡献率。结果表明:与20世纪70年代以前的基准期相比,2000年以来径流量、输沙量同步减少,水沙关系也发生变化,单位径流量的输沙量明显减少;沙漠宽谷段径流量减幅沿程不断增加而输沙量减幅沿程变化不大,水沙年内分配较基准期发生倒置,来沙系数不断减小;灌区引水引沙、水土保持措施、水库拦沙、支流来水来沙、水库调蓄及河道冲淤是沙漠宽谷段水沙变化的主要影响因子;经济社会发展用水对沙漠宽谷段径流量减少的作用最大,贡献率为81%,其次是水库蓄泄量,占15%以上;水库拦沙对头道拐输沙量减少的贡献率最大,占41%,其次是支流水土保持措施,贡献率约占13%,入黄风沙减少的贡献率并不大,约为6%,而河道淤积量、灌区引沙量较基准期都是减少的,贡献率分别约为-41%和-8%;近10多年来降雨等自然因素对水沙变化的作用相对不大,起主要作用的是水库运用、水土保持、经济社会发展等人类活动因素。     

Analysis of deposition and erosion of Dongting Lake by GIS

The sediments of the Dongting Lake come from four channels (one of them was closed in 1959), connected with the Yangtze River, four tributaries (Lishui, Yuanjiang, Zishui and Xiangjiang) and local area, and some of them are transported into the Yangtze River in Chenglingji, which is located at the exit of the Dongting Lake, some of them deposit into drainage system in the lake region and the rest deposit into the lake. The annual mean sediment is 166,555x104 t, of which 80% come from the four channels, 18% from the four tributaries and 2% from local area, whereas 26% of the total sediments are transported into the Yangtze River and 74% deposited into the lake and the lake drainage system. Based on topographic maps of 1974, 1988 and 1998, and the spatial analysis method with geographic information system (GIS), changes in sediment deposition and erosion are studied in this paper. By overlay analysis of 1974 and 1988, 1988 and 1998, erosion and sediments deposition areas are defined. The main conclusions are: (1) sediment rate in the lake is larger than erosion rate from 1974 to 1998. The mean deposition in the lake is 0.43 m; (2) annual sediment deposition is the same between 1974-1988 and 1988-1998, but the annual volume of deposition and erosion of 1988-1998 is bigger than that in 1974-1988; (3) before the completion of the Three Gorges Reservoir, there will be 7.82x108 m3 of sediments deposited in the lake, which would make the lake silted up by 0.33 m; (4) in the lake, the deposition area is found in the north of the east Dongting Lake, the south-west of the south Dongting Lake, and the east of the west Dongting Lake; while the eroded area is in the south of the east Dongting Lake, the middle of the south Dongting Lake, the west of the west Dongting Lake, as well as Xiangjiang and Lishui river flood channels.     

Analysis of deposition and erosion of Dongting Lake by GIS

The Dongting Lake is located in the south beach of the middle reaches of the Yangtze River. Its catchment, with an area of 262,823 km2 or about 12% of the total Yangtze River catchment, is situated between 28o43?29o32扤 and 112o54?113o8扙, and crosses Hubei and Hunan provinces in administrative division. The main tributaries include Xiangjiang, Zishui, Yuanjiang, Lishui rivers (4 Tributaries) and some local rivers, such as Miluo River, Xinqiang River and other little streams. In the nor…