考虑径流年内分布影响的丰枯划分方法及其应用

在分析现有的考虑年内分布影响的径流丰枯划分方法不足之处的基础上,提出一种求取年内各月权重值的新方法--因子分析定权法,并将其应用于西江干流梧州水文站1946-2000年的年平均流量的丰枯划分;然后,应用Markov过程分析法,对该站年平均流量丰枯状态演化的概率特性进行了研究。结果表明：梧州站枯水、平水和丰水状态的自保守性依次减弱;无论径流处于何种初始状态,其向枯水、平水和丰水状态转移的概率依次减小;在其径流长期演化过程中,枯水、平水和丰水状态的出现频率依次降低。     

黄河上游径流丰枯变化特征及其环流背景

为了揭示影响黄河上游径流丰枯变化的气候因子,为径流的长期、超长期预报与水资源的规划利用提供依据,利用相关台站的降水、径流观测资料,分析了黄河上游汛期径流的丰枯变化特征及其环流背景.结果表明:黄河上游(唐乃亥以上)流域丰、枯水段基本上是交替出现的,总体上枯水持续时间多于丰水,一个完整的丰枯循环周期大约在18 a左右.黄河上游径流的丰、枯,与大气环流的异常有着非常密切的关系,其中,西太平洋副热带高压偏西、偏强、偏北,青藏高原中部地区有西风槽存在是黄河上游汛期降水偏多、径流偏丰的两个重要因素.因此,基于汛期流量的丰枯与其所对应的环流背景之间的联系,可根据前期环流的演变特征对黄河上游汛期流量的丰枯做出大致预测.     

西南河流源区径流量变化规律及其未来演变趋势

采用统计学方法及集合经验模态分解、小波分析、水文模型等多种方法,在对气象水文、湖泊岩芯、树木年轮、气候模式数据进行深入分析的基础上,研究了西南河流源区径流变化规律与历史丰枯规律及其驱动机制,分析了未来气候变化影响下的径流演变趋势。结果表明：三江源地区的径流近50 a整体表现为上升趋势,雅鲁藏布江流域除尼洋河外的其他区域年径流量整体呈不显著下降趋势,气候变化是导致三江源、雅鲁藏布江和怒江流域径流变化的主要原因,其中降水是引起径流变化最关键的因子;主要河流径流不同时间尺度的丰枯演变规律为,雅鲁藏布江中游全新世洪水事件呈现出早晚全新世频繁、中全新世相对较少的特征,近500 a怒江流域重建径流序列存在10个丰水期和10个枯水期,丰枯序列变化主要受季风环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)活动的影响;在未来15～60 a,全球持续增温将使西南河流源区平均年径流深相比近30 a增加6%～14%,而极端径流呈现出“干更干、湿更湿”的变化特征,同时生态因子对径流变化的影响不可忽视。     

基于多元Copula函数的引滦水库径流丰枯补偿特性研究

研究引滦水库的天然来水系列之间的丰枯补偿特性,以期优化滦河中下游水库群联合供水的调度及合理配置该区域水资源.通过运用三元Copula联结函数构造了潘家口水库、陡河水库和于桥水库年入库天然径流系列的三维联合分布,然后利用此联合分布计算了这3个水库年天然来水量丰枯遭遇的概率.结果表明,3个水库径流系列的丰枯同步概率高达46.96%,潘家口水库对陡河水库和于桥水库不具补偿能力的概率为30.2%;为保证天津、唐山等地的供水安全,必须加强引滦水库群的优化调度,充分发挥各个引滦水库的调蓄功能,以降低不利丰枯遭遇带来的影响.     

黑河230 a以来3～6月径流的变化

利用祁连山中段树木年轮资料,重建了黑河230a来春季至夏初(3～6月)的径流变化,发现枯水年与历史记载的相对干旱时期比较吻合,证明了重建结果的可靠性.230a来黑河3～6月径流的变化振幅在各时段强弱不同:19世纪初之前丰枯变化振幅强,19世纪中后期至20世纪初变化幅度减弱,20世纪20年代以来,丰枯变化幅度又趋于增强.在过去的230a,黑河3～6月径流以丰水为主,目前正处于相对枯水阶段.奇异谱分析表明,230a来3～6月径流具有明显的24a和3a周期.     

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。     

流域水文年及丰枯水期划分方法

研究流域水文年及丰、枯水期划分方法,为水文水利计算提供科学依据。通过分析流域径流变化特点,提出径流累计距平法。将该方法用于黑河上游流域,结果表明:该方法为黑河上游流域确定了合理的水文年及丰、枯水期;在不同水文年起讫日下,黑河上游流域年径流时间序列的统计特性和典型年的径流年内分配特征发生显著变化。因此,径流累计距平法可用于划分流域水文年及丰、枯水期,统一水文年划分方式对水文水利计算十分必要。     

基于HBV模型的太子河流域径流变化情景预估

以太子河流域为研究区域,采用HBV水文模型对流域的水文过程进行模拟,并选取RegCM4.4区域气候模式输出的平均气温和降水数据来驱动HBV水文模型,模拟逐日径流过程,分析RCP4.5排放情景下未来太子河流域径流的演变。结果表明,HBV水文模型在太子河流域模拟效果较好,率定期与验证期Nash效率系数与确定性系数均在0.60以上,模型基本模拟出了洪水对降水的响应过程。RCP4.5情景下,2021 2070年太子河流域年平均气温呈持续升温趋势,流域降水和年径流深度呈微弱减少趋势。相较于基准期,年径流深度将增多9.79%,夏季和秋季径流深度上升明显。径流分位数的变化表明,峰值极端径流和枯水极端径流均较基准期有不同程度的增多,未来太子河流域发生极端洪涝的可能性较高。     

变化环境下东江流域水文干旱特征及缺水响应

在干旱事件不确定性和枯期径流变异性的双重影响下,水文干旱特征时序非一致性问题为其联合分布模拟带来困难。基于东江干流测站日径流过程数据,采用游程理论提取水文干旱事件,并结合干旱特征均值变化、时序一致性分析及边缘分布模拟,以确定干旱事件融合及剔除评判标准的合理取值。基于Rosenblatt变换Cramer-von Mises检验统计量拟合方法,构建水文干旱特征两变量联合分布Copula模型,并根据同频法设计两变量组合值。通过对比枯期径流变点分隔子序列干旱特征,分析变化环境下东江流域水文干旱特征及缺水响应。结果表明:水文干旱事件融合和剔除的评判标准值分别取0.1和0.3比较合理。干旱特征两变量之间具有较高的正相关性,但不同时间系列不同变量之间的联合分布及边缘分布最优模型并不一致。流域水库尤其是新丰江水库的径流调节作用,对于缓解东江中下游水文干旱效果明显,超阈联合重现期为2年的设计干旱持续时间、总缺水量和最大日缺水量分别减少了63%~71%、71%~84%和30%~47%,但如果要满足东江河道内最小管理流量目标,其依然分别达到了12~18 d、6 114万~9 030万m3和715.0万~929.0万m3。     

雅鲁藏布江流域径流变化特征及趋势分析

采用Mann-Kendall秩次相关检验法等分析方法对雅鲁藏布江流域径流变化特征及年降水量、年蒸发量观测系列进行了详细研究。雅鲁藏布江上中下游控制站径流20世纪60年代最丰,80年代最枯,年平均流量过程总体上呈略有下降趋势,但不显著。1960～1981年,中水年和丰水年份较多;1982～1997年,中水年和枯水年份较多;1998年以来,丰水年份较多。径流量主要集中在汛期(7～9月),其中,8月份径流量最大,2～3月份径流量最小,径流量月最大值是月最小值的12倍左右;径流年内分配不均匀系数和7～9月占全年比例年际间较稳定。雅鲁藏布江流域降水量和径流变化不显著,气温和蒸发呈明显增加趋势。     

洮河流域近20年径流量偏枯原因分析

洮河流域为黄河流域的一级支流,受全球气候变化、水资源开发利用的复杂性和人类活动的多样性,近年来流域内天然来水量不断减少,年径流持续偏枯。本文以水文实测资料为依据,对流域上、中、下游径流、降水及产流变化趋势、不同时期径流的丰枯变化进行分析,提出近20 a以来洮河流域水资源量偏枯的主要原因是气温不断增高、蒸发量逐渐增大、降水量持续减少、森林植被退化、水电站建设的响超过了水资源的承载能力。实时、准确、全面地掌握洮河流域水文、气象规律和水文地质条件,对洮河流域水资源的统一调度和改善洮河生态环境具有重大意义。     

密云水库以上流域年径流变化趋势及周期分析

密云水库是华北地区最大的水库,是确保首都供水安全和经济社会发展的重要水源地。本文以密云水库控制流域的张家坟站、下会站为代表站,选取19602012年的年径流资料,采用线性回归法、Kendall秩次相关检验法、Spearman秩次相关检验法分析密云水库以上流域径流的变化趋势,采用连续功率谱方法分析密云水库以上流域径流的周期。结果表明:密云水库上游潮河和白河两个流域径流的年际变化非常大,它们在同一年的径流丰枯基本一致,其中同丰同枯的概率最大。近半个世纪以来,上述两个流域的径流均呈现出明显的减少趋势,并且白河流域径流的减小速度快于潮河流域,密云水库以上流域年径流量序列显著存在约45a的周期振荡。     

气候变化背景下海河流域干旱特征及趋势

为了深入研究近60年来多种气候、水文要素对海河流域干旱变化的影响,采用Mann-Kendall非参数检验法对流域内气温、降水、径流等要素进行了分析,并采用Z指数法对流域的干旱特征进行了研究。结果表明：20世纪50年代以来,海河流域经历了湿润-正常-干旱的变化过程;21世纪初,流域北部地区出现偏旱现象,多次干旱的面积覆盖率低于40%,少部分干旱覆盖率较高,最高达98%;从时间上看,1980年是发生干旱现象的一个临界点,无论是从发生次数还是覆盖面积上,1980年以后要明显大于1980年以前。从干旱发生频率上分析,海河流域发生轻度和一般干旱的高频地区多分布在滦河流域以及北部山区,中部平原地区干旱爆发频率相对较低,重大干旱事件则在中南部平原地区发生频率更高。综合全部干旱事件,滦河流域为干旱频发区,其次为海河流域东部地区,西部地区则频率相对较低。     

华北及胶东地区部分河流、区域间的水量丰枯遭遇分析

根据华北及胶东地区长系列雨量、径流资料和五百年旱涝史料,用统计分析法分析了这两个地区部分河流及区域间的丰枯遭遇,得出的结论是:(1)与京津唐地区供水有关的滦河、潮白河、永定河、拒马河年水量丰枯变化基本同步,同丰、同平、同枯的机率约60～70%,丰枯互相遭遇的机率约为2～8%,河流之间以丰补枯的可能性很小;(2)海河流域平原区年降水量与山区年径流量同枯或平与枯互相遭遇时,为农业水资源条件不好的年份,水量严重不足。在最近34年中,这种年份占41.2%;(3)海河南系、鲁北平原、胶东等引黄地区水资源量与黄河水量同丰、同平、同枯的遭遇机率约为38～50%,对引黄较为有利,但不利于引黄(引黄区枯、平水年与黄河枯水年遭遇)的年份约占总年数的25～33%。     

叶尔羌流域极端气候变化特征及其对径流的影响研究

基于1954—2015年叶尔羌流域的气温、降水和径流数据,采用M-K突变检验、距平、趋势分析、Hill估计方法揭示了影响流域水文过程的气候指标,采用主成分回归分析方法探讨了极端气候与极端水文事件之间的关系。结果表明：（1）叶尔羌河流域年平均气温、降水均呈显著上升趋势;年平均气温突变时间为1998年,年平均降水不存在突变。（2）流域径流量、极端径流量呈上升趋势,其中径流量变化显著,极端径流的阈值为148.3 mm,64年间共计发生18次极端径流事件。（3）流域极端降水对径流以及极端径流的变化影响较大,极端气温影响次之。     

海河流域河川径流对气候变化的响应机理

利用可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型,在海河流域选取了6个典型流域来率定VIC模型的参数。通过模型参数移植技术,建立了全流域的径流模拟平台。根据假定的气候变化情景,分析了海河流域河川径流对气候变化的响应机理。结果表明:在年平均气温升高2℃时,海河流域的径流量将减少6.5%;当年降水量增加或者减少10%时,海河流域的径流量将分别增加26%和减少23%;当汛期降水占年降水量的比例分别增加或者减少10%时,全流域的径流量将会增加12%或者减少7%;在空间上,在年平均气温升高和年降水量变化的情景下,海河流域西北部的河川径流比东南部更敏感;在降水年内分配变化的情景下,海河流域东南部的河川径流比西北部更敏感。总体上,年降水量越大,径流量对降水量的敏感性越小,对平均气温的敏感性也越小,而对降水年内分配的敏感性越大。     

新疆大河沿子河流域水文资料“三性”及径流变化特征分析

大河沿子河位于新疆维吾尔自治区西北部,天山以北博尔塔拉蒙古自治州南部,流域设立有三台水文站、大河沿子大桥水文站及沙尔托海水文站三处国家基本水文站,测验项目较齐全,资料可靠,精度较高。本文对流域水文站径流资料的可靠性、一致性和代表性进行分析,并对该流域径流变化特征进行研究。结果显示:流域水文站水文资料无明显错误,成果可靠,径流系列一致性较好,当径流系列达到25 a以上时,模比系数累积平均值已趋近于1,具有一定的代表性。受降水和地形影响,与降水地域分布相一致,河川径流地区差别较大,山地大于平原,南部大于北部;受冰雪融水补给较大影响,径流量年际变幅相对较小,Cv值为0.22,大河沿子流域径流年际变化相对稳定。研究结果为流域水资源合理开发及防洪安全提供了基础依据。     

跨流域联合供水水库补偿特性研究

跨流域水库补偿特性主要包括水文补偿特性与库容补偿特性两个方面,以大连市两座重要的供水水源碧流河水库、英那河水库为例,运用Copula函数分析了碧流河水库、英那河水库天然入库径流年系列、汛期系列、非汛期系列的丰枯遭遇概率,采用统计学方法分析了两座水库连续枯水系列年的遭遇情况。并建立了考虑外调水源的碧流河、英那河水库联合优化供水调度模型,模拟得出了规划水平年水库供水量与下泄水量,利用两座水库长系列调节历年下泄水量之间的对应关系对水库库容补偿特性进行了分析。研究成果可以为大连市境内水系连通规划提供一定的依据,水库补偿特性研究方法也可为其它类似工程规划提供借鉴。     

1975-2011年渭河上游径流演变规律及对气候驱动因子的响应

为探讨渭河上游径流的变化特征及其对气候变化的响应,选取1975-2011年河流实测径流量进行计算和分析. 结果表明：近40 a来,渭河上游径流总体呈明显下降趋势,其中,20世纪90年代前处于丰水期,90年代后进入枯水期,进入21世纪有明显增多趋势. 径流年际丰枯变化激烈,枯水年的发生概率高、持续性强,最长的连枯年份达8 a. 径流量集中在汛期,各年代的分配峰型有所不同,在70、80年代为7、9月双峰,之后变为单峰型分布. 流域内气候增暖明显,降水减少,蒸发加剧;90年代为明显的暖干型气候,21世纪初期气候向暖湿型转变的过程对径流的增加十分有利. 径流对气候变化有较强响应,但响应程度随时间变化而变化. 通过定量分析气候因子对径流变化的贡献值,发现由于气候增暖导致潜在蒸散量的加剧对径流变化的负贡献达60%以上,绝对值高于降水量的正贡献.     

扎陵湖、鄂陵湖对黄河源头年径流影响

黄河源头扎陵湖、鄂陵湖为吞吐湖泊，是黄河源头二大主要湖泊，对黄河源头年径流具有滞蓄、调节作用。利用黄河源头控制站黄河沿站和下游吉迈、唐乃亥、循化站3个测站水文资料，依据年径流在地区上的变化特点，分析了扎、鄂二湖对黄河源头径流的影响：（1）扎、鄂二湖滞蓄作用改变了黄河源头径流的年内分配，使其均匀化；（2）在枯水年份，入湖水量小，加上湖面蒸发强烈，使得湖泊以下黄河沿站年径流量更小，致使枯水程度加剧，加大了年径流的年际变化；（3）黄河沿站与下游吉迈站年径流丰、平、枯程度对比分析，二站丰、平、枯水年同步出现机率为78.8%，扎、鄂二湖没有改变源头黄河沿站年径流丰、枯规律,是以年调节为主的湖泊。