东江流域水利工程对流域地表水文过程影响模拟研究

东江流域为香港及广州等特大城市的重要水源地,新丰江、枫树坝与白盆珠三大水库对东江全流域水资源有控制性调蓄作用,加上人类活动影响,导致东江流域地表径流发生显著变异.研究分析东江流域上中下游水利工程建成前、后径流在时间与空间的变异特征,对水利工程与人类活动影响的东江流域水资源管理提供重要依据.基于此,选取多元线性回归、神经网络与支持向量机等模型模拟水利工程建成前的径流变化,研究认为:①神经网络为水利工程建成后径流变化模拟的最优模型;②水利工程建成后,流域径流变异特征分两阶段:1974-1982年流域水文变异不显著,水利工程影响不大;1983-2000 年径流变异显著,水利工程削峰填谷作用明显;③东江流域龙川、岭下、博罗站水文变化均受水利工程调蓄影响,但影响程度各异:博罗站水文变化受水利工程影响最大,岭下站次之,龙川站受影响最小.另外,在水利工程调蓄作用影响下,东江流域月径流变化幅度趋于平坦,在一定程度上降低了洪水风险及减少了极端气候条件对东江流域水资源供给造成的负面影响.     

水文变异条件下的东江流域生态径流研究

东江流域的河川径流受气候变化和人类活动的双重影响产生了水文变异,河流生态系统适应了变异前的水文状态,变异后必然会给当地生态系统带来不同程度的影响。因此,论文运用多种检验方法并结合东江流域的实际情况对其水文变异做了系统的分析。在此基础上,采用逐月频率法计算该流域4水文站的生态径流量 (最小、适宜和最大生态径流),得出以下结论:①Tennant的检验表明论文的计算结果是合理的;②龙川、河源、岭下3站存在显著变异,变异后3站不满足河流适宜生态径流量的时间都出现在6月,今后应在该月适当增加调水。同时,可参照文中计算值,建立东江流域生态径流调度预警机制,为流域生态系统的健康和水资源的管理提供科学保障。     

基于SWAT模型的东江流域径流模拟

基于分布式水文模型SWAT以及SUFI-2 程序对东江流域进行了51 a(1960-2010 年)月径流模拟,并在此基础上讨论了东江流域水文过程的空间差异。模拟结果表明,河源站受新丰江水库影响,模拟结果不确定性较大,确定性系数R2和Nash-Sutcliffe 效率系数相对其他站点较低,龙川站、岭下站、博罗站R2和Nash-Sutcliffe 效率系数皆满足模型适用性要求。流域出口博罗站率定期R2、Nash-Sutcliffe 效率系数分别为0.83、0.83,验证期为0.84、0.84,模型模拟精度较高。东江流域径流深主要受降水空间不均影响,形成由北向南先增后减的趋势。流域下垫面差异对产流过程也有一定影响。其中土壤含水量受土壤性质、人类活动等影响,由北向南差异明显;蒸散发量受植被覆盖影响亦较为明显,北部蒸散量占降雨量的比例大于中部及南部。     

1959-2008年乌鲁木齐河源1号冰川融水径流变化及其原因

采用数理统计、 Morlet小波分析和Mann-Kendall突变检验对乌鲁木齐河源1号冰川1959-2008年径流序列进行分析,揭示了冰川融水径流的变化趋势、 周期特征和突变特性,并对径流与气候、 冰川变化关系进行了探讨。结果表明:乌鲁木齐河源1号冰川近50 a来径流增加趋势显著,特别是在1993年发生突变后,平均径流较1993年前增加了69.4%。径流序列第一主周期为15 a,第二主周期为6 a。在13~16 a时间尺度上看,1号冰川融水径流在未来的几年将继续保持偏多趋势,但是从5~7 a和超长期时间尺度上看则相反。冰川融水径流与冰川物质平衡、 年均气温、 消融期气温及年降水量存在良好的瞬时响应关系,其中消融期气温的振动对冰川融水径流振动能量贡献最大,在气温超过2 ℃时,径流将加速增长。物质平衡变化100 mm可引起河流径流变化22.9×10⁴ m³,1号冰川过去50 a累积物质平衡为-13 693 mm,相当于额外补给河流径流量3 135.7×10⁴ m³,约是年径流量的16.1倍。     

三江源区径流长期变化趋势对降水响应的空间差异

为探究三江源区径流长期变化特征的空间模式,采用Mann-Kendall趋势检验、双累积曲线法和GIS技术,分析1957—2012年三江源区降水和径流的变化趋势,以及径流对降水响应关系的空间差异.结果表明:1957—2012年三江源区有67.1%的区域年降水量呈显著增加趋势;47.3%的区域径流深变化趋势不显著,45.4%的区域显著增加;其余7.3%的区域内降水变化不显著但径流深显著减少.长江源区绝大部分区域降水量和径流量都显著增加,径流量增速达0.616 9×108 m3/a.澜沧江源区在降水显著增加或变化不显著的情况下,径流深无显著变化或显著减少.黄河源区内部差异很大,降水呈增加或无显著变化趋势,径流深则呈无显著变化或显著减少趋势.除澜沧江源子曲外,三江源区年径流深和降水量呈显著线性正相关,Pearson线性相关系数为0.51~0.87.径流量对降水量的响应关系存在明显的空间差异性,可以分为稳定型、波动型、上升型及下降型4种类型,并以稳定型为主,涉及面积占三江源区总面积的48.9%;其次为下降型和波动型,分别占32.8%和12.9%;上升型涉及面积所占比例最小,仅为5.5%.研究显示,三江源区61.8%的区域内径流对降水的长期响应关系并未发生明显变化,或者在波动中保持相对稳定的关系.      

北京山区植被恢复建设对流域径流量影响研究

植被恢复是山区保持水土资源、恢复生态环境的关键措施.为探究植被恢复对流域产水量的影响,以密云水库集水区红门川森林流域为研究对象,采用Mann-Kendall非参数趋势检验、基于分离评判原理的水文分析法、Zhang(2001)模型等方法,定量分析了1989－2009年间北京山区气候及森林变化对流域径流量的影响.研究结果表明:红门川流域年降水及产流性降水量在研究时段内均呈波动下降趋势(P>0.05);流域年径流呈显著性减少趋势,且年径流量在1998 年前后发生减少突变(P<0.01);气候变化对红门川流域径流减少贡献率为43%,植被恢复建设导致的森林数量及质量变化对流域径流减少贡献率为18.6%,其他人类活动影响贡献率为38.4%.综合比较得知,与植被恢复建设相比,降水减少对山区产水量减少影响更大.研究结果可为北京山区森林流域水土资源规划及管理提供参考.     

气候变化对澜沧江-湄公河上中游径流的影响研究

将区域气候模式RegCM3与水循环模拟模型WACM进行单向耦合,对澜沧江-湄公河流域未来气候变化和流域上中游主要控制水文站径流响应进行了模拟和分析。区域气候预估表明,相对于现状(1980—2009年),A1B情景下未来(2010—2039年)流域年平均温度和降水均有增加趋势,分别增加了0.65 ℃和1.87%,但降水增加不明显;流域北部温度增幅比南部明显,而降水区域差异较大,变化较为复杂。径流模拟结果表明,未来气候变化情景下,清盛和琅勃拉邦站多年平均径流量与天然情景相比均有减少趋势,分别减少了1.23%和3.69%,但变化不明显;未来径流年际变化呈不显著的减少趋势,而温度变化对径流影响作用要强于降水;未来春季和夏季(3—6月)径流增减相对明显,局部区域有洪涝和水文干旱的风险,而其它月份径流变化不显著。     

阿克苏河年径流变化的非线性特征

以阿克苏河流域的托什干河、库玛拉克河和阿克苏河干流为例,基于1957-2008年的径流序列,运用小波分析和R/S分析方法分析了阿克苏河径流过程的非线性特征,揭示了流域径流的变化规律,得出以下结论:①库玛拉克河、托什干河及阿克苏河干流的年径流序列均呈增加的趋势,且都以20世纪80年代后期为分界点分为两个阶段:前期径流较少,处于枯水期;后期径流较多,处于丰水期。②阿克苏河流域年径流量变化存在较长周期,长周期中又包含着短周期;其中,18 a和22 a的周期贯穿于整个时间序列,为流域径流的第一主周期。③流域内三条河流各个时段径流量的Hurst指数值几乎都大于0.5,表明流域径流的时间序列具有长期持续的特征;从各条河流最后一个时段的Hurst指数可以推断,在2008年后的一段时间里流域径流量将会继续保持增加趋势。     

气候变化对阿克苏河流域径流过程的影响

结合阿克苏河源流山区两气象站以及出山口两水文站近50 a的气象、 水文实测资料,运用非参数Mann-Kendall单调趋势检验、 突变检验、 方差分析外推、 R/S分析及周期性叠加趋势模型等方法,分析了阿克苏河源流区气候及径流变化的趋势和周期,并予以预测,探讨了气候变化对径流的影响量。结果表明:阿克苏河源流区气温、 降水量及径流量皆呈显著增加趋势,且分别在1989、 1985和1993年发生了显著的增多跃变;气候因子与径流量的Hurst指数均大于0.5,表明其未来仍将保持增加趋势,在2010-2016年径流量的相对最大值和最小值将分别为91.822×10⁸ m³(2014年)和83.43×10⁸ m³(2011年);阿克苏河径流量在整个时间序列存在25 a的准周期,但在突变前以17 a周期为主;气候变化使得阿克苏河源流在1994-2007年增加了224.97×10⁸ m³的来水量,年增加量的最大、 最小值分别出现在2003年和2004年。     

具有趋势变异的非一致性东江流域洪水序列频率计算研究

世界众多江河洪水序列形成的环境背景“一致性”已不复存在,传统极值流量分析的“极值理论”需修正。东江流域变化环境后,龙川和河源站年最大日流量序列M-K检验通过0.01 显著水平,呈下降趋势。采用时间变化矩模型对年最大日流量序列作非一致性处理,选择5 种分布线型、8 种趋势模型共40 种模型进行比较。结果表明,龙川站对数正态分布搭配CP趋势（均值和标准差相关且具有抛物线趋势）模型、河源站Gumbel分布搭配CP趋势模型拟合效果最优。水文情势变化后,传统洪水重现期概念应该被修正。基于传统频率分析方法得到的100 a 一遇洪水设计值,均表现出其重现期由水利工程建设前小于100 a 一遇变化到2000 年后的大于400 a 一遇,而非100 a 一遇。若仍采用传统方法计算,两站均会高估设计洪水量级。非一致性背景下,推荐考虑现状时间基点下的洪水设计值。     

长江上游径流量变化及其与影响因子关系分析

利用长江上游直门达水文站1963～2001年径流量及同期该流域气象资料,分析了长江上游径流量变化规律及其影响因子。研究表明:近40年来长江上游径流量呈减少趋势,其中以秋季径流量减少最为明显;长江上游流域夏季降水量减少、年平均气温升高和蒸发增大引起的气候干旱化趋势是造成径流量减少的主要原因,其中降水量是影响径流量的最主要因子;夏季降水量的减少与秋季径流量的减少关系密切,而秋季径流量的减少最终影响到了年径流量的减少。     

1957-2007年新疆天山山区气候变化对径流的影响

利用天山山区1957-2007年的气温、降水量及径流数据,借助非参数检验、小波变换等方法分析了天山山区气温、降水量及年径流量的变化趋势及多时间尺度相关。结果表明:玛纳斯河与塔里木河源流区年径流量、气温与降水量均呈显著增加趋势;在年代际上,塔里木河源流区气温存在11、18和22 a的主周期,降水量存在10、20与22 a的主周期;玛纳斯河气温在10与22 a处存在明显周期,降水量在20与22 a处周期性明显;同时,两源流区气温和降水量皆存在3~6 a的年际周期变化;塔里木河年径流量、气温和降水量的突变点分别发生在1993、1993和1992年,而玛纳斯河分别在1995、1988与1996年发生显著性突变;两流域源流区年径流量与气候因子存在显著的多时间尺度相关关系。     

高原内陆河流域气候水文突变与生态演变规律——以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为例

以内蒙古锡林河和巴拉格尔河流域为研究对象,利用数理统计、Mann-Kendall突变检验、气候倾向法、克里金空间插值等方法,综合遥感信息解译,辨析近55a不同高原内陆河流域气温-降水-径流突变与生态演变规律,结果表明：锡林河流域干旱程度较巴拉格尔河流域剧烈,气温总体偏高,降水量、径流深偏枯,降水、径流天数偏少,且径流系数偏低;锡林河流域气温增温趋势较显著,气温突变较早,两地增温速率均大于0.2℃/10a;在年尺度,两地径流系数、降水量、径流量的突变时间、顺序、驱动因素和突变前后变化量存在较大差异;在季节尺度,两地降水空间分布差异较大;两地NDVI最大值与冬季降水分布特征趋同,均分布于上游河谷区.     

基于变点识别的区域河川径流量特征值变异研究

基于变点原理,运用最大似然比和西沃兹信息标准方法,对广东省4种径流量序列进行均值变点和方差变点的识别,研究存在变点的河川径流量序列、时间位置、空间分布及变点后的特征值变化状况,以揭示广东省河川径流量时空变异特点。结果发现:广东省河川年径流量和汛期径流量序列的一致性较好,而枯期径流量和最小月径流量序列的特征值变点具有普遍性,年均值明显增加,年际离散程度增大,时间位置主要为1972-1973年和1981年两个时间段。枯期径流量序列均值变点的典型地区主要为东江流域,方差变点的典型地区主要为北江流域、韩江流域、粤西地区和珠江三角洲;最小月径流序列主要为均值变点,典型地区有东江流域、韩江流域;而北江入珠江三角洲的河川径流量变异尤其典型,4种径流序列均存在均值变点和方差变点。     

秃尾河流域径流衰减驱动力因子分析

掌握流域径流演变规律,探讨其影响因子,对流域水资源合理开发利用和科学管理具有重要的意义。论文依据秃尾河流域1956—2010年径流、降水资料以及榆林站1956—2010年气温资料,采用高桥浩一郎公式计算了流域蒸散发量,利用Kendall秩次检验法分析了流域降雨、径流和蒸发的趋势演变特性;采用主成分分析法研究了多因子对流域径流衰减的影响;建立了径流衰减量与主要影响因子之间的统计模型。结果表明：1）流域径流量呈显著减少趋势,而蒸发量和降水量减少趋势不显著;2）在径流衰减驱动力因子中,人类活动因子权重为71.1%,而气候因子权重为28.9%,各驱动力因子对径流衰减的贡献率由大到小依次为：林草>梯田>坝地>流域用水量>年降水量>年蒸发量;3）径流衰减量与林草、梯田的指数回归模型能较好地反映径流衰减量与驱动力因子之间的定量关系,可以为流域治理和水资源开发利用提供科学依据。     

基于USLE的东江流域土壤侵蚀量估算

基于通用土壤流失方程(USLE),运用遥感和地理信息技术,对东江流域年均土壤侵蚀量进行估算。结果表明:东江流域年均土壤侵蚀总量为16.2×108t,土壤侵蚀模数为18.73t/(hm2.a),侵蚀强度属轻度。占流域面积94.62%的区域土壤侵蚀强度在中度以下,对流域土壤侵蚀量的贡献率为9.94%,而占流域面积仅5.38%的中度以上侵蚀区域对流域土壤侵蚀量的贡献率达90.06%。流域土壤侵蚀空间差异性大,分析土壤侵蚀与土地利用类型和坡度之间的关系表明:裸地和灌草地为区内主要侵蚀地带,土壤侵蚀模数随着坡度的递增呈先增加后减小的趋势,5°~25°为区内主要土壤侵蚀坡度段。通过以上研究分析以期为构建东江流域水生态功能分区指标体系提供科学依据。     

黄河上中游天然径流多时间尺度变化及动因分析

运用小波分析等方法对黄河上中游天然径流序列进行了分析,揭示了河川径流多时间尺度变化规律,并对径流在不同时间尺度上变化的影响因素进行了探讨。研究结果对于认识黄河径流的变化规律、开发利用管理黄河水资源有着重要的意义。     

近50a来珠江流域降水变化趋势分析

全球气候变化和人类活动影响下,近年来珠江流域降水时空分布变化显著。论文利用珠江流域62 个站点1959—2009 年逐日降水序列,选取Mann-Kendall 统计检验方法和有序聚类法,研究了该流域16 个降水特征指数的趋势变化和变异特征,得到如下结论：①流域全年、春季、冬季降水量呈微弱上升趋势,秋季降水量为稳定下降趋势,夏季降水量无明显变化趋势。夏季降水变化趋势对全年降水变化趋势的空间分布影响最大,春秋次之,冬季最小;②流域春、冬两季降水占全年降水比例呈上升趋势,夏、秋两季降水占全年降水比例呈下降趋势;③流域全年降水日数和小雨日数呈显著下降趋势,中雨日数没有明显变化趋势,大雨、暴雨日数和95 百分位值降水日数均呈上升趋势。全年、小雨和暴雨降水日数显著突变时段发生在20 世纪90 年代初;④流域日平均降水量呈稳定上升趋势,降水时段趋于集中化。     

新疆玛纳斯河径流过程的非线性特征

结合玛纳斯河肯斯瓦特水文站1954-2007年的逐月径流及流域内气候资料,利用小波多尺度分析、混沌理论与周期性叠加趋势模型研究了玛纳斯河径流的非线性特征及影响因素。结论如下:①玛纳斯河径流变化的周期分别在15、18和22 a,并在18 a处最为显著;②玛纳斯河径流变化呈现复杂的非线性特征,其关联维为3.317 8,是非整数,这意味着其径流变化具有分形和混沌特性;③根据周期性叠加趋势模型,2007年后的7 a内玛纳斯河径流仍将保持上升趋势;④玛纳斯河径流与NAO关系密切,在夏季表现为负相关且相关性最强,其次在冬季为较强的正相关,在全年关联性最差,并且两者存在多尺度的复杂相关性;⑤NAO通过气流循环影响该流域的气候变化进而作用于径流。