基于DFA的无定河径流长期变化趋势及持续性研究

河川径流量的变化对水资源的开发利用和国民经济的发展具有很大的影响。采用Ko1mogorov-Smirnov检验方法对无定河流域两个主要水文站赵石窑站和白家川站逐月径流量序列进行正态性检验,在此基础上运用DFA分析方法,估算两站时间序列的α标度指数,预测该流域径流量的未来变化趋势及其持续性,并采用随机重排法对估算结果进行了稳定性检验。分析结果显示:赵石窑和白家川两站径流时间序列的α标度指数分别为0.52和0.56,均大于0.5,径流时间序列表现为较强的长程依赖性,表明无定河流域在过去近50a内径流量的总体上呈下降趋势,在未来一段时间内,还将持续一段时间。对原时间序列随机重排后,两站月径流序列的α标度指数都变小,分别为0.48和0.49,接近于0.5,进一步证明原序列确实存在着标度不变性。研究结果对流域的水资源规划、管理与合理利用有帮助。     

气温变化对西南山区流域森林水文效应影响的模拟

为了揭示气温变化对西南山区流域森林水文效应的影响,用生物物理/动态植被模型SSiB4/TRIFFID与流域地形指数水文模型TOPMODEL的耦合模型SSiB4T/TRIFFID模拟了西南山区长江上游梭磨河流域森林水文效应对气温变化的响应,分析了气温变化对植被不同演替阶段的流域总径流和总蒸发以及冠层截流蒸发、植被蒸腾和土壤蒸发的影响。结果表明,（1）梭磨河流域森林（常绿针叶林）蒸腾与草和灌木差异小,森林蒸腾潜热比草和灌木仅高1~4 W.m-2,森林冠层截留蒸发高于草和灌木,但土壤蒸发明显低于草和灌木覆盖,森林覆盖流域总蒸发低于草和灌木覆盖甚至低于裸土蒸发,因此增加了流域总径流量,但森林增加径流的作用随土壤蒸发的减小而减小。（2）气温减小1℃将通过减小森林冠层截留蒸发和蒸腾而使森林增加流域总径流量的作用增加;相反,气温增加将增加森林冠层截留蒸发和蒸腾而使森林增加总径流量的作用减小。（3）当温度增加4℃,由于森林总蒸发较草和灌木明显增加,对于较高的土壤蒸发,森林增加总径流量的作用已不明显;对于较低的土壤蒸发,森林减小了流域总径流量。     

陕北窟野河年径流变化特征分析与诊断

利用窟野河温家川站1961—2010年的流量资料,采用滑动平均法、距平累积法分析了近50 a来径流序列的变化特征,采用Mann-Kendall检验法和滑动t检验法确定了径流序列的突变点,并将各种方法得出的径流变化特征及突变时间进行分析和对比,初步讨论造成径流变化的主要原因。结果表明,窟野河近50 a来流量明显减少,径流时间序列可以大致划分为1961—1979、1980—1998和1999—2010年3个时期,人类活动特别是21世纪以来煤炭资源的大规模开采对窟野河流量减少有重要影响。     

基于MIKESHE模型的潮河流域土地利用与降水变化对水文的影响评价

运用多测站校正检验机制率定方法,应用MIKESHE模型量化评价土地利用与降水变化对流域水文的影响。结果表明,尽管MIKESHE模型在流域上游大阁站的模拟性能稍逊于下会站和戴营站,3个测站校正和验证阶段的Nash-sutchliffe系数值分别为0.56和0.49、0.65和0.69、0.57和0.68,但模型对于各测站平均径流的模拟效果较好,说明该模型在潮河流域等华北土石山区具有一定的适用性和应用潜力。与基准期(1963—1979年)相比,1980—1989年潮河流域年径流量减少约22 mm,土地利用与降水变化对流域水文变化的贡献相当,两者分别占总径流变化的59%和41%;1990—1999年年径流量较基准期基本没有变化,这主要是由于降水变化与土地利用变化对流域水文的影响作用相反;2000—2008年,流域年径流量较基准期减少35 mm,降水变化对径流减少的影响作用占80%,土地利用变化则占20%。     

树轮记录的古浪河158a以来5—7月径流变化

探讨全球变暖背景下西北地区内陆河的历史径流变化特征,有助于认识区域水文气候变化过程及其变化规律,为西北地区内陆河农业的可持续发展和区域水资源合理规划利用提供参考。以腾格里沙漠东南缘古浪河为研究对象,利用沙漠东南缘昌岭山自然保护区油松树轮宽度资料,建立差值年表,分析树木径向生长与流域径流之间的关系,重建了昌岭山地区古浪河158 a以来5—7月河流径流变化历史,并对其径流变化特征进行分析。结果表明:重建方程的方差解释量为50.9%,调整方差为49%,交叉检验参数结果表明转换方程是稳定可靠的;古浪河158 a以来5—7月河流径流变化经历了3个丰水期、4个枯水期和12个平水期,且河流丰枯水期与历史记载的洪涝和干旱时间较为一致;158 a来河流特丰水年占总年份的23%,偏丰水年多于偏枯水年3%,特丰水年和偏丰水年占43%,特枯水年和偏枯水年占39%,表明古浪河158 a以来5—7月河流径流变化较大;河流径流具有110、60、11 a以及4—5 a周期,4—5 a周期与ENSO变化周期一致,11、60、110 a周期与太阳活动周期相关,说明古浪河径流对全球大尺度气候变化具有一定程度的响应。     

广东省枯水径流时间演化规律的研究

枯水径流时间演化规律研究的内容非常广泛,如枯水径流发生的时间、频率分布、趋势和周期分析等,但从研究现状来看,处在丰水地区的广东省对枯水径流时间演化规律的研究还十分少见,因此文章根据广东省枯水所具备的特点,选取枯水径流发生时间和频率分布两个方面进行了研究。首先选取1956—2000年广东省境内8大水系上各控制站点的最小月径流量,采用统计分析的方法,对各站最小月径流量发生时间规律进行了研究,结果表明,广东省内出现最小月径流量的大多数月份是2月,占总统计月份数的32.3%,其次为12月、1月和3月;其次选取较为典型的西枝江流域九洲站1959—2002年44年间的实测径流最小日流量资料,分别采用两参数对数正态、P-Ⅲ型、对数P-Ⅲ型和耿贝尔型四种分布曲线进行适线,结果表明,P-Ⅲ型最为符合年最小日流量频率分布。     

一种基于三维指标因子的流域多年径流丰枯k-means聚类法

径流丰枯聚类研究的传统方法多建立在年径流量的单一指标之上,容易导致分析的片面化。针对这个问题,提出了衡量流域多年径流丰枯状态的三维指标因子及权重,将其耦合到k-means聚类法的相似度计算与收敛分析中,在此基础上对对多年径流进行丰枯聚类,构建了一种基于三维指标因子的流域多年径流丰枯k-means聚类法。以该方法对广东省鉴江流域下游化州站1956—2006年的径流系列进行聚类分析,并与基于年径流量单一指标的k-means聚类方法进行对比,结果表明该方法是较全面且符合实际的。     

基于SSiB4T/TRIFFID模拟的森林植被与流域径流量关系研究

为了揭示森林植被与流域径流量关系的空间分异规律,用生物物理/动态植被模式SSiB4/TRIFFID与流域水文模型TOPMODEL的耦合模式SSiB4T/TRIFFID进行青弋江流域和西南亚高山区的梭磨河流域各种气候情景的植被演替和碳水循环模拟。根据模拟结果并结合森林集水区试验结果,分析森林植被对流域径流量的影响。模拟结果表明,不存在水分胁迫时,在草地、灌木和森林3种植被类型中,森林蒸腾、冠层截留蒸发、蒸散和叶面积指数对温度变化最敏感;存在水分胁迫时,森林蒸腾、冠层截留蒸发、蒸散和叶面积指数对降水的变化最敏感。控制试验结果表明,青弋江流域阔叶林在植被向平衡态演替过程中取得支配地位,森林、灌木和草地蒸散分别为742.2、588.6和546.2 mm·a~(-1),森林蒸散明显大于灌木和草地,森林减小了径流量。梭磨河流域针叶林在植被向平衡态演替过程中取得支配地位,森林、苔原灌木和草地蒸散分别为387.8、444.3和387.5 mm·a~(-1),森林蒸散低于苔原灌木,森林增加了径流量。但随着温度增加,由于森林蒸散增加幅度明显大于苔原灌木和C3草地,森林蒸散逐渐大于苔原灌木,森林从增加径流量转变为减小径流量。对于湿润地区,随着温度增加,森林从增加径流量转变为对径流量没有明显影响和减小径流量。对于半湿润和半干旱地区,随着降水的减小,森林蒸散减小幅度明显大于灌木和草地,森林对径流量的影响随着降水量的减小而减小。气候的垂直地带性和水平地带性分布对森林植被与流域径流量关系的空间变化起着重要的控制作用。     

东江流域1959-2009年气候变化及其对径流的影响

依据东江流域21个气象站1959-2009年逐年平均降雨、蒸发、日照、湿度及气温等气象要素序列,选择常用的线性倾向估计及非参数M．K等趋势分析方法,分析了东江流域近50年来气温、降水、蒸发、日照及湿度等气象要素的变化趋势。选择降雨和蒸发两个气候要素两两组合,构成未来气候变动的36种假想情景,运用改进的SCS月模型模拟计算了顺天流域年径流量的变化幅度。结果表明：在过去的50年间,流域降雨量呈不显著增长,而气温则为显著上升,其他气候要素如蒸发、日照及湿度等均呈不同程度减少趋势;关联度分析表明降雨在所有气象要素中与径流的关联度为最大,说明了在东江流域降雨是径流量变化的主要驱动因子;未来流域降雨增加,蒸发减少的气候情景模式下,径流量会有所增加,反之亦然;由降雨变化引起的流域月径流量的增幅较由蒸发变化引起的相应流量的增幅变化大。     

官厅流域农田地表径流磷流失初探

农田径流和侵蚀泥沙是磷进入官厅水库的主要非点污染源。针对该流域夏季农田暴雨径流发生的典型情景进行模拟降雨径流试验，对该流域农田地表径流泥沙和磷流失进行了初步的研究，结果表明，本降雨过程径流累积泥沙产量为30．5l～2493．34g／m^2，受雨强、坡度和作物覆盖的影响明显；径流溶解态磷(DP)中绝大部分是生物可利用性磷(DRP)，径流平均DP、DRP浓度都远大于水体允许临界值0．02mg／L，对官厅水体存在直接污染危害。径流累积全磷(TP)流失达O．0439～2．0798g/m^2；估算的流域农田径流全磷(TP)流失水平达2．67kg／(hm^2．a)以上，其颗粒态占969，0以上，可能成为官厅水库浮游生物长期丰富的潜在可利用磷源。降低农田土壤速效磷水平、减少水土侵蚀，是控制库区水华季节性发生和复原库区水体富营养化状态的关键。     

基于水文学方法的珠江流域生态流量研究

珠江流域水资源丰富,但由于水体污染等原因,水质性缺水问题较为突出,区域水环境、水生态以及水安全等成为急需解决的重要科学问题。开展生态流量研究对于评价地表水文过程演变对区域水环境与水生态的影响具有重要理论意义,并为区域水资源优化配置和可持续开发利用提供科学依据。基于此,运用各种＂水文学＂方法（包括最小月平均流量法、改进的7Q10法、NGPRP法、逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法）对珠江流域11个主要水文控制站点的实测月径流量做了全面而系统的研究,分析珠江流域生态径流过程,并通过与Tennant法对比分析,选择逐月最小生态径流计算法和逐月频率计算法分别计算了各水文控制站的最小生态径流量和适宜生态径流量,除个别站点外,其评价结果分别处于Tennant法＂中＂和＂最佳＂的等级。对于逐月频率计算法中保证率的选取方法,研究表明各月径流系列均取50%最适合珠江流域。研究同时为仅利用水文资料中的多年逐月径流数据来确定生态需水提供了一种新的研究思路。     

三峡水库1956—2017年坝下径流特征分析

采用三峡水库坝下宜昌水文站1956—2017年日径流监测数据和长江上游80个国家气象站年均降水量长系列资料,利用一元线性分析法、滑动平均法、线性趋势回归法、非参数统计检验法、Mann-Kendall秩次相关、累积距平法和滑动T检验法分析三峡工程运行前后坝下径流的变化特征,其成果可为三峡工程调度提供参考。结果表明:三峡水库坝下宜昌水文站径流量变化趋势具有显著阶段性。三峡水库蓄水运行前宜昌水文站径流量和上游降水量相关性超过90%,该时期径流量主要受上游天然来水影响。三峡水库运行后,径流量主要受人类活动影响。宜昌水文站径流年际变化减少趋势不显著,长江上游降水量呈显著减少趋势。坝下径流量和上游降水量在2002年发生了突变且变化趋势相同,但径流量减少趋势不显著。径流年内分布发生了一定变化,其中汛期径流量占年径流总量百分比从72%下降到66%,枯期径流量占年径流量总量百分比从11%增加到15%。三峡工程调蓄是人类活动的直接表现,枯期宜昌水文站径流量增大是三峡工程生态效益的具体体现。     

黄河下游断流研究进展

介绍了黄河下游断流的发生特点、断流成因及断流对三角洲人民生产生活及对生态环境的影响三个方面的研究成果和进展。这些研究表明:黄河下游断流是自然与人为因素叠加所致,但主要影响因素为人类活动,而气候变化、源区生态环境恶化也是导致黄河径流减少的重要因子,但由气候变化引起的黄河径流量改变的百分比还未确定;黄河下游断流对河口海域生态系统、三角洲演变、工农业生产及城乡人民生活等方面都会产生影响,严重断流时会导致三角洲土地利用格局发生变化,并产生一系列生态问题。今后一段时间,要研究保障区域生态安全的生态用水量,合理利用黄河水量的丰枯周期,从根本上解决黄河下游的断流问题。     

Use of epilithic diatoms to evaluate water quality in the Karasu River of Turkey

Epilithic diatom assemblages were used to evaluate water quality in the Karasu River basin (Turkey), which was polluted by industrial, agricultural and urban wastes. A total of 73 diatom taxa belonging to 22 genera were found from all seven sampling stations located in the River basin. The most pollution tolerant species Gomphonema parvulum, Nitzchia palea, Navicula cryptocephala were found in high densities at the polluted stations. Organic load (COD), biological oxygen demand in 5 days (BOD5) and concentrations of nutrients NO3(-)-N, NO2(-)-N, NH4(+)-N and PO4(3-)-P) were correlated negatively with dissolved oxygen. Except for generic index of diatoms (GI), all diatom indices were correlated significantly with COD, BOD5 dissolved oxygen and concentrations of nutrients. Saprobity index (SI), trophic diatom index (TDI) and the percentage pollution tolerant valves values suggested that the stations III, IV located in the River basin were eutrophicated and organically polluted.     

Effects of climate change on surface water management of Seyhan basin,Turkey

The goal of this study was to set-up the basis for climate change adaptation of water resources management policies in Seyhan River basin. The first priority was to identify the balances between water resources and water users with respect to existing and planned projects. In this respect various aspects of Seyhan basin were evaluated, including evaluation of existing water resources, determination of water demand of existing and planned projects, and water resources supply-demand characteristics. The global climate change model was downscaled to the basin scale, the results were associated with hydrometeorological monitoring network and finally the impact of climate change on surface water resources and demands were determined for specific projection years. Water resources management scenarios were developed to evaluate adaptation alternatives to climate change scenarios at the basin level. It was determined that even though there was no water stress in Seyhan basin in 2010, many parts of the basin were expected to suffer significant shortages over the coming years.     

A warning from an ancient oasis: intensive human activities are leading to potential ecological and social catastrophe

The Shiyang River Basin is an inland river basin in the Hexi Corridor, Gansu Province, northwest China. Shiyang is the largest basin in terms of human population density and has the highest exploitation of water resources in the northwest. Serious water shortages constrain social and economic development, and the area has some of the worst ecological and environmental deterioration in China. From historical data and recent observations, we have analysed changes in water systems in the Minqin oasis, at the end of the river basin, and assessed impacts and consequences of a changing climate and intensive human activity. Historically, climate change has been the main cause of changes in the oasis. In the last 50 years, however, a major influence has been intense human activity in the basin. With increasing population (159% in 50 years), the amount of cultivated land has been greatly expanded (by 51%). Many reservoirs have been built by damming rivers and large-scale irrigation has been introduced in the middle reaches of the basin. The introduction of leakage-free canals and more extensive exploitation of underground water have further expanded the irrigated area. Water use by humans has exceeded the carrying capacity of the water resources of the basin, which has led to a dramatic shift in water allocation between the upper and lower reaches and a rapid drop in the water table in the Minqin oasis (by as much as 14 m). The oasis is shrinking, natural vegetation that relies on underground water is disappearing, and desertification is accelerating. An ancient oasis that can be traced back 2000 years is disappearing and this must be a warning sign for future generations.     

Rehabilitating China's Largest Inland River

Abstract:  Wetlands are particularly important for conserving China's biodiversity but riparian wetlands in the Tarim River basin in western China have been reduced by 46% during the last 3 decades. The world's largest habitat for Populus euphratica , which is in the Tarim River basin, significantly shrank. To protect and restore the deteriorated ecosystems along the Tarim River and its associated wetlands, China's government initiated a multimillion dollar river restoration project to release water from upper dams to the dried-up lower reaches of the Tarim River starting in 2000. We monitored the responses of groundwater and vegetation to water recharge in the lower reaches of the river from 2000 to 2006 by establishing nine 1000-m-long transects perpendicular to the river at intervals of 20–45 km along the 320-km river course below the Daxihaizi Reservoir, the source of water conveyance, to Lake Taitema, the terminus of the Tarim River. Water recharges from the Daxihaizi Reservoir to the lower reaches of the Tarim River significantly increased groundwater levels and vegetation coverage at all monitoring sites along the river. The mean canopy size of the endangered plant species P. euphratica doubled after 6 years of water recharge. Some rare migrating birds returned to rest on the restored wetlands in summer along the lower reaches of the Tarim River. The biggest challenge facing decision makers, however, is to balance water allocation and water rights between agricultural and natural ecosystems in a sustainable way. A large number of inhabitants in the Tarim Basin depend on these limited water resources for a living. At the same time, the endangered ecosystems need to be protected. Given the ecological, socioeconomic, and sociopolitical realities in the Tarim Basin, adaptive water policies and strategies are needed for water allocation in these areas of limited water resources.     

水文变异下东江流域枯水径流风险率分析

探求人类活动与气候变化对径流枯水风险的影响,对实现区域经济与环境的可持续发展有着重要的意义。以东江流域为例,通过对相对关联距离熵Hd辨识水文系统状态的跳跃,识别水文变异点,采用信息扩散风险分析模型评估径流的枯水风险率,分析径流枯水风险率在水文变异前后的变化趋势及演变情势。研究结果表明：东江流域在1972-1973年发生水文变异,与东江上游枫树坝建设运行时间基本一致。枯水风险率大于0.8的年份皆发生强厄尔尼诺事件,表明了厄尔尼诺现象出现时,当年东江流域月径流量普遍发生减少。在水文变异后,径流的枯水风险率降低,但变化幅度更加剧烈,同时枯水径流的风险率与降雨的相关性减弱,但与降雨的相关性还是超过0.9,这些都揭示了径流在水文变异后在主要受到气候变化影响的同时,越来越受到水利工程的调节作用的影响。研究成果可为流域综合管理部门决策提供参考。