近60年来气候变化和人类活动对长江中下游水文情势影响定量评价

为了定量评价长江中下游近60年来水文情势变化,运用Mann-Kendall非参数检验、均值差异T检验法对长江中下游宜昌、汉口和大通3个水文站1954～2016年径流量进行趋势和突变检验,采用累积量斜率变化率法,定量评估长江中下游气候变化和人类活动对径流量变化的影响,并运用RVA法对径流量突变前后32个水文指标改变度进行定量评价.研究结果表明:(1)长江中下游宜昌站和汉口站年径流量呈减少趋势,大通站年径流量总体呈增加趋势,总体变化趋势不显著,径流突变点分别发生在2002、2005和2006年,总体上与三峡水库蓄水时间相符;(2)三峡水库蓄水主要影响长江中下游径流年内变化,尤其是对年极值影响最大,且随着距离水库的增加,影响减弱;(3)宜昌、汉口和大通水文站水文改变度分别为55％、46％和32％,长江中下游河流水文情势总体上属于中高度改变;(4)气候变化占对中下游径流量改变贡献程度的70％左右,人类用水以及水库蓄水等人类活动贡献程度约占30％,气候变化是导致长江中下游年径流量发生改变的主导因素.     

长江入海水沙通量变化过程分析及变化趋势

针对河流入海水沙通量变化问题，以长江为研究对象，基于1950~2017年大通站及各组分实测水沙和降雨量数据，在分析入海水沙和各组分变化过程及各组分贡献比例的基础上，确定主要贡献组分，进而预测入海水沙通量的变化趋势。结果表明：（1）各组分年径流量和降雨量的多年变化均不大，使得大通站入海年径流量多年变化不大，宜昌站对入海年径流量的贡献比例为48%。（2）大通站入海流量年内分配过程逐渐坦化，其中宜昌站为主要贡献组分，洪枯季平均贡献比例分别为233.79%和80.36%；宜昌站的主要贡献作用体现了其上游梯级水库群对大通站入海流量过程的调平效应。（3）流域水库建设将使得大通站入海流量过程坦化和年径流量稳定的趋势得以维持。（4）大通站年入海沙量自1985年起显著减少，三峡水库蓄水前大通站泥沙主要来自宜昌，其贡献比例为116.04%，三峡水库蓄水后，大通站泥沙主要来自宜昌—大通区间的河床补给，其贡献比例为53.29%；水库下游河床补给逐渐减少和水库淤积平衡时间延长将使得大通站多年平均入海沙量在较长时期内（>300年）不超过1.5×108 t/a。     

基于IHA-RVA法三峡水库下游河流生态水文情势评价

水文情势变化是影响河流生态系统结构功能的主要驱动力。为了定量评价三峡水库下游河流生态水文情势变化,选取三峡水库下游宜昌水文站(1952～2014年)逐日流量数据,采用Mann-Kendall法、累积距平法和滑动T检验法进行流量特征分析,并应用生态水文指标变化范围法(IHA-RVA)以及水文改变度法综合评价了三峡大坝下游宜昌江段生态水文情势变化及其对重要鱼类中华鲟和四大家鱼产卵繁殖影响。结果表明:(1)宜昌站年均流量总体呈现显著性减少趋势,突变年份出现在2003年,表明三峡水库对长江中下游河流水文影响显著;(2)通过对三峡水库蓄水前后宜昌站生态水文指标分析,宜昌水文站整体水文改变度为61%左右,属于中度改变,接近于高度改变;其中流量下降率和逆转次数受影响最为明显;(3)三峡水库蓄水运行在一定程度改变了下游河流生态水文情势,重要鱼类产卵场生境条件发生了改变,导致了长江中下游鱼类生物多样性呈下降趋势。该研究为长江上游河流生态保护以及开展水库生态调度提供了参考。     

三峡对长江中下游干流汛末水位影响——2006~2011年实例模拟

为了阐明三峡水库调节对长江中下游汛末水位的影响，基于2006～2011年三峡试验性蓄水实例，采用长江中游江湖耦合模型定量解析了近6年因三峡水量调节直接引起的长江中下游水位变化分量。结果表明，三峡使长江中下游汛末水位提前快速消落，枯水提前约半月余；螺山、汉口和大通三站汛末水位因三峡的水量调节而分别下降07，06和041 m。水位频率分布有明显变化，汛末中高水位区间内频率有所下降，而低水位频率则升高。三峡工程建成运行后每年汛末将集中蓄水，长江中下游供水量减少必成为常态。汛末水位的这些趋势性变化可能会对水资源利用和湿地生态造成影响，值得关注     

三峡蓄水前后宜昌–城陵矶水情多尺度变化特征分析

采用Morlet小波分解重构和频谱分析等方法,对宜昌、枝城、沙市、监利和城陵矶1997~2014年水位和流量及三峡水库2003~2014年入库、出库流量和库水位数据进行了统计分析,探究了各水文站在三峡建坝前后水情的变化特征及原因。结果表明:各观测站的水位和流量沿程递减,水位的年内波动处同一水平,研究河段内上游河段流量年内和年际变化比下游河段剧烈;各水文站水位和流量变化的显著周期为6.05、11.78、21.2、30.29和53个月,各水文站水位1 a周期变化幅度均在2 m以上,其他周期上的变化幅度为0.08~0.82 m;三峡水库蓄水活动对下游水文站水位和流量等水情的影响有限,主要反映在对水情趋势项的影响上,三峡大坝蓄水后,各水文站水位和流量受到一定程度影响,呈波动性递减变化。     

近40年来长江流域水沙变化趋势及可能影响因素探讨

利用Mann Kendall方法,分析了近40年长江流域主要水文站点（长江干流水文站：屏山站、宜昌站、汉口站与大通站;支流水文站：嘉陵江的北碚站和汉江的皇庄站）的流量及输沙率的变化特征。结果表明：①长江流域流量与输沙量变化受人类活动（土地利用、水利设施建设等）与自然因素（如降水的时空变化）综合因素影响,变化趋势表现出复杂性,上、中、下游各有特点;②长江流域屏山站以上流域输沙率有上升趋势（1~5月份上升趋势达到95%的置信度水平）,这与上游河床坡度较大,使泥沙不易沉积以及暴雨与降水增加有关;③长江中下游输沙呈显著下降趋势。计算结果表明,宜昌-汉口河段是长江流域泥沙主要沉积区,加上葛州坝与三峡工程的建成与投入使用,从而进一步使中下游输沙量呈下降趋势。由于下游降水增加,使下游径流量自1980s以来有微弱上升趋势,但未达到95%的置信度水平,中上游流量变化不显著。对上、中、下游人为因素与自然因素对流域流量与输沙量的变化贡献率方面需要做进一步的研究。     

三峡工程蓄水运用对长江口径流来沙的影响

三峡工程蓄水运用后,下游来沙量大大减少,直接影响长江口的径流来沙量。依据实测资料,统计计算了宜昌、大通及中间水文站各粒径组泥沙多年平均输沙量。考虑到沿程冲淤变化及区间支流来沙,建立了上下游水文站各粒径组泥沙输沙量之间的对应关系,初步探讨了宜昌和大通两站不同粒径组泥沙输沙量之间的关系。在此基础上,根据一维数学模型的计算结果,分析了三峡工程蓄水后宜昌站各粒径组泥沙的来沙量的减少及大通站各粒径组泥沙输沙量相应的变化。结果表明：在输沙总量上,大通站输沙量中的70％来自宜昌上游河道,其余的则来自区间的补充;如果考虑不同粒径组,则细颗粒对上游来沙的依赖程度高于中等粒径泥沙,三峡建库后,在不考虑沿程冲刷恢复的条件下,宜昌上游来沙量减少了71.7%,通过大通站的输沙量较建库前减少了40％;其中细颗粒减少的程度低于中等粒径颗粒。     

三峡工程运用对鄱阳湖水资源利用影响分析

三峡工程是我国有史以来建设的最大型的工程项目，具有防洪、发电、航运等方面巨大的经济和社会效益。然而，三峡工程的运用不可避免地会对原有江河湖泊水文情势产生一定影响。通过建立长江中下游（宜昌~大通）水沙模拟模型，定量分析了三峡工程运用对鄱阳湖水位的影响。三峡水库蓄水期（9月中下旬~11月），三峡水库下泄流量比水库运用前减少3 000~6 000 m3/s，湖区各站水位最大降幅为07~19 m，平均降幅04~09 m。以此为基础，通过典型调查分析了三峡水库蓄水对鄱阳湖区农田灌溉用水和城镇供水的影响，提出了消除或降低影响的对策措施。研究结果可为鄱阳湖及长江中下游地区经济社会可持续发展和鄱阳湖综合治理提供科学依据和技术支撑     

近60 a来长江干流输沙量变化及原因分析

根据长江干流宜昌、汉口、大通3个站点1954~2013年的输沙量数据，采用有序聚类和泥沙归因诊断分析等方法分析了3个站点输沙量时间序列的跳跃点以及降水、产流、产沙等各因素在输沙量变化中的贡献和作用。分析结果表明：3个站点的输沙量均存在明显的跳跃点，在跳跃点前后，输沙量出现较大幅度的下降，产沙能力的下降对输沙量比例变化率的贡献超过90%。人类活动造成的水库总库容量变化和长江流域植被覆盖度变化是造成长江干流输沙量变化的主要原因。结果表明：1985~2000年相比1954~1984年输沙量下降的585%、2001~2013年相比1985~2000年输沙量下降的831%是由于水库建设所造成。研究时段内流域植被覆盖度呈现先下降后上升的趋势。与1954~1984年相比，1985~2000年长江流域植被覆盖度下降，造成的输沙量变化为输沙量实际下降的 -436%，与1985~2000年相比，2001~2013年长江流域植被覆盖度上升，造成的输沙量下降贡献了输沙量实际下降的180%。 关键词： 长江；输沙量；突变点；人类活动     

三峡水库蓄水期不同调度方案对洞庭湖出口水位的影响

洞庭湖水情受到长江和四水的综合影响，因此三峡水库蓄水运行必将对洞庭湖出口水位产生影响。通过构建模型对洞庭湖出口的水位过程进行模拟，以三峡出库日均流量、洞庭湖四水合成日均流量为输入，城陵矶站日水位过程为输出，以量化和分析城陵矶水位变化受三峡水库调度的影响。通过三峡入库流量代替出库流量，还原自然状态下的水位过程，并根据各调度方案计算的出库流量模拟各调度方案下城陵矶的水位变化过程。对比各调度方案下三峡水库蓄泄水对洞庭湖出口水位的影响可以发现：各蓄水方案对洞庭湖出口水位都造成了一定的影响，起蓄时间较早的方案影响时间较长，整体上平均水位变化也较大，但起蓄后水位变化较为平缓；起蓄时间较晚的方案影响时间较短，整体上平均水位变化相对较小，但起蓄后水位变化较为剧烈。考虑到不同年份和不同来水类型情况对洞庭湖出口水位的影响存在差异，各蓄水方案的优劣需要具体分析和讨论     

长江口徐六泾水沙过程对流域的响应研究

以长江口徐六泾断面2009年实测水沙数据为基础，分析了其水沙特征，重点研究了三峡蓄水及长江流域旱情对徐六泾节点径流、潮位和泥沙过程的影响。结果表明：观测期间寸滩站以上流域来水减少、三峡蓄水和中下游干旱共同导致进入河口的径流量减少，各自造成的影响权重分别为38%、13%和49%。与蓄水前相比，蓄水期间徐六泾涨潮历时增加05 h，落潮历时减少05 h，潮差增大约04 m；涨潮平均流速增加35%~126%，落潮平均流速浅滩处基本不变，而深槽处减幅约为22%；蓄水期间涨落潮历时、流速流向等特征由不对称趋于较对称，说明徐六泾的水动力特征对径流减少的响应敏感。伴随径流减少，徐六泾含沙量由蓄水前的0129 kg/m3大幅下降至蓄水期间的0052 3 kg/m3，悬沙中值粒径则由3 μm增大到5 μm。综合得知进入河口徐六泾断面的水沙过程受到流域人类活动和自然条件改变的双重影响     

长江下游铁板洲洲头冲淤变化规律

长江下游是典型的分汊型河道，其江心洲的洲头正面临清水冲刷蚀退的严峻形势，如大通河段的铁板洲。基于大通水文站年均水沙数据（1956~2014年），选取铁板洲的遥感影像（1998~2016年）和实测地形数据（2004~2011年），并采用MIKE21 FM模拟铁板洲河段的水动力变化，分析近20年大通站年际及年内水沙变化、铁板洲的形态变化、洲头冲淤变化及主控因素。2003年后长江下游年均径流量变化较小，年均输沙量比2003年之前锐减67.4%。铁板洲受到低含沙水流的冲刷，洲头显著蚀退，其体积从163.57万m3（2004年）萎缩至68.84万m3（2011年），且年均蚀退率由8.88%（2004~2008年）增至11.57%（2008~2011年）。水动力模拟表明来流量增大对洲头的冲刷作用更加剧烈，即铁板洲在洪水期受到的冲刷大于枯水期。由于洲头的逆坡和阻挡作用，铁板洲洲头上游沿程流速不断减小并在洲头前缘岸边急剧降至零，最大流速出现在洲头左侧，使得其左侧成为主要蚀退区。     

湖南省四水流域水沙周期特征及其影响因素分析

采用复小波变换和M K非参数检验的方法分析了湖南省四水流域主要控制站1951~2011年径流量与输沙量周期规律和突变特征。结果表明：(1)湖南四水径流量存在多个波动增加和波动减少的波动变化现象，但无显著变化趋势；而输沙量虽然有一定的波动，但总体上呈波动减少变化态势，而且下降趋势较显著;(2)湘潭站、桃江站和桃源站径流量和输沙量存在20~25 a的第一主周期，而石门站径流量和输沙量的第一主周期不具有一致性，径流量主周期为2 a，输沙量主周期为13 a，但其径流量和输沙量第二、三主周期变化规律相吻合，均为3~5 a的周期;(3)大量的水利工程建设是导致输沙量减少的主要原因，径流量的变化与降水的变化规律较为一致     

卫星遥感洞庭湖主汛期水体时空变化特征及影响因子分析

基于1989~2011年的长时间序列卫星遥感数据,利用综合水体信息提取方法提取了洞庭湖区6~9月主汛期的水体信息,通过较高分辨率卫星遥感数据验证,水体面积提取精度达到90%以上。洞庭湖年平均径流入湖量、NCEP再分析资料计算的湖体上空和流域累计月平均降水量分别与水体面积变化的关系进行分析,结果表明: 1989~2011年间洞庭湖水体面积最大值主要分布在7和8月,这两个月也是洞庭湖区域发生洪涝灾情的高风险期;洞庭湖水体面积与年平均径流入湖水量的相关系数为0.67(置信度为95%);2003年以前,洞庭湖主汛期间水体面积波动比较大,2003年三峡水库运行后,洞庭湖的面积波动有所减少;洞庭湖上空累计月平均降水量对于水体面积存在正相关性,相关系数为0.68(置信度为99%);2003年以前,洞庭湖流域累计月平均降水量和水体面积相关系数为0.50(置信度为90%),2003年三峡水库运行后,两者相关性有所减弱。     

三峡库区坡地果园间植草篱的水土保持效应

坡地果园水土流失对三峡库区生态环境和农业可持续性发展构成双重压力。以皇竹草篱为纽带间植于坡地果园营建复合生态模式,对草篱拦蓄泥沙、径流的效应进行了长期观测。结果表明：草篱间植的应用能有效减少坡地果园的水土流失,尤以侵蚀量减少更为显著,与传统果园经营模式相比,径流量减少了5871%~6574%,侵蚀量减少了7070%~7792%。同时,草篱间植的应用对减少养分的流失总量效果也相当显著,对减少库区面源污染,保持和提高坡地果园的土地生产力具有重要作用,为三峡库区坡地果园的利用与保护提供了技术与模式支撑。     

2006年长江特枯径流特征及其原因初探

2006年长江流域出现了百年罕见的特大枯水,对长江流域用水和生态环境都产生了深远影响。使用2006年长江干支流主要水文站水情资料和长江流域气象资料,并同时考虑了三峡蓄水的影响,分析了2006年长江径流过程特征及其原因。研究发现,2006年长江径流量减少主要是汛期径流量显著减少所致,表现出“汛期特枯”的特点。径流量和水位最大降幅都出现在8~9月份,各站径流量最大减幅都超过50％,水位汛期也有显著下降。洞庭湖、汉江与历史同期相比,汛期来水也明显偏小;而鄱阳湖来水略丰,对干流枯水起到一定的缓和作用。7、8月份长江上游区（特别是屏山至宜昌区间）降水少气温高是形成长江汛期特枯的主要原因。气象变化与径流变化存在较好的对应关系。三峡蓄水使2006年10月宜昌站径流量减少了一半左右,而对10~11月大通径流减少影响率为187％。     

三峡库区不同退耕还林模式水土流失特征及其影响因子

三峡库区为国家水土保持重点防治区，土地利用/覆盖变化（LUCC）与水土流失的关系已成为水土流失治理研究的关注重点之一，退耕还林工程的水土保持效益对于库区生态环境的建设具有重要意义。通过对库区典型退耕还林模式的水土流失的监测，分析其不同降雨条件下水土流失特征及影响因子，结果标明：（1）退耕还林后库区的水土流失问题得到了有效控制，退耕还林后各土地利用类型的年地表径流量下降了70%~95%，泥沙流失量则比农田降低了97%以上，其中乔木林和竹林对水土保持的效果最为理想；（2）退耕还林后各土地利用类型年地表径流量与降雨量呈较好的指数关系，随着降雨量的增加而增加。除农田和板栗林外，各土地利用类型年地表径流量与雨强关系不显著；（3）泥沙流失量与降雨量和降雨强度的关系均不显著；（4）各土地利用类型地表径流的80%以上，泥沙流失量的95%以上都是发生在暴雨条件下，暴雨事件成为库区水土流失的主要气候影响因素；（5）凋落物层盖度是控制退耕还林各模式地表径流的主要因素，各土地利用类型的年地表径流量均随着凋落物层盖度的增加而显著降低