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.     

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     

长江上游重庆段径流变化归因分析

近年来,受气候变化和人类活动的双重影响,长江上游重庆段的年径流量持续减少。首先利用MASH移动窗口滑动平均法分析重庆市长江干流寸滩、北碚和武隆3个主要水文站的径流变化特征,然后运用弹性系数法和回归分析法进行径流模拟,定量评价气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:(1)与基准期(1961~1990年)相比较,影响评价期(1991~2011年)气候变化和人类活动对3个水文站年径流减少量的贡献率分别约为25.2%~35.2%和64.8%~74.8%。(2)气候变化对月径流量的影响幅度有限,导致7月汛期径流量有一定程度的增加,8~10月的径流量普遍减少;人类活动对月径流量影响明显,导致7月份实际径流量减少,并进一步加剧了8~10月径流量减少的幅度。(3)两种方法都指示人类活动已经成为径流减少的重要原因。定量阐明径流变化的成因有助于科学制定应对措施,协调重庆市以及长江上游水资源开发利用。     

三峡工程调蓄进程中长江河口区土壤水盐动态变化

三峡工程调蓄进程改变了下游的来水状况,可能影响下游的水盐动态。挑选蓄水进程中典型枯水年2006年蓄水进程时段,分析该时段河口水盐动态可能受上游蓄水的影响程度。2006年秋季三峡水库蓄水期间,蓄水导致长江径流减少量约为4 000 m3/s,与径流量最低值相比下降幅度达33%。运用监测数据分析搜索了蓄水之前与2006年秋季蓄水时段长江大通径流量相似的时间序列,研究并分析了蓄水前后相似径流量过程情况下长江河口区域水盐要素动态变化情况。结果表明：蓄水前后的江水、地下水及土壤盐分状况存在较为明显的差异,2006年蓄水阶段及其后续影响时段的江水、地下水及土壤盐分含量均大于蓄水前各要素测值,蓄水后江水盐分最高增加幅度约为45%,而土壤盐分含量增加约为10%。在蓄水前后自然径流量过程基本相似的前提下,三峡工程调蓄所致的径流量减少可能为江水盐分、地下水盐分及土壤盐分上升的重要原因,表明三峡调蓄对河口水盐要素的动态变化存在一定影响     

丹江口水库对汉江中下游径流特性的影响

随着汉江流域水资源开发利用程度的提高,汉江径流特性在一定程度上发生了变化,并在一定程度上影响了汉江生态系统的健康。为分析人类活动对汉江径流特性的影响,以白河、皇庄和仙桃3个水文站为研究对象,以丹江口水库关闸蓄水时间划分研究时段,利用3站1955~2006年的日流量资料对比分析了研究时段内汉江中下游年、汛期、非汛期、月及日径流量的变化特性。结果表明：丹江口水库的运行对其下游的年径流特性无明显影响,而对汛期、非汛期、日径流量和径流年内分配有显著的影响,汛期径流量所占比例显著减少,非汛期径流量所占比例显著增加,径流量年内分配过程均匀化,中小量级日流量出现频次增加,大量级日流量出现频次减少,但影响随与水库的距离增加而减小。研究成果可为评价人类活动对汉江生态系统健康及稳定性提供参考.     

长江流域径流趋势变化及突变分析

选取长江流域重要控制站宜昌、汉口和大通站,分别应用1882~2000年、1870~2000年和1950~2000年的月平均流量资料,对年代际、月径流、季节性径流的变化以及径流的变化趋势及突变进行了分析研究,并使用非参数Mann Kendall法来检验径流的趋势变化。趋势分析表明,20世纪90年代长江流域径流呈微弱增加趋势,但不显著且地区分布不均,中上游减少,下游增加;而季节性夏季和冬季径流增加趋势明显,尤其是7月和1月径流增加最突出;更重要的是90年代汛期径流也呈现出增加趋势,汛期径流的增加在一定程度上加大了洪灾发生的可能性,这可能是导致洪灾频繁的原因之一。突变分析指出,宜昌和汉口站从1926年开始径流经历了一个明显减少的变化,这与20世纪20年代初,北半球突然变暖,长江上游地区呈现降温、降水减少趋势一致。     

三峡水库蓄水前后长江中下游江心洲的演变及其机理分析

长江中下游河道存在数量众多的江心洲,三峡水库蓄水运行后这些江心洲的演变深为人们关注。选取2000~2011年宜昌、汉口、大通站的年均流量和输沙量,1999、2001、2003、2005、2007、2009和2011年长江中下游20个代表性江心洲的遥感影像,分析三峡水库蓄水前后水沙变化及江心洲面积变化过程,同时利用概念模型分析江心洲面积变化与流量和含沙量之间的关系。研究表明:(1)三峡水库蓄水后(2003~2011年)宜昌、汉口、大通站的年均径流量较蓄水前分别减少6.1%、7.3%、9.5%,输沙量分别减小90.3%、72.1%、66.9%,平均含沙量分别减少了89.6%、70.8%、64.8%;(2)2003年蓄水前,12个(60%)江心洲面积逐年增加,相对于1999年其平均变化率为26.8%;2003年蓄水后,只有9个(45%)江心洲面积逐年也增加但是平均变化率减少至22.1%,11个(55%)江心洲面积逐年减少,相对于1999年其平均变化率为19.4%;(3)概念模型分析表明:江心洲面积变化量跟水位、冲蚀量成正相关,而水位、冲蚀量跟流量、悬沙减少量成正相关。江心洲面积变化量主要受水位变化控制,这种关系导致长江中下游江心洲演变的一种假象:既蓄水后面积不断增加的少数江心洲实际上也处于不断冲蚀的过程。     

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     

基于环境同位素的鄱阳湖与长江关系变化解析

在气候变化和三峡工程调节的双重影响下,长江中下游通江湖泊江湖关系发生显著改变,而最大的通江湖泊—鄱阳湖—水情的变化及其引发的一系列生态和环境问题受到了高度重视和关注。为了揭示不同时期鄱阳湖与长江间的江湖关系,并初步分析三峡运行对鄱阳湖水情的影响,通过对鄱阳湖北部通江水道湖水、降水和九江段长江干流水同位素特征进行调查并探讨长江水与湖水同位素联系。结果表明:湖水、降水和长江水中δ~(18)O和δ~2H值存在明显的季节和空间变化,可用于揭示湖泊与长江间的关系。在三峡调洪削峰期(7月)湖水δ~(18)O和δ~2H值明显要高于长江水,且湖水主要以外排形式补给长江为主,其比例达75%;在三峡蓄水期(10月)长江水位高于湖口水位,从鄱阳湖出口到老爷庙湖水与长江水同位素值具有较高的相似性,表明了此水域受长江水倒灌影响;而在三峡蓄水期(11和12月)湖水同位素值偏大说明了其受到一定较强的蒸发富集影响。三峡水库运行明显改变了长江水位和流量,进而影响了鄱阳湖与长江的补排关系,调洪削峰调度阶段,较高的长江水位对鄱阳湖存在一定的顶托作用,导致湖水难以排泄。因此,三峡水库的调度需要考虑到鄱阳湖流域水情,以免加重该流域丰水期的洪涝灾害和枯水期的水资源短缺。     

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。     

1950年以来鄱阳湖流域水沙变化规律及影响因素分析

运用Mann-Kendall趋势检验法和回归分析等方法,对鄱阳湖流域赣江外洲站、抚河李家渡站、信江梅港站、饶河虎山站和修水万家埠站1950~2012年径流量和1956~2012年输沙量的变化进行了系统分析,并探讨了水沙变化的原因。研究结果表明:(1)鄱阳湖流域五大河流水沙的趋势变化特征相异,除李家渡站径流无明显趋势变化外,其余各站均呈不显著的增加趋势(未超过α=0.05显著性检验临界值);外洲站、梅港站和李家渡站输沙量呈减少的趋势变化,且1985年以后呈显著的减少趋势,而虎山站和万家埠站输沙量在1965~1999年呈不显著的增加趋势,1999年以后才开始减少;(2)入湖总水量呈不显著的增加趋势,发生突变的年份为1992年;入湖总沙量呈显著的减少趋势,发生突变的年份为1996年,入湖总沙量突变滞后于入湖总水量;(3)流域径流量变化主要受降雨量的影响,而输沙量变化主要受水土保持和水库建设等人类活动的影响,且水库拦沙是鄱阳湖流域输沙量减少的主要原因。     

近60年赣江水沙变化特征及影响因素分析

赣江是鄱阳湖流域最大水系,赣江水沙变化对鄱阳湖入湖径流、泥沙等水文特征有重要影响。目前对赣江水沙研究主要集中在下游外洲站河段,不足以反映全流域水沙变化规律。选取赣江上游4站、吉安和外洲水文站分别代表上、中、下游河段,基于近60 a的实测流量、悬移质泥沙资料,采用水文学和数理统计相结合的方法,分析赣江水沙年际变化特征以及可能影响因素,以期为流域水沙资源管理提供参考。结果表明:(1)赣江径流年际变化大,1970s、1990s水量较丰,其它年代径流偏少,年径流序列无显著变化趋势和突变点;(2)输沙量年际变化剧烈,呈显著降低趋势,上游4站、吉安站、外洲站输沙序列突变点分别为2002年、1995年、1995年,突变后年输沙量较突变前减少52%、71%、67%;(3)赣江上游水土保持建设是上游4站输沙量减小的主要原因;1993年后万安水库拦沙是吉安、外洲站输沙量显著减少的主要原因,水土保持、河道采砂也是引起吉安、外洲站输沙量减少的直接因素。(4)水土保持减沙的作用是缓慢和滞后的,而万安水库对下游河道的减沙作用是迅速而显著的。可见,赣江入鄱阳湖的年径流无明显减少趋势,入湖输沙量显著减少,有利于减少鄱阳湖的泥沙淤积、促进湖泊生态的良性发展。     

洞庭湖近年干旱与三峡蓄水影响分析

季节性水文干旱是洞庭湖近年突出的水情问题,并因三峡影响而倍受关注。基于洞庭湖水文干旱的关注焦点（湿地生态影响）及其与湖泊水情的对应关系,建立了湖泊滩地出露与持续时间为依据的干旱度量指标;并利用水文分析方法,揭示了洞庭湖水文干旱发生的时空特点和水情机制;最后,基于BP神经网络模型获取的三峡水库蓄水对洞庭湖的水位影响量化了三峡水库秋季蓄水对湖区干旱的贡献分量。结果认为：（1）2000年后,洞庭湖的干旱频次明显增多、旱情加重,干旱程度以西洞庭最剧,东洞庭次之,南洞庭最轻;（2）洞庭湖不同湖区干旱成因存在一定差异,其中全湖的春旱基本由洞庭湖流域来水偏少引起,而东洞庭湖秋旱主要由长江来水减少引起,西、南洞庭湖秋旱则由长江和洞庭湖流域来水共同减少形成;（3）三峡水库蓄水对东洞庭湖秋旱起到一定的加重作用,但并非洞庭湖近年干旱的主要因素     

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     

三峡水库调节典型时段对洞庭湖湿地水情特征的影响

洞庭湖与长江联系紧密,三峡工程运行将改变洞庭湖的水文过程,影响湖泊湿地生态系统。为了评估三峡工程运行对洞庭湖湿地的水文影响,选取水文情势变化大且可能对植被生长产生重大影响的汛末蓄水和汛前腾空两个时段,运用反映江湖水动力交互的水动力学方法计算了三峡水库不同调节流量下湖泊水位与流量的变化特征,并结合湖泊高程和面积关系曲线,分析了不同增减下泄流量对洲滩湿地淹没出露的影响。结果表明,洞庭湖吞吐长江,复杂的江湖水动力交互作用使得湿地水文过程变化有明显的非线性。在恒定流条件下,汛末蓄水减泄4 000 m3/s流量可使城陵矶水位降低1 m。同样抬高1 m水位,汛前腾空约需增泄3 500 m3/s。在空间分布上,三峡水库调节对洞庭湖水情影响具有明显的异质性,受江湖关系和湖盆地形的影响,与长江水力联系紧密的东洞庭湖、南洞庭湖东部和西洞庭湖北部受三峡水库调节影响大,而西洞庭湖南部影响较小     

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。     

长江上游大型水库群对宜昌站水文情势影响分析

近年来,长江上游已建成一批大型水库,其运行调度必然会对下游的径流产生影响。水文变化指标法(IHA)和水文变化幅度法(RVA)是以水流的量、时间、频率、延时和变化率5种基本特征为基础,对建坝前后的河道水文情势变化进行定量分析的方法。根据长江流域大型水库群建设的实际情况,利用Mann-Kendall秩次相关检验法划分了宜昌站建库前后的流量序列,用来评估长江上游大型水库群对宜昌站水文情势的改变情况。M-K相关检验发现,宜昌站的年最小流量已经在2000年发生了显著性地变化;IHA和RVA分析成果表明,宜昌站的水文情势已经发生了中等程度的改变,主要是与小流量相关的一些因子,如1~3月平均流量、最小流量六个因子、低脉冲发生次数及持续时间等;随着以三峡水库为核心的上游大型水库群建成并投入运行,未来长江下游河道径流还将发生进一步的改变。     

长江宜昌水文站流量、含沙量和悬移质粒度关系

以长江宜昌水文观测站实测资料为基础，基于长江上游河道特点，用回归分析的方法研究了宜昌站流量、含沙量与悬移质泥沙粒度的复杂关系。通过对流量、含沙量多年年内变化的正相关特性的分析，建立了流量与含沙量之间相应的回归模型；通过对流量与悬移质粒度复杂关系的研究，揭示了二者明显的双值关系以及水流挟沙力的控制性影响。对水文数据年际变化的研究表明由于短时间尺度内长江上游流量没有阶段性变化，流量与含沙量之间相关性不是很好，丰水年不一定是丰沙年；悬移质粒度与流量变化基本上不存在周期性变化。     

宜昌站1900~2004年生态水文特征变化

基于宜昌站1900~2004年共105年的日径流量资料，分别采用Mann Kendall法、Mann Whitney法分析该站水文特征与变化。跳跃性检验表明，宜昌站年平均流量的跳跃点出现在1969年，置信度超过99%。宜昌站1970年前的平均流量是14 375 m3/s，1970年后的平均流量是13 438 m3/s，相差937 m3/s，相当于295.5 m3/a，流量减少主要集中在下半年（7~12月），以8~10月最为明显。以1970年为界，将宜昌站105年水文序列划分为“近自然状态河流” 的1970年前和“人工干扰状态河流”的1970年后两个分析水文变动序列，基于Richter提出的生态水文变动指标体系，应用变动范围法，计算了长江中游的生态水文目标，分析了长江流域宜昌站的生态水文特征变化。结果表明，1970年以后，人类活动与自然变动对长江宜昌站生态水文特征的改变并不明显，仅在1月、11月平均流量上有中等程度的改变。     

三峡工程运行前后荆江三口水文情势的变化

基于1980～2015年荆江三口五站逐日流量数据,采用IHA指标体系分析度量三峡工程运行前后荆江三口水文情势的变化。除新江口和弥陀寺在枯水期1～3月有小幅增长外,三口各站点月均流量值均减小,汛期下降幅度较大。最大日流量值持续下降,但2003年后变化趋势相对平缓。沙道观和管家铺站断流天数显著上升,各站流量变化率明显降低。荆江三口水文情势变化受长江干流径流量减少、径流过程改变以及干流与口门河段河道冲淤不一致的共同影响,对长江中游四大家鱼种群以及洞庭湖苔草草洲的发展产生一定负面作用。