关键词： 合水川流域   径流变化   Mann-Kendall分析   降雨-径流关系   土地利用变化  

摘要： 在泾河合水川流域1964-2011年的年降雨、径流变化特征分析基础上,利用Mann-Kendall法、双累计曲线法定量分析了其趋势及相互关系,并探讨了变化成因。结果表明,1964-2011年的年降雨量呈轻微下降趋势（P=0.52）,年变率-0.04 mm/a;径流深呈不显著下降趋势（P=0.97）,年变率-0.10 mm/a。变化趋势与泾河东北部、黄河河口-龙门区间西南部类似,与黄河中游其它子流域差异较大。二者突变年份分别为2000年和1978年。1964-1978年是该流域降雨-径流关系的天然时期,1979年后受水保工程修建、植被覆盖增加等人类活动影响,降雨-径流关系发生变化。

关键词： 黄河中游   天然径流   Mann-Kendall检验   Morlet小波分析   气候变化  

摘要： 由于全球气候变暖、降水分布不均及人类不合理的开发利用水资源,使得黄河中游径流量发生了很大的变化,并引起了一系列制约人类生存和发展的问题。因此,分析径流量的演变特征规律对实现水资源的可持续开发利用具有重要的意义。本文根据黄河中游干流控制水文站(头道拐、龙门、三门峡和花园口)1952-2008年年际天然径流量资料,结合三门峡-花园口区间18个气象站1961-2011年气象资料,运用线性倾向估计法、Kendall秩次相关检验法、R/S分析法,并采用Mann-Kendall非参数秩次相关检验、滑动T检验、累积距平法和Morlet小波分析法,分析了黄河中游径流量变化趋势及其对气候变化的响应。得出以下主要研究成果:黄河中游干流控制水文站天然径流量有明显的减少趋势,花园口天然径流量减少趋势最为明显,其平均年线性递减率约为-4.225亿m3,干流控制水文站天然径流量总体呈相似趋势,在1964年径流量达到最大值,在2002年径流量达到最小值;根据Kendall秩次相关系数,|Z|值均超过2.32,表明径流下降的趋势越来越明显;观察Hurst指数,都在0.7-0.85区间,说明在未来径流量将继续延续减少的趋势。这4个主要水文站的突变时间大体表现出一致性,头道拐天然径流量的突变时间发生在1974年和1995年,龙门、三门峡和花园口天然径流量的突变时间发生在1974年和1991年。黄河中游主要水文站点之间的变化趋势大体有5a、11a、22a等3个主振荡周期。在三门峡-花园口区间近51年的研究时段中,定性地分析了气候要素降水、气温对径流的影响。

关键词： 河流径流   水文气象要素   人类活动   气候变化  

摘要： 洮儿河流域地处内蒙东部吉林西部的半干旱半湿润农牧交错区，是我国重要的国家级大型商品粮基地之一。建国以后50多年的农业发展和人口增长使流域水文气象要素和土地覆被状况发生显著改变。这些变化使得洮儿河流域近年来水文水环境状况恶化，水资源格局也发生变化。随着吉林粮食增产计划的实施，洮儿河流域土地利用格局也发生重大变化。本文采用长时间实测水文气象数据对过去50年洮儿河流域水文气象要素演变的特征进行了系统地分析。通过径流对降水和蒸散发敏感性和SIMHYD模型对比分析，定量地评估了气候变化和人类活动对流域径流变化的影响。利用遥感资料和历史土地利用数据解译并分析了洮儿河流域2011年的土地利用现状。构建并利用较适合流域的SWAT模型模拟不同情景下流域径流变化情况。揭示了变化环境下洮儿河流域径流变化的主要驱动因素，对洮儿河流域未来水资源合理调配与可持续发展具有重要的理论与现实意义。研究主要取得以下成果:　　1)流域多年平均气温为5.66℃，平均气温总上升趋势为0.0335℃/a。1980年代和1990年代是气温升高最快的时期，20年间流域平均气温升高了1℃以上。流域多年平均年降水量呈现先上升后下降的趋势，总体下降速率约为0.20mm/a，降水年际变差系数为0.24。汛期和非汛期年际波动大于全年，其中汛期降水呈现明显下降趋势，下降速率为0.66mm/a;而非汛期降水呈现增加趋势，上升速率为0.46mm/a。年内平均降水量在3月份呈现显著增加而在8月份呈现显著减少的趋势。流域多年平均径流深度为35.4mm，径流在1986年和2000年发生了突变。1961～1985年平均径流深度为31.54mm，1986～1999年，实测年均径流深度为70.13mm，2001～2011年，实测年均径流深度为2.87mm。径流的年内分配非常不均匀，年内径流Cy值为1.05，Cr值为0.42，6～9月流量占全年总流量的64.4％。流域平均潜在蒸发量呈上升趋势，上升速率约为0.31 mm/a，潜在蒸发在1999年附近存在突变。1961～1998年，流域潜在蒸发呈现下降趋势，下降速率约为0.44mm/a，潜在蒸发在1999年前后迅速上升;1999～2011年整体出现显著下降，下降速率约为3.5mm/a。　　2)利用已知突变检验的结果，结合降水-径流累积曲线的分析，将流域研究时段分为3个时期。其中1961～1985年作为基准期，1986～1999年和2000～2011年作为人类活动对径流影响较大的人类活动影响期。径流对降水的敏感性系数为2.465，径流对潜在蒸散发的敏感性系数为-1.465。利用径流敏感性系数法，气候变化和人类活动在对比期Ⅰ对径流增加的贡献度为31.4％和68.6％。在对比期Ⅱ，气候变化和人类活动对流域径流减少的贡献程度分别为32.03％和67.97％。利用SIMHYD模型，气候变化和人类活动在对比期Ⅰ对径流增加的贡献度为36.25％和63.75％。在对比期Ⅱ，气候变化和人类活动对流域径流减少的贡献程度分别为34％和66％。径流敏感性系数法和SIMHYD模型对流域径流变化的贡献度计算结果相互符合，人类活动是流域径流变化的主导因素和驱动因子。　　3)研究区土地利用类型以耕地、林地和草地为主。1980s初期～2011年期间草地面积减少最多，早地面积增加最多;水田是扩张最快的土地利用类型。草地和林地具有一定的径流调节作用，径流的增加与草地和林地的减少相关。进一步分析人类活动对径流变化的影响可知，在1986～1999年间，土地利用是洮儿河流域径流变化的决定性因素，其对径流增加的贡献度为84.17％;在2000～2011年间径流变化的主导因素是人类对河流水量的调配利用、人类的生产生活以及农业灌溉等直接影响水资源的活动，其对径流减少的贡献度为86.26％。

关键词： 数据挖掘   径流演变规律   回归分析   相关分析   决策树   神经网络  

摘要： 水资源是维持所有生物生存的基本要素之一,也是人类活动必不可少的自然资源。作为水循环过程的重要环节,径流要素的变化对整个水资源系统起着主导作用,并对生态环境和经济发展有着决定性的影响。因此,分析各流域径流演变的规律是科学评价、开发和保护区域水资源的前提,具有重要的理论价值和实际意义。传统的径流演变规律分析通常采用统计学和水文模型模拟的方法进行研究,近年来受全球气候变化和人类活动的影响,径流的时空演变表现出诸多不确定性,径流变化的成因越来越复杂,传统分析方法具有一定的局限性,已不能满足需求。水文监测部门收集积累了海量的业务和监测数据,这些数据具有量大、面广、异构、分布等特征,伴随着新的信息获取技术的发展,可用数据源得到扩充,如何运用这些数据进行径流的演变规律分析,实现径流的中长期预测成为当下亟待解决的问题。数据挖掘作为一门新兴技术,具有及时、有效处理大数据的优势,且不依赖于复杂的机理研究,是实现历史数据转化为有用知识的有效手段,能够用于分析径流演变规律研究中存在的具体问题,并已有大量学者进行了相关研究。本文首先按照数据挖掘的过程对当前数据挖掘方法在径流演变规律分析中的应用研究进行了梳理,针对传统径流演变规律研究过程中存在的具体问题提出了基于数据挖掘的解决方法,并以雅砻江流域打罗至二滩区间为研究区,选择遥感监测和径流、降水、蒸散、温度等地面监测数据,运用神经网络、决策树分类、回归分析、相关分析等数据挖掘方法对区间径流变化规律进行了分析。结果表明,数据挖掘方法可以有效剔除观测数据中噪声的影响,增强数据的完整性;基于大数据的挖掘方法可以有效识别气候变化和长期人类活动影响下水文系统由一致向不一致逐渐转变的特征,并提取主要影响因素,是对传统径流演变规律分析方法的有益补充。通过分析打罗至二滩区间径流的变化规律得到:自二滩水库蓄水以后库区年降雨量显著减少,区间径流系数也显著降低,基于稳态假设的HBV模型径流模拟效率也逐年降低,而库区植被整体逐年变好;相关分析结果表明库区植被自然生长加快是导致区间径流系数降低的主要原因,而研究区降水减少是区间产水减少的直接原因。本论文主要研究成果有:基于异常值检测的方法构建了一种使用于TM影像的厚云阴影检测算法,并通过替换法对有云影像数据进行了补偿处理;以多源遥感影像为试验数据,基于决策树分类和回归分析的方法对库区周边植被的时空变化进行了具体分析;运用回归分析和相关分析的方法对打罗至二滩区间径流的演变规律及其成因进行了分析。

关键词： 径流演变   降水   人类活动   ENSO循环   太阳黑子  

摘要： 在气候演变和人类活动加剧的共同影响下,河川径流时序的时间和空间分布已发生了明显的变化。科学认知径流的变化特征及其影响因素,能够更好地合理开发利用水资源,同时为区域发展提供理论指导。本文以1956-2000年汾河上游4个水文站的径流数据为基础资料,结合流域内降水、年平均气温等气象要素,利用线性回归、累积距平法、五点三次滑动曲线、Mann-Kendall趋势分析法、有序聚类法和经验模态分解等方法分析了径流和气候要素的变化特征。采用双累积曲线、交叉小波变换、小波相干和统计等方法,探讨了人类活动对径流变化的贡献率,分析了汾河上游径流丰枯变化对太阳黑子活动和厄尔尼诺现象的响应,并初步研究了归一化植被指数对径流变化的影响,得到如下研究成果。(1)在年内,汾河上游4个水文站的径流分布极不均匀。全年中8月径流量最大,1月径流量最小。径流的四季分配中,夏季和秋季所占比例最大,春季和冬季次之。各水文站径流的年内分配过程呈双峰型。(2)汾河水库站、寨上站及兰村站径流经历了两个丰枯阶段:1956-1970年、1971-2000年。上静游站径流序列经历了丰-枯-丰-枯四个阶段。上静游站径流于1967年发生突变;汾河水库站和兰村站径流的突变点在1969年;寨上站径流发生突变较汾河水库站和兰村站稍晚,突变年份在1970年。汾河上游各水文站径流序列均存在准2-4年、准10年的周期变化,且45年中,各站径流呈减少趋势。(3)在1956-2000年中,汾河上游的平均降水量为490.50mm。45年的降水序列表现为减少趋势且变化不显著。降水序列于1967年发生突变并具有准2-3年、准10年的周期。汾河上游45年的多年年平均气温为9.77℃。气温序列呈上升趋势且变化显著。年平均气温于1993年发生突变。年平均气温序列呈现准2-4年、准8年和准16年的周期规律。1956-2000年中,汾河上游的年蒸发量多年平均值为1735.29mm。汾河上游蒸发量减少且趋势明显。年蒸发量于1974年发生突变,存在准2-4年、准14年的波动周期。(4)通过相关分析、通径分析和集对分析结论表明,汾河上游4个水文站径流变化主要受降水变化影响,且两者呈显著的正相关关系。年平均气温对径流变化影响较弱,两者呈负相关关系。除此之外,还有其它影响因素驱动汾河上游各站径流演变。在突变年份前后,降水是上静游站、汾河水库站径流变化的主要原因。在突变前,降水主要影响寨上站和兰村站径流变化。突变后,人类活动是寨上站、兰村站径流变化的主要原因,降水次之。(5)汾河上游4个水文站的径流序列与太阳黑子序列对比曲线呈相似性,在太阳黑子峰值年,径流偏枯;在太阳黑子谷值年,径流偏丰。汾河上游各水文站径流序列的丰枯变化对于太阳黑子活动有较好的响应关系。通过交叉小波分析,汾河上游4个水文站径流序列和太阳黑子相对数存在显著的共振周期,约为8-11年,且径流序列变化提前于太阳黑子活动的变化。(6)汾河上游4个水文站径流序列与多变量enso指数(multivariateENSO Index,MEI)的交叉小波图呈现相似性,两序列表现出1-4年的共振周期,ENSO变化提前于径流变化,且呈负相关变化。从小波相干谱分析,两者亦表现出3-4年的共振周期且呈负相关关系。厄尔尼诺开始年径流量减少,结束年径流量增加。拉尼娜开始年径流量增加,结束年径流量减少。(7)汾河上游径流序列与归一化植被指数呈现显著的正相关关系。归一化植被指数对径流变化有一定程度的影响。

关键词： 分布式水文模型   演变规律   EasyDHM   巴音沟河流域  

摘要： 水是生命的载体、生态的基础、生产的关键,是支撑国家经济社会发展必须的战略性资源。巴音沟河是兵团第八师巴音沟河灌区的主要水源,同时承担着沙湾县及独山子部分工业、农业及生活供水任务,水资源极为短缺,而在利用中,又有严重浪费,加之水质污染,严重制约当地经济社会发展及生态系统的保护。在新疆执行最严格水资源管理制度的背景下,采用水文统计学的方法,从年和季节的角度对巴音沟河流域径流、气温和降水等水文气象要素的变化趋势、突变特征、周期演变规律进行研究;在此基础上,搜集与整理DEM数据、土地利用、土壤类型等资料,划分子流域和参数分区等空间单元,并将气象站点数据展布到每一个子流域形心上,从而构建巴音沟河流域Easy DHM分布式水文模型,并完成模型参数率定及验证工作。可为流域水资源的合理利用、水利规划提供理论依据和技术支持,同时该研究成果也可为干旱区中小河流的同类研究提供借鉴。结果如下:(1)近60年来,巴音沟河流域年和各季径流量呈现增加-减少-增加的趋势,基本都存在1958-1960和2004-2007两个突变时段,且在5-7年、10-14年及26-31年左右周期变化较为明显。近20多年,巴音沟河流域黑山头站年平均气温呈上升趋势,倾向率为0.045℃/10a;春、夏、秋三季平均气温均呈上升趋势,冬季平均气温呈下降趋势;年和四季平均气温在2000-2003年左右发生突变。巴音沟河流域黑山头站年平均降水量呈上升趋势,倾向率为15.63mm/10a;春季和冬季降水量均呈现明显上升趋势,夏季和秋季降水量明显减少;相对气温和径流序列资料,降水量的突变特征不显著。(2)基于流域自身特点构建的巴音沟河流域Easy DHM分布式水文模型,经参数优化后,Nash效率系数由原来的0.78提高到0.92。根据黑山头站未参加建模的资料对率定结果进行验证,其Nash效率系数为0.86。表明,Easy DHM模型能够客观描述巴音沟河流域的水文循环过程。

关键词： 泗河流域   径流   变化特征   演变规律   影响因素  

摘要： 作为一种重要的自然资源,水是支撑社会、经济和生态环境可持续发展的基本条件。径流作为水循环的重要环节之一,也是水资源的重要组成部分。研究河川径流的变化特征和发展规律可作为水资源综合开发利用、科学管理、优化调度最重要的依据。河川径流量影响因素的分析,对提高气候变化影响认识、指导流域合理开发利用和维持河流生态环境等也都具有十分重大的意义。本文以泗河流域1956～2013年径流量序列为主要研究对象,主要进行了以下研究:(1)分析了泗河径流的年内变化特征;(2)分析了泗河径流的年际变化特征;(3)分析了泗河径流的周期性变化规律;(4)分析了泗河径流影响因素。在对泗河径流的年内变化特征进行分析时,以泗河流域多年月平均径流数据为样本,选用了年内分配不均匀系数、年内分配完全调节系数、集中度、集中期、年内变化幅度等指标研究径流的年内分配情况。对泗河径流年际变化特征进行分析时,采用了线性回归、累积距平、五年滑动平均、五点二次平滑、七点二次平滑、九点二次平滑和五点三次平滑的方法对径流变化趋势进行分析,采用了Mann-Kendall方法、滑动t检验和克拉默(Cramer)方法对径流进行突变点检测。对泗河径流的周期性规律进行研究时,采用了小波分析方法和奇异谱分析的方法对泗河径流序列的周期进行提取和识别。在对径流变化产生影响的自然和人为因素进行分析时,采用了皮尔逊相关系数检验、统计方法和双累积曲线等方法对泗河径流影响因素进行分析。研究得出的主要结论有:(1)泗河流域径流量夏多春少,一般在每年7月份左右出现最大年径流量。20世纪90年代流域的径流年内分配不均匀程度较大。泗河流域径流的年内分布比较集中,最大值出现的时间有所提前。径流年内分配极不均匀,径流量最大和最小月份相差很大。(2)在1956～2013年内泗河流域径流量总体上呈现下降趋势,在1967年发生突变,此后泗河的径流量较之之前的径流量水平有明显的下降,此后虽有波动上升过程,但总体的降低趋势是确定的。(3)运用Morlet小波分析对泗河流域1956～2013年径流进行周期性分析,得出2年、5年、12年和26年4个时间尺度的周期。而通过奇异谱分析得到径流周期5.5年、6.8年、2.6年,两种分析方法在较短的周期2-3年、5-6年存在一致性,由于受到序列长度的限制,两种方法在分析长周期的一致性方面并不理想。(4)泗河流域降水量跟径流量之间呈现显著的正相关关系,气温跟径流量之间呈现微弱的负相关关系。在厄尔尼诺现象发生的当年更易出现偏枯或特枯水年,在拉尼娜现象发生的当年或次年极易出现偏丰或特丰水年,在太阳黑子相对数较多的年份泗河径流量一般较小。另外,水利工程建设、温室效应和煤炭开采也对泗河径流变化产生了一定影响。

关键词： 金沙江流域   多变量   非一致性分析   MK检验  

摘要： 基于金沙江流域1966～2010年降水和径流资料．采用单变量Mann—Kendall（MK）趋势分析法、突变检验法和多变量MK法对金沙江流域近几十年来的降水和径流变化进行了非一致性分析。结果表明：金沙江流域年降水和年径流整体呈上升趋势，特别是从20世纪90年代之后增大趋势较为明显。其中金沙江流域中游以上区域的年降水通过显著性检验，上升趋势较为明显，而各个水文站点的年径流均未通过显著性检验，仅存在微弱的上升趋势。中游攀枝花站集水区域的面平均年降水趋势存在突变点，在1997年之后显著增加．而其年径流则不存在突变点，其他站点面平均年降水和年径流趋势都不存在突变。此外，中游龙街站集水区域的面平均年降水和年径流通过多变量MK显著性检验，表明龙街站降水和径流联合变量呈显著增加趋势。

关键词： 森林流域   生态环境   径流演变   造林工程   经验模型   贡献率  

摘要： 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.

关键词： 洪水资源利用   洮儿河   Morlet小波分析   多时间尺度   演变规律  

摘要： 我国北方水资源供需矛盾突出,洪水资源利用成为缓解水资源短缺的有效途径。为了减少洪水资源利用风险,提高洪水资源利用效益,以洮儿河下游区域为研究对象,分别利用回归分析、Spearman秩次相关检验法、Kendall秩次相关检验法、M-K法、滑动t检验法、小波分析对区域的干支流年径流的趋势、突变和多时间尺度特征进行了对比分析和干支年径流变化规律研究。结果表明,区域支流年径流系列下降趋势较干流明显;干支流的突变时间存在不一致性,支流的突变点为1972年、1984年、1999年,干流的突变点为1964年、1983年、1999年;干支流的主周期存在差异性,分别为22 a、11 a、7 a、4 a与14 a、20 a、9 a、7 a。通过对洮儿河下游区域干支流年径流演变规律进行研究,为未来径流趋势合理预测提供了技术支持,并对区域洪水资源利用具有一定的指导意义。