关键词： 七大流域   典型断面   集对分析   径流演变   径流丰枯相关性  

摘要： 松花江、辽河、海河、黄河、淮河、长江和珠江等我国七大流域的水情影响着近八成的中国人口。东亚季风区大气环流是影响我国各流域水情的重要因素。每年夏季风主雨带相继经过我国华南、江淮流域、黄淮流域和华北、东北地区,在各流域形成降水过程,进而引起七大流域典型断面的径流丰枯变化。为探讨这些流域径流相关性问题,基于松花江流域哈尔滨站、辽河流域铁岭站、海河流域潘家口站、黄河流域花园口站、淮河流域蚌埠站、长江流域大通站和珠江流域梧州站1981-2021年月径流资料,分析了各流域径流变化规律和丰枯相关性。论文根据各流域地理位置及气候特征的差异,以黄河为界,将我国的七大流域划分为北方的松花江流域、辽河流域、海河流域和南方的黄河流域、淮河流域、长江流域、珠江流域。分析各流域代表性水文站的径流年内分配情况、年际变化趋势和突变规律,利用均值标准差法、集对分析法和模糊集对分析法划分各水文站年径流量的丰枯等级,建立基于联系数的七大流域代表性水文站径流丰枯相关性分析模型并定量计算水文站间两组时间尺度上的丰枯相关程度,为进一步了解各大流域径流的丰枯变化趋势及流域间的丰枯联系提供了理论支撑和参考依据。论文主要取得如下研究成果:(1)为掌握各流域长时间序列的径流变化规律,利用数理统计方法研究和分析各流域典型断面水文站的径流年内分配情况、年际变化趋势和突变特征,结果表明:七大流域代表性水文站的年内径流主要集中在汛期,哈尔滨站、铁岭站、潘家口站、花园口站、蚌埠站、大通站、梧州站的多年平均最丰月分别为8月、8月、8月、8月、7月、7月、6月。北方流域代表性水文站径流的不均匀性大于南方流域,除淮河流域蚌埠站外,其他流域代表站的径流年内分配均趋于均匀且径流集中度基本呈现下降趋势。除大通站和梧州站年径流呈不显著增加趋势外,其余代表站年径流均呈减少趋势。各代表站汛期径流均呈现下降趋势,其中哈尔滨站、潘家口站、花园口站汛期径流显著性减少。哈尔滨站、潘家口站、花园口站、梧州站年径流分别在1999年、2000年、1995年、1993年前后发生突变,哈尔滨站、铁岭站、潘家口站、花园口站、大通站、梧州站汛期径流分别在1999年、1999年、2000年、1991年、2000年、2005年发生突变。系统地研究了各流域典型断面的径流特征及流域间的联系性,以期为流域防洪抗旱的预报预警和水资源开发利用举措提供依据。(2)为客观地描述各流域径流丰枯状态,在均值标准差法和集对分析法的基础上,综合考虑年径流的年内分配情况,提出了模糊集对分析法并应用于各流域的年径流丰枯等级评价中,结果表明:均值标准差法判定各水文站的枯水年、平水年、丰水年占比均在33%左右,集对分析法判定哈尔滨站、铁岭站、潘家口站、花园口站、蚌埠站出现频率最大的是枯水年,大通站、梧州站出现频率最大的是平水年;模糊集对分析划分丰枯等级时,各站出现概率最大的均是平水年。由于模糊集对分析法能充分考虑各月径流在统计年限内的贡献程度,使丰枯划分结果具有可靠性。通过对比多种丰枯评价方法的结果,为后期解决各流域水资源的评价问题提供理论指导;采用科学有效的评价模型划分各流域年径流的丰枯等级,对认识中国的洪旱灾害发生规律具有一定的科学意义。(3)为分析各流域典型断面的径流丰枯变化特征及丰枯相关性,在用传统数学方法计算各水文站间径流丰枯组合概率的基础上,建立基于联系数的流域径流丰枯相关性分析模型并应用于我国七大流域的丰枯相关性分析中,结果表明:潘家口站、梧州站汛期径流最易出现连丰/连平/连枯,大通站汛期最易出现丰枯互转,且蚌埠站和梧州站汛期径流丰枯演变同步性较高;潘家口站和花园口站多年平均最丰月径流最易出现连丰/连平/连枯,蚌埠站多年平均最丰月径流最易出现丰枯互转,且铁岭站和潘家口站的8月径流丰枯状态演变的同步性较好。七大流域代表性水文站径流丰枯一致性基本与水文站间的距离呈负相关,且北方流域水文站间径流的丰枯一致性强于南方流域各水文站间的丰枯一致性。哈尔滨与铁岭站汛期径流丰枯相关性最强,蚌埠站与大通站、大通站与梧州站汛期径流丰枯相关性最强,花园口与梧州站汛期径流的丰枯相关性最弱;铁岭站与潘家口站8月径流的丰枯相关性最强,大通站6月与梧州站6月径流、蚌埠站7月与梧州站6月径流丰枯相关性最强。各流域典型大洪水年,对应流域代表站径流与其他流域基本呈现负相关。对各流域典型断面径流变化及流域间径流丰枯相关性进行分析,对流域内防洪抗旱工作具有重要实践意义,为跨流域协调水文资源提供数据支撑。

关键词： 北洛河流域   径流量变化   基流分割   驱动因素  

摘要： 本文以北洛河上游(吴旗水文站以上)为研究区域,基于1971-2014年每日径流实测数据和气象资料,采用数字滤波法中的F1法来进行基流分割;运用M-K趋势分析、Pettitt突变检验和R/S法对径流、基流以及气候因素进行趋势分析、突变点检验和未来变化持续性分析;并采用Morlet小波变换对径流多尺度变化周期进行分析;根据三期土地利用遥感数据(1990、2005和2010年)来对流域内退耕还林(草)前后土地利用变化特征进行分析;同时采用基于Budyko假设和双累积曲线法定量分析气候因素和非气候因素以及降水和人类活动对径流变化的影响。得到主要结论如下:(1)北洛河上游1971-2014年径流量的年内分配过程呈现“双峰型”,峰值分别出现在3月和8月。年径流变差系数和完全调节系数均呈显著减小趋势(p=0.05),而且趋势在未来均具有强持续性;偏态系数呈现不显著减小趋势(p=0.1),趋势在未来的持续性相对较弱,北洛河上游径流年内分布状况逐渐由不均匀性向均匀性转变。年平均径流量和各季度平均径流量均呈显著减少趋势(p=0.05),前者的突变点为2002年,各个季度的突变点则在1979-2002年之间。年径流和汛期径流变化过程呈现高度同步性和一致性,“峰值”和“谷值”特点相似,而且均存在相似的丰-枯变化周期,二者3个变化主周期均为3 a、11a、19 a。(2)北洛河上游1971-2014年全年基流量主要集中于8-10月,基流年内分配过程也呈现“双峰型”,峰值分别出现在3月和10月,略微滞后于径流的春汛期和夏汛期。年基流变差系数和完全调节系数均呈现出极显著减少趋势(p=0.01),基流年内分配状况呈现出逐渐由不均匀性向均匀性转变,且未来的变化趋势都具有较强长期记忆性;偏态系数呈现不显著增加趋势(p=0.1),分布呈偏左或偏右交替,且未来变化趋势具有随机性。多年和不同季度平均基流量变化趋势均不显著且未检测到突变点,BFI在年记录和不同季度记录中均呈极显著上升趋势(p=0.01),而且未来变化趋势均具有强持续性,年均和7-9月基流中均检测到相同突变点(2002年)。年、汛期基流序列变化趋势具有较高的同步性,并呈现出逐渐增多的趋势,同时年基流存在5个明显的丰水期和6个枯水期。(3)北洛河上游1990-2005年,农地面积减少了37.33%,主要转化为了草地和林地,面积达382.78 km;草地面积减少了21.93%;林地面积增加显著,共增加了950.49 km;2005-2010年,草地面积共减少了3.14%,林地面积共增加了15.37%;农地有51.31 km和4.78 km的面积分别转化为草地和林地,占原有面积的比例分别为55.06%和0.51%。(4)北洛河上游年降水整体呈不显著上升趋势(p=0.1),未检测到突变年份且未来变化趋势具有弱反持续性;年均气温整体呈显著上升趋势(p=0.01),突变年份为1993年(p=0.01);年潜在蒸散发整体呈不显著上升趋势(p=0.1),未检测到突变年份。基于Budyko假设得出降水和潜在蒸散发对径流变化的贡献率为40.4%,其中降水因素占比为36.4%;潜在蒸散发占比为4%。所有非气候因素对径流变化的影响占比为59.6%。基于双累积曲线,降水变化的贡献率仅有2.33%,而人类活动的贡献率却高达97.67%。

关键词： 海河流域   GAMLSS   非一致性   气候变化   极端径流  

摘要： 在全球气候变化的大背景下,极端的降水和径流事件频发,对人类社会构成严重威胁,在气候变化与人类活动等多方面因素影响下,全球水循环的时空演变规律发生了改变,如何识别受变化环境影响的极端径流事件演变规律呈现出的新特点,对区域水安全问题具有一定意义。为探索在当前环境下非一致性的径流变化的分析方法,以达到科学合理地预测未来极端径流事件变化的目的,选取了海河流域作为研究对象,分析了海河流域极端径流的变化特征,应用非一致性水文频率分析方法研究了气候变化和人类活动对极端径流事件的影响。成果如下:(1)水文序列的非一致性诊断。在开始分析前首先识别极端径流的非一致性,采取Mann-Kendall检验法和Spearman检验法对径流进行趋势性检验;采取Pettitt检验法、Mann-Kendall检验法和Buishand检验法对径流进行突变点检验。对径流序列发生变异的真实性进行综合判断,海河流域的径流序列呈现出明显的非一致性特征。海河流域两个水文站点的最大一日径流量和最大五日径流量均具有显著下降的趋势,其中界河铺站的径流突变明显受其上游水库建设的影响。(2)变化环境下的极端径流序列非一致性频率分析。气候指标通过计算Kendall相关系数进行筛选,同时代入水库指标,基于GAMLSS(Generalized additive models for location,scale and shape),采用AIC准则率定后,构造一种一致性模型,两种变量不同的非一致性模型。对径流进行非一致性频率分析,结果表明:引入物理因子的非一致性径流序列分析模型的结果最优,同时预测效果良好,对变化的环境具有更好的适应性。这种考虑气候变化和人类活动的非一致性模型对洪水极值的波动和突变描述准确。从水利工程应用的角度来看,以气候指标和水库指标为解释变量的非一致性模型预测的洪水设计值更可靠,可以为水利工程的设计提供理论支持。(3)径流变化的归因分析。利用已经构建好的模型对径流变化和气候指标之间的关系进行分析,结果表明:3月份、4月份和5月份的NINO1+2指数显著影响着匡门口站的径流序列,且与之呈负相关关系,NINO1+2指数较低时极端径流事件发生的频率升高。而界河铺站径流序列跟2月份、3月份和4月份的NINO1+2和3月份、4月份和5月份的NAO同时呈负相关关系,两项指标偏低预示极端径流事件频率提高。为水文工作者提前预判极端径流事件的发生提供可能。

关键词： 植被覆盖   时空演变   SWAT模型   径流模拟   参数率定  

摘要： 植被作为研究全球变化的指标,在地表能量交换和水文循环过程中发挥着重要作用,针对植被覆盖变化的研究能够为理解水文过程等提供重要的参考意见。在全球气候和人类活动剧烈变化的背景下,区域乃至全球植被变化对陆地水资源分布格局、水循环过程及碳循环均产生了较为深远的影响。河南省地处中原,为我国重要的粮食产区和交通枢纽,近年来河南省经济快速发展,形成许多不合理的土地利用类型和结构,导致其下垫面发生显著变化,下垫面变化对地表水文循环过程产生影响。随着“退耕还林”政策和河南省在改善环境方面做出的不断努力,区域内植被覆盖情况发生了巨大改变,植被的变化深刻影响着下垫面格局,进而影响河南省的水文过程,研究河南省植被覆盖时空演变规律及植被覆盖对径流的影响工作对于理解农业大省的水循环状况、水资源分配情况有重要价值,另外,研究成果对于改善人与自然和谐共处、维护河南省生态系统平衡和环境治理等意义重大。本文基于河南省近20年的NDVI资料,利用空间统计、slope趋势分析等方法分析植被覆盖的时空演变格局;在河南省植被覆盖时空分析的基础上,选择位于河南省境内西部的伊洛河流域(大部分分布于河南省),利用SWAT水文模型分析,借助Arc SWAT软件进行建模,进行子流域划分、水文响应单元划分、气象数据输入等建模操作,建模完成后开展该流域径流模拟以及该流域植被变化与径流之间关系研究。主要的研究工作及结果如下:(1)采用slope趋势分析法,分析了河南省1999-2018年植被覆盖的时间和空间演变规律,同时结合该时期的土地利用情况分析土地利用类型改变对植被覆盖的影响。最终得出,结果表明,河南省自从实施“退耕还林”政策后,耕地明显减少、林地增多。1999-2018年河南省NDVI值变大,总体植被覆盖率改。但是,改善情况存在空间差异性,主要表现在:西部和南部植被覆盖改善十分明显,河南省北部和东部有轻微改善,而河南省中部植被覆盖有所退化。年尺度上,河南省年均整体植植被覆盖状况在空间分布上也存在较大差异性,从南北向来看,NDVI均值中部最低,南部最高,北部次之。从东西向来看,NDVI均值中部最低,东部最高,西部次之。年内尺度上,河南省月均尺度的NDVI呈现出明显的季节性,峰值出现在夏季8月,谷值出现在冬季1月。(2)针对径流模拟提升精度问题,本文选择洛阳市伊洛河流域作为研究区域,利用Arc SWAT软件进行建模,在SWAT-CUP软件中,对该流域2012-2019年进行了径流模拟、参数率定和参数敏感性分析排序,选择2012-2015年作为率定期,2016-2019年作为验证期,并结合近20年植被覆盖时空演变情况与径流进行相关关系分析。结果表明,验证期和率定期的纳什系数和决定系数即NS与R均大于0.5,模型都满足精度要求;将伊洛河流域植被覆盖数据输入SWAT模型,研究径流变化情况,,发现但近20年伊洛河流域植被覆盖虽有所改善,但是流域内径流变化不明显,也即伊洛河流域植被变化但对径流影响较小。

关键词： 景观格局   地表径流   SCS模型   城市内涝   雨洪调蓄   西安市主城区  

摘要： 受全球极端气候变化影响,气象灾害频发、突发、广发,全球范围内灾害事件发生频率增大、强度增强。近年来,局部短历时暴雨频频出现在我国大中城市,严重影响着城市安全并制约着城市经济发展和社会和谐稳定。城市内涝已然成为阻碍城市正常运转和健康发展的现实障碍与生态安全治理难题。与此同时,快速的城市扩张促使城市用地斑块发生动态变化,城市景观格局随之产生时空演变。城市景观格局通过减缓地表径流的产汇流过程作用于城市内涝发生的频率和强度。综合运用雨洪调蓄措施将城市景观格局规划与城市内涝防治结合,能有效减少短历时暴雨所产生的地表径流,缓解排水管网系统的压力,降低城市内涝的发生频次和强度,推动构建城市生态安全格局、实现可持续发展。本文选取西安市主城区为研究区。以2000—2019年遥感影像为数据集,提取西安市主城区景观格局时空分布图,结合实际土地利用数据进行修正。利用SCS模型、景观格局指数、Arc GIS和皮尔逊相关性分析方法,研究西安市主城区景观格局动态变化与地表径流变化间的关系。以优化自然景观、半自然景观格局为出发点,将城市景观格局规划研究与城市内涝防治结合,尝试提出基于雨洪管理的城市景观规划策略,研究过程以及研究结果表明:(1)西安市主城区2000—2019年景观格局呈现出高连通高聚集,斑块形状规则化,均质稳定化,景观蔓延度下降等发展态势。结合同期地表径流深度模拟结果与分析,研究区地表径流深度逐年增加,但径流深度增加量随时间变化呈下降趋势,其中2000—2005,2005—2010,2010—2015,2015—2019年分别增加4.99,4.95,3.55和3.33mm,即景观格局对地表径流量的滞留作用逐渐增大。(2)景观水平上,人工景观的最大斑块面积比例和斑块连接度指数与地表径流深度呈显著正相关,表明人工景观斑块越大、越集中,容易产生地表径流;而自然景观的景观形状指数与地表径流深度呈显著负相关,即自然景观斑块形状越复杂,地表径流产生量降低。(3)景观类型水平上,景观格局指数变化率与地表径流量年增长率呈显著相关性。其中建设用地等人工景观指数变化率和地表径流量年增长率呈显著正相关,相反绿地、耕地、水域等自然景观指数变化率与地表径流量年增长率呈负相关关系。综合土地利用转移矩阵分析可得,自然景观斑块形状越复杂,越有利于减少降水截留,有效减缓或消减地表径流量。(4)雨洪管理背景下的景观规划是从城市生态安全格局出发,结合雨洪调蓄措施提出城市内涝防治的景观规划策略,分别提出城市尺度下雨洪景观安全格局构建策略、街区尺度下的雨洪防控单元规划策略以及场地尺度下景观海绵体的场地调蓄策略。(5)景观格局优化可以充分发挥城市自然景观、半自然景观和人工景观的雨洪调蓄、旱涝调节、景观营造以及生态保护等多重复合功能,形成景观格局相互联动的雨洪管理生态系统网络,发挥城市排水减涝的整体效益,促进社会效益、经济效益和生态效益的协调发展。

关键词： 长江流域   长江中下游梅雨   华西秋雨   雨洪关系   时空变化   径流演变   洪水频率分析   遭遇风险   汛期分期   运行水位  

摘要： 受全球变暖和人类活动等因素影响,大气水文循环过程发生改变,导致暴雨洪水等极端水文事件频繁发生,水资源时空分布不均加剧,洪涝干旱灾害加重。论文开展了长江降雨时空变化与典型洪水遭遇风险分析研究,旨在揭示雨洪时空分布与遭遇特征,为水库运行管理提供科学参考和依据。论文的主要工作和结论如下:(1)分析了长江中下游梅雨和华西秋雨的时空变化规律。总结了长江中下游梅雨(1951～2020年)和上游华西秋雨(1961～2020年)的起止时间、雨期和雨量等基本气候特征。梅雨和秋雨的趋势性检验分析显示:梅雨历时和梅雨量序列基本保持上升的趋势,秋雨历时和秋雨量序列自90年代起呈现出下降的趋势,但在0.05水平下不显著;梅雨历时、梅雨量、秋雨历时和秋雨量序列在个别年份发生了突变,在某些时段存在一定的显著性周期。(2)开展了长江上游干支流径流演变及洪水频率分析计算。1951～2020年期间,金沙江、岷江、嘉陵江和乌江流量序列均呈现出下降的趋势,但在0.05水平下不显著;四江流量序列在个别年份发生了突变,在某些时段存在一定的显著性周期。混合von Mises分布和P-Ⅲ型分布能较好拟合屏山站、高场站、北碚站和武隆站的年最大洪水发生时间和量级序列,二者均通过了假设检验。(3)分析了长江上游干支流洪水遭遇风险。基于Copula函数,分别构造了干支流控制站两两之间年最大洪水发生时间的联合分布以及洪水量级的联合分布。以江西抚河为例,分析比较了干支流洪水遭遇的联合概率、同现概率和条件概率三种计算方法,发现条件概率适合描述洪水量级遭遇风险。最后求得长江上游干支流洪水发生时间和量级的遭遇概率,发现中小洪水的遭遇概率要高于大洪水的遭遇概率。(4)研究了长江中下游梅雨与三峡入库洪水的遭遇规律。1954、1998和2020年的西太平洋副热带高压异常,导致长江中下游梅雨偏强;当梅雨期偏长,甚至是出现二度梅雨时,长江上游洪水才可能与中下游洪水遭遇,形成流域性大洪水,一般年份仅发生区域性或局部性洪水。长江上游大水主要发生在7月下旬至8月上旬,当出梅较晚时,梅雨期可能与三峡水库的主汛期重叠,即长江上游洪水可能和中下游梅雨洪水遭遇形成流域性大洪水;8月中旬以后,即使三峡入库洪水仍可能较大,但梅雨先已结束,给三峡水库调度创造了有利条件。综合考虑均值变点方法计算得到的三峡水库汛期分期结果和长江中下游出梅时间等因素,建议三峡水库可在8月8日～9月10日期间,实现汛期运行水位动态控制并逐步抬高蓄水位,提高长江上游水库群的综合利用效益。(5)研究了华西秋雨与嘉陵江和汉江洪水的关系。1983、2011、2017和2021年的西太平洋副热带高压主体偏北,华西秋雨较为突出;嘉陵江和汉江流域受秋雨影响明显,形成多场次的大洪水,引发区域性洪水灾害。华西秋雨导致洪水,嘉陵江和汉江的夏汛秋汛分期特性显著,依据两江洪水秋汛期分期结果和秋雨起止时间等因素,建议嘉陵江亭子口和汉江丹江口水库把握秋汛汛末蓄水时机,在确保防洪安全的前提下提高水库蓄满率。

关键词： 径流   气候变化   人类活动   SWAT模型   秦巴山区  

摘要： 水资源是人类生存和发展不可或缺的战略性资源,河川径流则是水资源重要的存在形式,径流量能在一定程度上反映区域水资源量的丰歉状况。气候变化对全球水循环的影响推动着径流的变化,人类活动则通过土地使用管理等行为改变径流的变化趋势。秦岭-巴山地区(简称秦巴山区)是中国南方与北方的过渡带,亦是南水北调中线工程的水源区,辨析秦巴山区径流格局变化及其对气候和人类活动的响应意义重大。鉴于此,本文以秦巴山区为研究区,基于气象水文和土地利用等数据,采用多种时间序列统计方法,全面分析秦巴山区不同时间尺度特征降雨指标及潜在蒸散量、地表覆被和径流量的时空变化特征;从西到东选取秦巴山区6个典型流域,构建适用于典型流域的SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,评估了线性回归法、双累积曲线法、天然径流量还原法、基于Budyko假设的弹性系数法及SWAT模型的应用效果并定量估算气候变化与人类活动对流域径流量变化的贡献,分析区域径流对驱动因子响应特征的空间差异;构建流域统计降尺度(Statistical Down-Scaling Model,SDSM)模型,将Can ESM2(the second generation Canadian Earth System Model)模式的三种典型浓度路径(Representative Concentration Pathway,RCP)情景RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5下流域2031-2100年的逐日气候要素序列输入流域SWAT模型以预测未来径流量的变化。取得的主要研究结果如下:(1)揭示了不同时间尺度下秦巴山区特征降雨指标、潜在蒸散量及土地利用/覆被的变化特征。降雨、蒸散及地表覆盖是影响秦巴山区径流变化的重要易变因素。1960-2019年间秦巴山区的年潜在蒸散量以4.9 mm/10a的速率显著下降,而降雨量、持续干旱日数(CDD)、持续湿润日数(CWD)、中雨日数(R10)、大雨日数(R25)、最大一日降雨量(RX1day)及降雨强度(SDII)等特征降雨指标中,仅SDII呈显著上升趋势(p<0.05)。除CDD和CWD外,其余指标多年平均最大月均值均出现在7月,但4月和6月是特征降雨指标和潜在蒸散量年际间变化更显著的月份。秦巴山区整体表现为南润北旱东湿西干,东部和西北角分别更易发生洪涝和干旱灾害。区域土地利用类型以林地、草地和耕地为主;林地主要分布在东部,耕地和建设用地的分布地区基本一致。1980年至2020年,耕地和草地面积分别减少2108 km和2047 km,其他土地利用类型的面积均有不同程度的增加,其中建设用地的增幅最大(104.9%)。秦巴山区的植被覆盖度在原有高水平上依然得到明显改善尤以低覆盖区显著,NDVI值从1994年的0.79增加至2015年的0.86。多年平均NDVI整体呈四周低中间高,西北及东北低,中部及南部高的特征。1982-2015年区域年NDVI值以0.09%/a的速率极显著增加,除9月外的其余各月NDVI年际间均呈增加趋势且4月的NDVI增加率最大(0.5%/a,p<0.01)。(2)阐明了秦巴山区主要河流长时间序列实测年径流量的时空演变特征。流出秦巴山区而汇入长江的长江一级支流岷江、嘉陵江及汉江1960-2018年的年均径流量(分别为128.58×10 m、181.13×10 m和342.37×10 m)均远远大于流经或流出区域而汇入黄河的黄河一级支流洮河、渭河及伊洛河的年均径流量(分别为44.76×10 m、36.76×10 m和22.78×10 m)。洮河红旗站、渭河咸阳站及伊洛河黑石关站的实测年径流量分别以0.33×10 m/a、0.33×10 m/a和0.67×10 m/a的速率极显著下降(p<0.01);岷江彭山站、嘉陵江亭子口站及汉江黄家港站的年径流量则分别以0.47×10 m/a、1.46×10 m/a和2.31×10 m/a的速率呈显著下降趋势(p<0.05)。除渭河咸阳站的年径流量在1993年发生极显著突变(p<0.01)外,其余水文站年径流量显著突变年均为1990年;相对于各自的基准期(突变年以前时段),变化期(突变年以后时段)各主要河流年均径流量的减少率在12.52%(岷江彭山站)～50.43%(渭河咸阳站)之间,且河流年径流量进入枯水期的年份与突变年份一致。洮河红旗站年径流量的年际波动较渭河咸阳站和伊洛河黑石关站小,而汉江黄家港站年径流量年际波动大于嘉陵江亭子口站和岷江彭山站。汉江黄家港站和嘉陵江亭子口站年均径流量均大于岷江彭山站,但彭山站以上集水面积1960-2018年的年均径流深(408 mm)及除20世纪80年代外的年代径流深均最大。(3)不同时段秦巴山区主要河流干、支流站径流量的年内分布及季、年变化趋势并不

关键词： 郑州市   景观格局   地表径流   SCS-CN模型   MCE-Markov-CA模型  

摘要： 快速城市化发展使城市地表覆被构成发生剧烈变化,不透水景观侵蚀、割裂原有自然或半自然景观,区域景观格局在发生变化的同时,极大降低了下垫面景观对雨水的拦截、渗透能力,引起地表径流量的增加,导致城市雨洪灾害频发。探索城市景观格局与地表径流的相互关系,对于优化城市景观空间和保护城市生态安全意义重大。本文以郑州市为例,以2000年、2010年、2020年为时间节点,采用景观格局指数计算、SCS-CN模型模拟、相关性分析、主成分回归分析、MCE-Markov-CA模型模拟等多学科方法量化景观格局指数与地表径流之间的相关性,探究郑州市景观格局演变对地表径流变化的影响规律。主要结论如下:(1)研究期间郑州市城市快速发展,城市发展以增量用地为主,城区向周围蔓延式张,整体上向东部迁移,耕地比重最高但持续降低,建设用地占用大量耕地,其他类用地相较耕地、建设用地变化不明显。城市土地利用变化改变了下垫面的景观格局,1.8km特征尺度下的景观空间分布差异显著,但分布格局类似,整体上呈现出斑块破碎化、形状复杂化、聚集度增加、邻接性减弱的景观格局特征。(2)经过修正的SCS-CN模型准确模拟了郑州市地表径流。研究期间郑州市平均地表径流不断增加,但增幅降低;地表径流空间分布差异性显著,呈现“城镇周边增加,城区降低;东部增加,西南降低”的特点,径流量的变化和空间分布的差异性受到政策、规划等多种因素的影响,地表径流减少汇水区主要为河流、湖库等水体所在汇水区,地表径流增加汇水区主要位于主城区。(3)景观组成变化及景观水平变化与地表径流变化间的相关性各不相同。耕地和林草地等透水景观能有效减少径流的产生。地表径流变化与LSI、PD景观指数变化呈正相关关系,与COHESION、FRACM、LPI、IJI的变化呈负相关关系,即景观斑块破碎化程度越高、形状越复杂且各类型景观斑块间的邻接性越低,径流量的增幅就越大,而透水景观斑块之间越连通,形成的景观格局有利于水文循环系统的径流拦蓄削减和调控。(4)MCE-Markov-CA模型能够准确模拟郑州市未来土地利用情景。预测2030年郑州市耕地面积将减少了 11.87%,建设用地面积将增加12.37%。同一时期的土地利用条件下,郑州市平均径流深度随着降雨强度的增加而增加;相同降雨重现期条件下,不同时期上地利用的平均径流深度逐年增加,增加幅度呈现先减少后增加趋势。特征汇水区的产流量随着时间推移和降雨强度的增加不断增加,淹没范围集中在汇水区地势较低的东北部,主要分布在水体周围,与汇水区的地形、景观类型和构成等因素有关。

关键词： 窟野河流域   无定河流域   河流径流   演变特征   影响因素  

摘要： 过去几十年,全球大部分河流径流在气候变化与人类活动共同作用下发生显著变化,窟野河与无定河位于陕北榆林地区,独特的自然地理条件使得研究区生态环境脆弱,对水资源的依赖性强,并且煤炭开采等人类活动的干扰更是加剧了水资源的短缺。本文基于研究区水文气象数据,以及水保面积、煤炭开采量等资料全面分析了两条河流径流基本特征,径流序列的演变特征,以及定量计算了气候因素与人类活动分别对河流径流变化的影响程度。主要成果如下:(1)窟野河径流年内分配极其不均匀,径流主要集中于7～9月,径流不均匀系数Cv多年平均值为0.83,完全调配系数(Cr为0.33;无定河分别为0.35与0.14,无定河径流年内分配相对窟野河表现均匀,随着河道径流的减少,两条河流径流年内分配趋于均匀。从20世纪50年代开始,径流量相对多年平均总体呈现丰水-平水-枯水的变化趋势。(2)窟野河1958～2020年径流量呈显著下降趋势,未来河道径流量总体将继续呈下降趋势;研究时段的突变点为1979、1996年,则可分为三个径流序列,即基准期:1958～1979年,人类活动影响期:1980～1996、1997～2020年;研究时段内主要存在4个主周期,分别为4a、9a、15a、29a。无定河1958～2020年径流量同样呈显著下降趋势,未来河道径流量依然将呈下降趋势;研究时段的突变点为1971、1988年,依次分为三个径流序列,基准期:1958～1971年、人类活动影响期:1972～1988、1989～2020年;研究时段内主要存在5a、16a、32a三个主周期。两条河流的径流与降水均呈正相关,与年平均气温均呈负相关。径流与降水、气温在某些时间段均存在时间尺度不等的显著共振周期,例如1964～1972在高能量区窟野河径流量与流域降水量存在2～4a的显著共振周期,1988～1998年在高能量区无定河径流与气温存在2～5a的显著共振周期。(3)利用逐步回归模型得到两条河流各个时期径流显著影响因素及相应减水量,其中1960～2015年窟野河径流显著影响因素为降水、气温、水保面积与煤炭开采量。基于基准期(1960～1979年)人类活动影响期1980～1996、1997～2015年煤炭开采造成径流减水量分别是115.2×104m3、7821.2×104m3。无定河1960～2015年窟野河径流显著影响因素为降水、气温、水保面积,基于基准期(1960～1971年)人类活动影响期1972～1988、1989～2015年水保措施造成的径流减水量分别是23644.9×104m3、46599.1×104m3。

关键词： 隧道涌水   水文模型   HEC-RAS   水量模拟  

摘要： 在铁路建设过程中,突涌水风险日益成为最严重最频繁的水文风险.针对突涌水从隧道口涌出后形成的地表径流,利用HEC-RAS水文模型对径流的排放演变规律进行模拟.水文模型模拟结果表示,隧道涌水径流的流速显示出上下波动的变化趋势,在径流末段平均流速为6.16 ft/s,流速较慢,在隧道口流速最快,最大值达到18.04 ft/s.径流的流动面积最大值出现在径流中段.同时,径流的水面宽度与流速和流动面积呈现出相同的变化趋势,水面宽度从隧道口涌出后先增加后减少,最大值出现在2号横断面.