关键词： 锡林河流域   径流量   变化规律   气候变化   人类活动   改进的BP神经网络   SWAT模型  

摘要： 锡林河流域作为我国高原内陆河草原流域最具代表性的区域,随着气候变化和人类活动强度的加大,高原内陆河草原流域水资源短缺,生态环境日趋恶化,许多流域的水文过程均发生了不容忽视的变化。学术界将流域径流量发生变化归因于气候和人类活动综合作用的结果,因此,定量分析气候变化和人类活动对高原内陆河径流的影响以及模拟径流的时序演变过程已经成为21世纪水文水资源科学家研究的焦点。本文以内蒙古半干旱内陆河草原流域作为典型研究对象,基于水文、气象和社会经济等数据,利用累积距平法、双累积曲线法、改进的M-K趋势检验法、累积量斜率变化率比较法和小波变换法等方法进行了锡林河流域径流演变规律的分析,定量计算了气候变化和人类活动对径流变化的贡献,并对径流的时序演变过程尝试采用BP神经网络模型和SWAT模型来进行模拟,旨在探讨以锡林河流域为代表的北方半干旱地区社会经济发展中的流域水文效应。主要结果如下:1.从年代尺度看,锡林河流域年径流在20世纪90年代最大,在21世纪初最小,尤其是21世纪初相对于20世纪90年代减少了54.90%。在年时间尺度上,流域的径流量多年来呈现显著减少的趋势,2012年径流量达到最大值,在具有最大降水量的年份没有最大径流量,而具有最小降水量的年份具有最小的径流量。在季时间尺度上,丰水季的径流量明显小于枯水季的径流量,但丰水季的降水远大于枯水季的降水,这可能是流域融雪和河网的储冰解冻形成春汛使流域径流增大引起的。总体来看,在变化环境下,无论时间尺度如何,锡林河流域径流在1963-2015年呈现显著的下降趋势。2.变化环境下锡林河流域年径流量呈现显著的下降趋势,而降水的整体变化趋势不明显;1998年之前的降水-径流关系与1998年之后的降水-径流关系呈现不同,自1998年以来由于人类活动进程的加剧改变了天然径流的机制和变化规律;年径流量和枯水季径流量存在6年和25年左右的变化周期,丰水季径流在分析序列中不存在显著周期,遵循一个更大的周期变化。3.人类活动主要影响着不同时间尺度(水文年或季)的半干旱草原流域径流的变化特征。锡林河流域年径流与气候因素中的降水量、相对湿度呈显著正相关,与蒸发、全部人类活动因素呈显著负相关;丰水季径流与气候因素中的降水量、降水天数、最大降水强度、平均降水强度和相对湿度呈显著正相关,与风速和温度呈显著负相关,与人类活动所有要素呈显著负相关;对于枯水季径流,与气候指标中的相对湿度呈显著正相关,与温度呈近负相关,与人类活动中的人口、GDP、PIP和SIP呈负相关。4.造成锡林河流域径流减少的关键因素是人类活动,它对径流减少的贡献率为59.66%,人口增加、畜牧业及工业发展等社会经济因素共同影响着流域的径流。气候波动对于径流减少的贡献率为40.34%,对于研究流域径流的减少趋势贡献相对较小。5.基于统计相关检验筛选的模型模拟输入因素,以BP神经网络模型实现了锡林河流域径流量与气候和人类活动因素之间非线性函数关系的模拟,取得了较好的模拟效果,表明神经网络模型对流域径流量时序演变模拟的总体适用性较好,尤其在无法实现分布式水文模拟时,可以考虑在该流域应用此方法。6.基于锡林河流域的水文气象数据、DEM数据、土壤及土地利用数据等建立了流域的SWAT模型,对锡林河流域的年径流量进行模拟,结果显示:径流模拟效果的评价指标效率系数(Ens)、决定系数(R2)和相对误差(Re)分别在0.64-0.67、0.61-0.64和14.8%-19.6%之间,此结果表明实测径流量与模拟径流量具有较好的拟合度,模拟的结果较为满意。

关键词： 非一致性   气候变化   水热耦合   可调水量   汉江流域  

摘要： 气候变化及人类活动使得流域水循环的降雨、径流等关键要素发生了突变,致使传统水文分析计算中水文序列一致性条件不再成立,使基于水文一致性假设构建的水利工程调度规则与需进一步修正。本研究以汉江丹江口以上流域为典型研究区,结合大气环流模式,系统分析了不同气候变化情景下径流非一致性变异对丹江口水库入库流量过程的影响及其对南水北调中线调水工程可调水量及下游生态水量的影响,为下游未来建设水利工程设施及水资源优化利用提供参考意见。本文主要研究结论如下:（1）汉江安康以上及丹江口以上流域近45年气温、降水及蒸发能力均呈增加趋势;两个流域径流变异时间均为1990年,与气温、降水及蒸发能力发生变异的年份相近,说明气候因子变化是造成径流变异的影响因素;由基于流域水热耦合模型的归因分析可知,相较于下垫面情况,流域径流对气候变化比较敏感,但由于流域内下垫面情况改变剧烈,因此导致人类活动影响造成的土地利用改变成为流域内径流变化的主要因素。（2）安康以上及丹江口以上流域未来RCP4.5情景下气温呈升高趋势,不同气候模式预测升温幅度在1.2-3.6℃之间;蒸发能力的变化受气温变化控制,其变化趋势与气温变化趋势相同。基于相同下垫面条件,仅考虑未来气候变化对径流的影响,未来期径流折合径流深度将减少25.7mm,其中降水的影响为为-16.0mm,蒸发能力的影响为-9.7mm,说明影响径流演变的气候因子中降水为主要因素,其对径流演变的贡献较大。（3）基于已有1967-1997水文年调度规则及气候模式模拟结果获得2020-2030水平年丹江口水库调水情况。结果表明与基准方案相比,方案一（叠加未来气候变化）中未来气候变化将导致径流呈衰减趋势;方案三及方案四在未来气候变化基础上叠加引汉济渭近期10亿m及远期15亿m调水规模,此两种方案下丹江口水库入库水量均不能满足规划的调水需求,其中方案四未能达到95%的下游供水保障率要求,是最不推荐方案;方案五及方案六在上述两方案基础上叠加引嘉入汉4.8亿m的调水,多年平均调水量有所增加,说明引嘉入汉调水对引汉济渭有一定改善作用,但仍不能满足调水规划需求。

关键词： 气候变化   全球典型江河   径流   产水系数  

摘要： 江河径流是陆地水循环的重要组成部分,而陆地水循环又是水循环的重要分量,与水沙、水化学和水生态过程存在多向互馈,它的变化也会对全球变化产生显著影响。在气候变化和人类活动的综合影响下,陆地水循环过程和通量发生改变,干旱和洪涝等极端水文事件频繁发生,同时对水资源产生了显著影响,诱发了一系列生态环境效应,对社会经济发展和生态环境健康造成危害。识别气候变化背景下典型江河径流的时空分布规律及演变趋势,能够为陆地水循环演变及其在全球变化中的作用研究奠定基础,更是应对全球气候变化、解决水危机的重要基础和关键支撑。本文选取了全球40条典型江河,对入海径流量和径流系数的时间变化趋势、空间分布规律进行了分析,并对基于Budyko假设的径流变化归因分析方法进行了改进,定量计算了降水、潜在蒸散发、下垫面、冰川融水及人类活动对径流量变化的弹性系数和贡献率。选取黄淮海流域和长江流域为典型区,运用聚类分析等方法分析了产水系数、产水模数的演变规律,降水量、暴雨日数、无雨日数、植被覆盖度和土地利用对产水系数的影响程度,及产水模数与降水特性的关系。基于径流系数与径流和降水的关系,利用40个典型流域径流系数进行空间插值,再根据降水数据得到全球陆地径流量分布,分别从大洲、纬度带及全球总体不同尺度对径流量的时间变化和空间分布进行了分析。本文主要结论如下:(1)典型江河中径流量呈下降趋势的河流较多,在北美洲和非洲,河流径流量主要呈下降趋势,在欧洲主要呈上升趋势。径流系数变化相对稳定,在少数人类活动影响较大的流域中呈下降趋势。气候因素是径流量变化的主要影响因素,仅有约1/4的河流径流量受人类活动影响较大。径流量在亚热带季风性湿润气候和热带草原气候带内多呈上升趋势;在热带雨林气候、热带季风气候带内多呈下降趋势;在温带季风气候、温带大陆性气候和温带海洋性气候带内变化不大,基本呈稳定状态。中高纬度带径流量多呈上升趋势,中低纬度带人类活动影响较大的地区径流量多呈下降趋势,同时径流系数也呈下降趋势。(2)黄淮海流域产水系数在时间上变化较小,总体趋势为西部下降、东部上升;在空间上,从黄河流域中北部向周围逐渐增大。从影响因素看,产水系数与降水量、暴雨日数呈正相关,与无雨日数呈负相关;NDVI与产水系数变化率虽为正相关,但两者上升率却为负相关;土地利用类型的影响相对较小。长江流域产水模数在时间变化上表现为东部上升、西部不显著下降。在空间上,除中部偏西地区有异常外,大致为从北到南逐渐增加。产水模数的时空变化均与降水有密切联系。(3)近50年全球陆地径流量呈不显著上升趋势,上世纪90年代以后其年际变化频率和幅度均增大。六大洲中,只有非洲呈显著下降趋势,其余各洲无显著变化趋势。高纬度地区呈显著上升趋势,中、低纬度地区变化趋势不显著。各大洲、各纬度带的分段趋势各不相同。中低纬度带位于亚洲中北和西南部、北美洲北部和西南部、非洲北部及大洋洲的地区,径流量、降水量和蒸散发量均较小。中高纬度带位于亚洲东部和欧洲的地区,径流量、降水量和蒸散发量均较大。南美洲北部和东南亚的赤道两侧低纬度地区,降水量、蒸散发量和径流量均很大。此外北美洲东部、南美洲东部和非洲中部部分地区,降水量、蒸散发量大但径流量小。

关键词： 城市化   管流   径流   极端降水   LID  

摘要： 城市地区水循环的特殊性和复杂性在于其受人类活动强烈影响,自然水循环路径上加入了人类社会系统产生的水的入流和出流,并严重改变了水循环的过程,形成了自然-社会二元水循环系统。以往对城市水生态问题的研究主要集中于城市圈的河道外水文循环过程,然而,关于城市化对城市河道内外完整系统水文过程的研究相对不足。本研究选择中原地区发展迅速的中心城市——郑州市为研究区域,采用模型模拟的方法,以城市水文过程为中心,从城市化进程、极端降水、“海绵城市”三个方面着手,开展了城市化下城市水文过程的特征。主要研究结果如下:(1)基于MIKE 11和MIKE Urban平台,利用郑州市区的地形、管网、水系、河道断面资料,构建了研究区城市排水与城市河流动力学耦合模型,通过对小尺度区域降水过程中水深分布特征分析,率定管网模型参数;同时利用贾鲁河郑州市区出境断面实测径流,率定城市排水与城市河流动力学耦合模型参数,结果表明,模拟值与实测值较好吻合。(2)基于不同城市化水平下土地利用类型和社会经济要素的变化,模拟城市化进程中城市水文响应特征。结果表明,随着城市化水平的提高,城市化进程对城市管网系统径流系数和径流峰值的影响变大,并且对汛期河道洪峰的影响明显大于非汛期,以及对丰水年河道洪峰的影响作用要远大于枯水年。(3)极端降水事件对城市化作用具有较好的响应,在同一重现期下,随着城市化水平的提高,城市排水管网的产流明显增大,管流峰值明显提前,积水时间有所延长,河道径流洪峰出现时间明显提前,洪峰流量明显加大,随着重现期的增加,其影响越来越大。(4)通过增加下垫面的透水率和雨水蓄积利用率以及河道调蓄能力,明显削减了管道出流和河道径流,但使短历时暴雨下的管流和河道洪峰流量出现时间提前。

关键词： 西南   河源区   径流   趋势   突变   响应  

摘要： 为了研究西南河源区径流变化的区域一致性和差异性规律,本文利用西南河源区6个水文站近50年的日径流资料以及西南河源区地面气温和降水月值0.5°×0.5°格点数据,通过线性倾向估计、累积距平、Mann-Kendall突变诊断、t检验等方法,分析西南河源区20世纪下半叶到21世纪初的年径流演变规律和径流对气候要素的响应。结果表明:西南河源区大部分站点年径流呈下降趋势,但变化趋势不明显。其中在20世纪60年代初,河源区年径流总体有小幅的上升;20世纪70年代一直到20世纪末,年径流一直呈下降趋势;21世纪以来,年径流有所回升;河源区西北部和东南部的径流突变主要发生在20世纪60年代中期和20世纪末21世纪初,在两处突变点之后径流分别呈下降和上升的趋势;河源区径流主要受降水和气温的影响,其中降水的影响较大。

关键词： 年径流量   水资源调度   时间序列   水资源利用效率   水资源短缺   河流水系   冰雪融水   小波变换   大气降水   河流水资源  

摘要： 水资源短缺已逐渐成为全球性问题,如何有利加强水资源调度,合理分配进而缓解水资源匮乏,急需增强流域内有限的水资源利用效率。所谓河流水资源,即经大气降水或冰雪融水最终汇入河流水系的水,且能为人类生产生活提供帮助,

关键词： 径流演变   气候变化   人类活动   蒸发率函数   阜阳站  

摘要： 径流演变特征研究可为在变化环境下制定流域水资源规划、建立流域水文响应机制提供科学依据。以沙颍河流域代表水文站阜阳站为例,运用M-K检验法和小波分析法分析了1956年-2011年径流变化特征,并从气候变化及人类活动的角度分析了径流变化的主要驱动因素。结果表明:沙颍河阜阳站径流总体呈下降趋势,但下降趋势不明显,总体未达到95%显著性水平;在1966年前后存在明显的突变点;径流存在13a、26a两类周期变化特性,周期演变过程受人类活动影响显著。就驱动因素而言,人类活动对径流变化的贡献率在65%以上,气候变化对径流变化的影响较弱,表现为从负向到正向的趋势。

关键词： 径流演变规律   DFA分析   Hurst指数   长期水库调度   尼尔基水库  

摘要： 尼尔基水库作为多年调节水库,为了妥善处理实际调度运行过程中,防洪调度和兴利调度之间的矛盾,充分发挥水库的社会效益和经济效益,需要对水库径流的演变规律进行分析。本文运用DFA分析方法,计算出径流序列的Hurst指数值,通过对比分析,有效判别出径流长期的演变趋势,为水库长期合理调度提供了理论参考,对水库调度具有十分重要的指导意义。

关键词： 宁江流域   景观格局   径流  

摘要： 基于1986—2013年宁江流域5个气象站降水量和河口水文站径流量数据,以及1986、1995、2005、2013年流域土地覆被分类数据,运用景观格局指数分析和统计分析方法,分析宁江流域径流与景观格局变化的关系.结果表明:1986—2013年宁江流域降水量波动较小,径流量在2002年之后出现下降趋势,且2002年以前降水量与径流量曲线吻合一致,2000年以后吻合性较低,运用Mann-Kendall检验法发现宁江流域年径流量突变点出现在2002年;1986年以来,随着城镇化发展与退耕还林政策的实施,宁江流域建筑用地、林地、未利用土地面积增加,耕地、草地面积减少,水体面积变化不大;受人类活动加剧的影响,流域内斑块数量、斑块密度、最大斑块指数激增,流域整体景观破碎度加大;宁江流域径流量与景观斑块数量、斑块密度、最大斑块指数及散布与并列指数相关性较大,与香农多样性指数、景观蔓延度、斑块形状指数及景观形状指数相关性较小.当斑块数量大于2 500个、斑块密度大于18个/km2、散步与并列指数大于66%以及最大斑块指数大于50时,径流量随此4个指数的增大而增大.

关键词： 三江源区   径流演变   Mann-Kendall检验   Morlet小波分析   累积距平   滑动t检验  

摘要： 通过线性回归、滑动平均、Mann-Kendall检验、累积距平、滑动t检验和Morlet小波分析等方法分析了三江源区1956—2012年的年径流量演变规律。结果表明:57 a来直门达、吉迈和香达站的年径流量呈上升趋势,唐乃亥站的年径流量呈下降趋势,直门达站的年径流量通过显著性检验;直门达和吉迈站均在2004年发生显著性均值突变,其余站点突变不显著;三江源区年径流量均存在6~8 a和23 a左右的主周期,以23 a左右时间尺度上的信号最强,周期相位变化均存在3个偏多期和2个偏少期。研究结果可为我国中下游的水资源保护与管理提供参考依据。