关键词： 宜昌站   径流变化   水文情势   HMA方法  

摘要： 通过1878-2010年宜昌站日径流数据,应用IHA指标分析和直方图匹配法等方法,分析宜昌站径流演变规律。结果显示:宜昌站的天然径流变化时间点与长江上游建设的水利工程时间是相吻合的。由于上游的水库调节作用,径流量的大小呈下降趋势,频率、延时和逆转次数都有明显改变。在城市化发展日趋加快的今天,用水日益增加,如何使人们用水得到保障而又对生态不产生重大影响,这就必须加强地表水资源的保护和调控。

关键词： 大凌河   径流演变   驱动因素   人类活动   降水  

摘要： 基于1960-2011年辽宁省大凌河干流代表测站年降水量和径流资料,分析了该流域降水量和径流的演变特征,并评价了降水和人类活动因素对大凌河流域径流演变的影响。大凌河流域降水量无显著减小趋势,而径流深显著减小;1960-1979年为天然时期,人类活动对径流影响很小,与之相比,以后各时期降水—径流关系具有相同降水量对应的径流深明显降低、径流对降水的敏感程度降低、降水-径流关系趋于紊乱,相关性逐渐降低等特点;对于1980年代和2000-2011年两个枯水期,各区间降水和人类活动因素对径流深均为减小作用,两者对径流减少的贡献率分别为44%、56%;1990年代降水因素对大城子径流为减少作用,减少量为11.73mm,对大城子-凌海、凌海的径流为增加作用,增加量分别为11.81、7.99mm,但由于人类活动,其径流深仍为减小。

关键词： 小流域   径流演变   降水类型   贡献率   经验模型   造林工程  

摘要： 近40年北京山区来水量急剧减少,造成下游地区水资源日趋紧张,降水和土地利用变化被认为是径流减少的主要因素.为量化降水和土地利用变化对流域径流的影响,以密云水库集水区半城子小流域为对象,采用基于分离评判原理的水文分析法及多年水量平衡模型,定量分析了1989~2011年间降水和土地利用变化对小流域年径流的影响.结果表明:半城子小流域年降水量及产流型降水量在1989~2011年间分别呈波动下降趋势但下降趋势不显著(p>0.05),而年径流显著减少(p<0.01);结合年径流累积曲线及独立样本T检验,年径流量在1998年发生减少突变;1989~2011年间气候变化对半城子小流域径流减少的贡献率为80.24%;而土地利用变化的贡献率仅19.76%;情景模拟表明,不同植被类型变化对年径流变化的影响差异较大,当单位面积森林、草地和农田分别转化为城镇建设用地时,流域多年平均径流分别增加:1.30、0.21和0.30mm.研究结果旨在为北京山区森林小流域水土资源规划及管理提供参考.

关键词： 五华河流域   景观格局   径流   泥沙   响应机制  

摘要： 景观格局及其生态效应是当前土地利用变化研究领域的热点和前沿问题。从流域景观格局及其对生态水文影响的视角来研究土地利用变化的生态水文效应对流域景观格局优化和水沙资源合理利用和保护具有重要的理论和现实意义。本文选用五华河流域河子口水文站以上的流域部分作为研究区域，基于土地利用数据、土壤数据、DEM、气象数据和水文数据，利用SWAT分布式水文模型进行径流和泥沙模拟;运用景观格局指数分析方法和数理统计方法分析该流域的土地利用景观格局特征;通过对流域径流和泥沙负荷的计算、运用Pearson相关性分析方法分析景观格局变化率与径流和泥沙的变化率的相关性，进而揭示景观格局的变化对河流径流和泥沙变化影响的相关性，分析径流和泥沙对景观格局变化的响应机制，为流域水资源的维护、水土流失的治理、土地利用的合理规划以及景观的优化提供科学依据。本研究的主要结论为:\n (1)流域SWAT模型径流和泥沙的模拟精度达标，SWAT模型适用于五华河流域。校正期的径流Re、R2、Ens值分别是18％、0.70、0.68，泥沙Re、R2、Ens值分别是21％、0.63、0.62;验证期的径流Re、R2、Ens值分别是16％、0.66、0.62，泥沙Re、R2、Ens值分别是18％、0.84、0.78，校正期与验证期径流和泥沙模拟精度都达标。\n (2)流域径流和泥沙的变化特征:年内分配来看，径流主要集中在4-8月份，其中6月份的径流量最大，泥沙主要集中在3-8月份，4月份的输沙量最大，泥沙主要集中月份和径流基本保持一致。年际变化来看，径流量和输沙量在研究区间内年际变化上都呈现出下降趋势，其中径流在1984年发生突变，年输沙在1993年左右发生突变;周期上来看，流域径流、泥沙具有周期性变化，但周期性不明显，径流具有4年、12年准周期，泥沙具有9年、14年准周期，径流和泥沙在大尺度的周期上基本保持变化一致，且推测得2000-2012年间，径流和泥沙均呈现下降期。\n (3)通过景观格局指数的空间粒度效应分析，确定该流域1∶10万土地利用图的最适宜空间粒度范围为30-90m，本研究选用60m作为栅格像素，并使用因子分析方法选出代表性较强的景观格局参数。\n (4)流域土地利用变化特征:流域以林地为主，其中有林地所占比重最大，其次是耕地和草地，建设用地所占比重较小，1986-2000年期间流域土地利用变化的特征主要为有林地经历由增加-减少-增加的过程，草地、水域和疏林地经历减少-增加-减少的过程，耕地、建设用地、灌木林和其他林地经历减少-增加-增加的过程，且空间上变化不明显。\n (5)流域土地利用景观格局变化特征:研究区间内耕地破碎度增加，有林地、灌木林、其他林地、草地和水域的斑块数量和平均斑块面积增加，总体上集中分布趋势明显，五华河流域随着时间的推移，土地利用程度变复杂，景观变化受人类活动的影响增强。\n (6)景观类型变化对径流和泥沙的影响:灌木林、有林地、草地土壤侵蚀模数增加，土壤侵蚀强度加大，耕地、灌木林“增流增沙”作用明显，其它林地、建设用地、水域“减流减沙”作用明显，不同景观类型的径流量贡献和产沙量贡献是保持一致的。从空间变化过程来看，径流输出量和泥沙输出量的变化主要发生在靠近汇水口区，上游变化不明显，说明上游保护较好，受人类活动的影响小，其中径流量的变化主要集中在61-157m3和391-601m3两个区间，输沙量的变化主要集中在298680000-1390960000t之间。\n (7)景观格局指数变化对径流和泥沙的影响:从景观水平上来看，空间配置方面:PD、SHEI和AREA_MN三个指数的变化对径流影响较大，斑块的均匀破碎化是造成径流量减少的主要原因;景观组分指数方面:疏林地和建设用地增加会造成径流量总量的增加，其中疏林地径流量的增加的贡献更大。此外，景观水平上的指数对泥沙量变化的影响不显著。在枯水期景观水平的景观格局指数对径流量的变化影响更大，在丰水期则对泥沙量的变化影响更大。\n 从类型水平上来看，对径流而言，类型景观格局指数变化对枯水期径流影响较大，全年次之。耕地LSI与径流呈显著负相关，疏林地、灌木林地、其他林地和建设用地PD均与径流呈显著正相关，有林地PD与径流呈显著负相关，建设用地IJI与径流成显著正相关，草地IJl和径流呈显著负相关。\n 对泥沙而言，类型景观格局指数变化对丰水期泥沙影响较大。泥沙变化率与耕地、有林地、建设用地和草地类型代表性景观格局指数不存在显著相关性。疏林地DIVISION与丰水期泥沙量变化率呈显著负相关，全年泥沙与LPI呈显著正相关。灌木林和其他林地PD与丰水期泥沙变化率呈显著负相关。\n 总体来看，景观格局指数变化对枯水期径流影响较大，对丰水期泥沙影响较大。

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： 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： 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： 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1956013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1956013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1956013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： 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。