疏勒河流域径流量和输沙量变化规律

[目的]探索疏勒河流域水沙变化特性,可为国家实施西部生态安全战略提供科学支撑。[方法]基于疏勒河流域昌马堡、潘家庄、党城湾3个水文站的实测径流量和输沙量序列资料,运用滑动平均、Mann-Kendall突变趋势检验和小波分析法等方法,分析了疏勒河流域径流量和输沙量变化规律。[结果]疏勒河流域年径流量和年输沙量均呈递增趋势,且输沙量增大趋势大于径流量,昌马堡、潘家庄、党城湾3个水文站径流量分别在1999年、2016年、1982年发生突变,昌马堡和潘家庄年输沙量突变均发生在1998年,党城湾输沙量没有突变;疏勒河流域3个代表站的径流量和输沙量都呈现出多时间尺度的演化特征,昌马堡径流量主周期为58 a,31 a,14 a,9 a和5 a,输沙量主周期为48 a,23 a,14 a,7 a和5 a,潘家庄径流量主周期为59 a,32 a,14 a,输沙量主周期为37 a,14 a,8 a和5 a,党城湾径流量主周期为42 a和5 a,输沙量主周期为16 a和8 a。[结论]疏勒河流域水沙总体呈递增趋势,且存在明显的周期变化,除党城湾的输沙量没有突变发生以外,其余站点水沙均有突变发生,同一水文站输沙量的突变的发生滞后于径流量的突变。

基于地球河流扇预测模型的火星地表水径流量预测

【目的】火星表面的水活动地质历史一直是科学界关心的热点,直接影响着火星探测的研究方向。【方法】根据火星和地球的可对比性,建立了融合345个地球现代河流扇沉积的数据集并形成了高精度扇体面积预测模型,从而识别火星上的河流扇沉积,预测火星河流扇发育期的地表水径流量。【结果】结果表示,在火星南部高地霍尔顿陨石坑附近识别出一个面积约84.35 km^(2)的典型河流扇沉积,并反向预测出该扇体形成需要的年平均地表水径流量为1.8828×10^(6)m^(3),推测出该区域径流量不是由单一降水构成,为雪山(冰川)融水和降水多种来源。【结论】该成果是河流扇研究在行星沉积学中的应用,为进一步深入研究火星和其他天体地表水活动提供了新的方法。

信号处理技术与残差分析联动的异常径流量判定方法

对异常径流量的判定是保证流域安全的重要手段。针对单一判定法可能存在的误判,本文提出了信号处理技术与残差分析联动判定法。该方法从两种不同角度分析异常径流信息,首先以经验模态分解法(EMD)获得包含异常信息的高频分量,以此为基准得到异常阈值并识别相应异常值;然后以长短期记忆网络(LSTM)构建时序模型,得到包含异常信息的径流残差,进而确定异常阈值并判定相应异常值;最后融合两种方法的异常径流量判定结果。研究表明,提出的方法能够从不同角度挖掘异常径流信息,相互补充,可准确识别径流数据中不同类型的异常信息。

黄河上游径流量对气候变化的响应和预测模型

全球气候变化下的黄河上游径流量变化及其预测是流域生态水文研究的热点之一。利用2008—2020年流域内48个气象站的监测数据和头道拐水文站径流数据,系统分析了黄河上游流域径流量与气候要素变化的关系,并建立径流量预测模型。结果表明,单一月份的月平均气温、月降水量和月蒸散发量多未表现出显著的年际变化趋势,但年平均气温和年降水量显著上升,而年蒸散发量也有上升趋势但统计不显著;多数单一月份的月径流量和年径流量均在年际上呈显著增加趋势。在月平均气温、月降水量、月蒸散发量均与月径流量显著相关的基础上,基于气候要素建立的黄河上游流域径流量预测模型具有良好的预测效果。

于桥水库入库天然径流量分析

于桥水库1960年建成,是天津市重要的水源地,是引滦入津工程中重要的水库,1975年加固设计阶段采用1931—1972年水文系列分析了年入库径流量成果。根据于桥水库站实测径流量成果、历年引滦水量及上游遵化市农业灌溉、工业等统计资料,还原了于桥水库入库天然径流量成果。还原后成果较1975年设计成果降低较多,其原因是于桥水库流域年降雨量呈减少趋势,降雨量减少是造成地表径流量减少的主要原因;20世纪70年代后于桥水库流域上游支流兴建了3座中型水库,加上流域综合开发等人类活动频繁和工业、农业、生活用水增长,直接造成于桥水库入库天然径流量的衰减。

新疆滚滚铁里克河1960年~2019年径流量分析

用卡拉苏水文站1960年~2019年的月径流数据,结合趋势分析等方法,对卡拉河径流量年际、年内变化特征进行研究,得到以卡拉苏河流域为代表的同类型的流域径流信息。运用三种方法推算滚滚铁里克河年径流量。结果表明:(1)年平均径流呈现上升趋势,年平均径流量在1981年发生突变。(2)径流年内分配过程线均呈“单峰”形态,峰值分别出现在7月、8月。(3)本次推荐采用“等值线图法”计算成果作为滚滚铁里克河设计径流成果。

近60a来全球河川径流量变化趋势及影响因素分析

基于全球2894个流域的河川径流量、归一化植被指数(Normalized Differential Vegetation Index,NDVI)以及气温和降水量长期数据,发现年内月均径流量(MQ)呈上升、下降以及不显著变化趋势的流域比例分别为9.1%、12.4%和78.5%,年内最小月径流量(LQ)呈3种变化趋势的流域比例分别为24.1%、11.7%和64.2%,年内最大月径流量(HQ)呈3种变化趋势的流域比例分别为6.4%、13.6%和79.9%。在区域(大陆和纬度带)和全球尺度上,没有出现LQ下降和HQ上升变化趋势的现象,MQ下降与HQ下降联系在一起,MQ上升与LQ上升联系在一起,表明区域和全球尺度上水资源量及年内分配在过去60多年里是改善的。进一步分析发现,气候变化是导致水资源量和年内分配变化的主要因素。但与年内月极端径流量(LQ或HQ)变化不同的是,发生年内月极端径流量的月份大多发生了显著的改变,这个改变可能对社会和自然生态系统以及依靠自然节律的生产生活方式产生深远影响。

近60a天山北坡经济带天然径流量时空变化及归因识别

天山北坡经济带地处干旱的亚洲腹地,厘清天然径流量(NR)时空变化及成因对统筹区域发展、维持生态安全至关重要。为此,采用Sen’s斜率估计法、Mann-Kendall趋势检验等分析径流量时空变化,基于Budyko假设的水热耦合平衡方程定量评价降水、潜在蒸散发及下垫面对NR变化的贡献。结果表明:(1)近60a天山北坡经济带NR总体呈显著增加趋势,年变化率0.68mm·a-1。1961—1986年波动较大,1987—2012年波动变小且NR增加明显,2013年后NR显著减少。(2)NR大小与海拔变化在空间上高度叠合,天山北坡经济带西部和南部NR较大,西南部与西北部增长幅度大。(3)NR突变点为1980年与2013年,降水一直是NR变化的主导因素,但下垫面影响不断加大,近60a贡献率从31.5%增至45.5%。(4)2012年前天然径流量主要受降水主导,但不同区域影响不同。2013年,西部、东部与中南部下垫面对径流量的影响已超过降水成为主导因素。研究成果深化了天山北坡经济带NR变化的认识,为天山北坡经济带高质量发展提供科学支撑。

邯郸多个水文站近60年径流量变化特征分析

漳卫河水系和子牙河水系是邯郸河流的重要组成部分,为探究其径流量的变化特征,选取刘家庄、观台、东武仕、木鼻四个水文站近60 a实测径流量为研究对象,采用线性回归法、Mann-Kendall检验法、Morlet小波分析法从趋势性、突变性、周期性的角度分别对其变化特征进行分析,结果表明:(1)在1956-2016年间,刘家庄、观台、东武仕三站的年径流量均呈现出下降的趋势,而木鼻站的年径流量呈现出上升趋势。(2)刘家庄、观台、木鼻站年径流量序列的突变年份分别为1972年、1978年、1956年和2002年,东武仕站年径流量序列不存在突变年份。(3)刘家庄站和东武仕站年径流量序列周期大致为14 a,观台站和木鼻站年径流量序列周期大致为13年。(4)流域的年径流量总体呈现出下降的趋势,突变多发生在70年代,径流周期为14 a左右。

西北江径流量变化对感潮河口咸潮上溯的影响

近年来,珠江三角洲地区咸潮灾害频发,区域供水安全受到威胁,快速、准确地预测咸潮上溯距离对潮汐影响河段取水口优化布置具有重要意义。基于盐度对流扩散方程,推求河口咸潮上溯距离与径流的理论关系并通过构建珠江口水动力-盐度模型,分析咸潮上溯对径流变化的响应特征,提出磨刀门咸潮上溯距离与径流响应模型,继而比较不同咸潮上溯半经验模型在相同水文条件下的应用差异性,评估不同预测模型在磨刀门的适用性。结果表明:在不同的流量动力组合下,珠江口咸界均呈现S形分布特征。咸潮上溯距离L与上游径流量Q在理论上呈现幂指函数关系,利用半经验模型预测磨刀门的咸潮上溯距离是可行的。Savenije模型和L-Q响应模型较好地考虑了实际地形和动力特征的影响,并且模型的计算精度和效率高,可实现磨刀门咸潮上溯距离的快速预测。

塔里木河源流与干流径流量变化特征研究

基于塔里木河流域源流和干流1957-2022年实测径流数据,运用Mann-Kendall和person相关分析等方法,探讨其径流变化趋势和突变特征以及相关关系。结果表明:塔里木河源流径流量整体上呈增加趋势,干流径流量呈下降趋势。塔里木河源流区土地资源开发程度不断增大使水资源消耗加剧,导致下泄塔里木河干流的水量逐年减少。在塔里木河源流径流频率低于75%的情景下,塔河干流径流量的增幅小于源流;反之,塔河干流径流量的降幅小于源流。

基于Maan-Kendall检验和小波功率谱分析的滏阳河径流量变化研究

选用滏阳河流域典型水文站1961年~2020年的逐月径流量资料,运用Mann-Kendall非参数检验、Morlet小波分析法,探究滏阳河年径流量变化特征。结果表明,河北省近60年来径流量总体呈波状减少趋势,并以-0.112亿m^(3)/a的速率递减,但并不显著(P>0.05)。其多年平均径流量为14.96亿m^(3),丰枯变化与季节性降水、年际降水量丰度密切相关。径流量演变存在多个阶段性特征,但并未通过突变特征检验。其变化周期以3 a~5 a的短周期为主,此周期为7 a~8a和14 a。

青海省北川河径流量与水文地貌特征的关系分析

以北川河流域5个水文站径流量观测资料为基础,利用30 m分辨率的DEM数据提取了与径流量相关的水文地貌特征因子,通过对多年平均径流量与水文地貌特征因子之间的相关分析,经过共线性诊断筛选水文地貌特征因子,建立了线性回归方程.结果表明:北川河流域从上游到下游地形趋于平坦,水系发育程度更高,汇流能力更强;影响多年平均径流量主要的宏观地形因子贡献率分别是地形湿度指数(50.66%)和地表粗糙度(44.33%),主要的微观地形因子贡献率分别是剖面曲率(36.25%)、高程(27.26%)和坡向变率(24.31%),主要的水系形态指标贡献率分别是节点连接率(54.16%)和面积高程积分(32.95%).上述结果为深入理解北川河流域的水文地貌关系提供依据,为研究其他小流域的不同水文节点,特别是上下游的水文地貌特征以及径流量与水文地貌特征的关系分析提供思路参考.

基于SSA-BP神经网络模型的全球入海径流量未来变化趋势

入海径流是水循环的重要环节,探究气候变化背景下全球入海径流量的时空变化特征,可为水资源合理利用提供依据。基于全球376条外流河逐月流量、ERA5-LAND再分析资料和10个全球气候模式,构建基于SSA-BP神经网络的降水径流关系模型,分析全球入海径流量在历史时期(1961—2020年)和未来(2021—2100年)3种情景(SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5)下的时空变化特征。研究发现:(1)全球尺度上,1961—2020年,多年平均入海年径流量为37423 km^(3)。2021—2100年,全球入海年径流量在未来3种情景下均呈增加趋势,SSP1-2.6情景下趋势显著。与基准期相比,21世纪末期增幅最大。(2)洲际尺度上,历史时期,非洲入海径流量呈显著减少趋势,北美洲呈显著增加趋势。2021—2100年,亚洲、北美洲在3种情景下呈增加趋势,大洋洲呈减少趋势,其余各大洲情景间差异明显。(3)纬向分布上,历史时期,南北半球低纬度变化趋势不显著;北半球中纬度呈弱减少趋势,南半球中纬度呈显著减少趋势;北半球高纬度呈显著增加趋势。2021—2100年,从低到高排放情景,入海径流在北半球低纬度的增加趋势和在南半球低纬度的减少趋势愈发显著;北半球中高纬由低排放情景的显著增加转变为中高排放情景的显著减少;南半球中纬度在低排放情景下呈显著增加趋势,在中高排放情景下趋势不显著。

黄浦江上游径流量变化与影响分析

近二十年来黄浦江上游来水大幅增加,为定量分析流量变化,主要采用距平分析及P-Ⅲ频率分析等方法,确定水文周期及典型年流量。结果显示:1962—2002年为一个完整的自然水文周期,在此周期内黄浦江上游年均流量为318 m^(3)/s;近十年黄浦江上游年均流量为623 m^(3)/s,重现期达两百年一遇;来水增多与流域降水并无明显相关性,主要为引江济太等跨流域引调水措施、城市化加强、河道工程和圩区建设等因素所致。水文情态的显著改变,对水文监测、管理、建设等诸多方面产生不容忽视的影响。

赣江流域径流量对气象和大尺度气候因子的响应研究

全球气候变化背景下驱动水文过程的气象和大尺度气候因子持续变化,给流域水资源管理与配置带来挑战。赣江流域作为鄱阳湖最大的流域,其径流量变化对近些年旱涝灾害频发的鄱阳湖影响显著。基于赣江流域1966—2020年的日气象数据以及流域出口外洲水文站的日径流量数据,采用Mann-Kendall趋势检验、地理探测器和小波分析的方法,分析了赣江流域径流量的变化趋势,探究了赣江流域内气象要素对流域径流量的解释力,并检测了赣江流域月平均流量与大西洋多年代际振荡AMO、厄尔尼诺与南方涛动ENSO之间的变异性和遥相关关系。结果表明:流域内的径流量呈现不显著增大趋势,其原因可能是不显著增加的降水与其他气象因子交互作用的结果;降水是影响径流量的主导因子,其在年内尺度上的解释力可达0.827,而多因子交互作用的解释力比两个因子的简单和更加显著;AMO对径流量的影响周期主要是在4 a的周期上,而ENSO则在2 a左右出现较好的对应关系。

白龙江舟曲特大山洪泥石流对径流量及生态流量的影响

研究径流量演变规律和评价河流水生态状况,对于流域水资源开发利用、水资源规划与水生态环境保护具有重要意义。基于白龙江干流舟曲水文站1967-2021年实测径流资料,以白龙江舟曲特大山洪泥石流发生时间为节点,将1967-2021年分为1967-2009年和2010-2021年2个研究期,采用累积距平曲线、R/S分析等方法,分析白龙江流域舟曲段径流量变化特征,用Tennant法等计算河流生态流量,探讨河流生态流量满足情况。结果表明:舟曲特大山洪泥石流发生前(1967-2009年),白龙江舟曲段年和四季径流量的变化均为显著减小趋势,舟曲特大山洪泥石流发生后(2010-2021年),年和四季径流量的变化均为不显著增加趋势,且年和四季径流量的多年平均径流量均大于泥石流发生前的多年平均径流量;舟曲特大山洪泥石流发生后,径流量变化波动性较大,先后出现极值;舟曲特大山洪泥石流发生前后分别有9.30%和8.30%月份的径流量小于最小生态流量;Tennant法评价结果发现舟曲特大山洪泥石流发生前后水生态状况呈正向变化。研究成果有利于全面掌握白龙江舟曲段径流年际演变规律和河流水生态状况,同时也可为白龙江上游水资源规划管理和水生态环境保护提供参考。

基于差分序列多尺度深度学习的径流量预测方法

精准的径流量预报是预防洪水事故的主要依据。由于径流量数据具有很强的非稳定性,径流信息难以通过单一方法充分挖掘,易导致预测精度较低,提出了基于差分序列多尺度深度学习的径流量预测方法。首先,计算径流量一阶差分序列,为模型建立提供建模样本;其次,针对差分序列波动性,采用变分模态分解(VMD)方法对其进行变换,对变换后得到的差分序列分量采用多尺度LSTM方法对其进行估计;最后,结合原始径流量尾部数据和差分序列预测结果得到径流量预测值。结果表明,基于差分序列建模方法能够实现误差自适应校正,同时多尺度深度学习方法解决了数据波动特性,整体预测性能优越。

径流量Z指数与Palmer指数对河西干旱的监测

利用河西内陆河水文代表站1959—2004年逐月径流量资料、内陆河流域灌溉区1949—2001年耕地面积及代表站1961—2005年的气象资料,通过对径流量进行正态化处理来确定径流量Z指数,并以径流量Z指数作为径流干旱指数,对旱涝等级进行划分;考虑径流量Z指数的旱涝等级与农业灌溉用水实际情况之间的关系,给出了径流量Z指数的灌溉指标。将径流量转化为降水量,改进Palmer旱度模式,且在作改进后,又将潜在蒸散量的计算法由利用桑斯威特公式改为利用彭曼公式。结果表明:将径流量考虑到Palmer干旱指数中并改变蒸散量的算法,使得该指数对河西灌溉区干旱情况的监测均有所改善。对照河西地区的干旱事件,径流量Z指数监测到的干旱情况,比Palmer干旱指数改进前、后监测到的干旱情况效果更佳。径流量Z指数能更真实地反映河西灌溉区干旱状况。

丹江口水库中长期径流量的多模型预报结果分析及综合研究

水库中长期入库径流量的预报方法有多种模型,各有优缺点,预报结果也存在一定差异,应用过程中给实际决策造成了一定困难。本文以丹江口水库月径流量为研究对象,通过分析多种预报模型计算结果的变化规律,将精度和稳定性等作为性能指标,构建以加权平均和最小二乘法原理为基础的综合预报模型,并对丹江口水库月径流预报进行了建模计算。应用结果表明,该综合模型提高了预报精度,增强了预报稳定性,使其具有更高可信度,为入库径流量预报提供了一个有效的分析方法,为水库调度决策提供了便利。