川北紫色土小流域植被建设的水土保持效应

定量评价林草植被的水土保持功能对合理指导紫色土区的流域综合治理具有重要作用。该研究基于鹤鸣观流域Ⅱ号支沟1985-2001年逐日径流量和输沙量,结合实测日降雨量,采用Spearman秩相关统计法分析流域径流和输沙变化趋势,应用流量历时曲线和双累积曲线分析流域植被建设实施前后径流和输沙变化特征,并定量评估植被建设的水土保持效应。结果表明:结合防护林营造时间和双累积曲线分析,把水文序列分为基准期(1985-1990年)和评价期(1991-2001年),相比基准期,评价期小流域的年均降水量减少约8.1%,而年径流深和年输沙模数却分别减少34.6%和89.9%,说明以植被建设为主的人类活动起到重要作用。同时,植被建设的削洪增枯效果明显,评价期的丰水日径流深和平水日径流深较基准期分别减少了84.2%和76.3%,而枯水日径流深却增加了650.0%;结合双累积曲线和分离判别法可知,植被建设在径流和输沙变化中的贡献率分别达92.9%和94.3%,大规模的植被建设在减少土壤侵蚀的同时也减少了产流量,考虑到水安全问题,未来植被建设应合理规划。

双累积曲线方法理论及在水文气象领域应用中应注意的问题

在水文气象要素一致性及其长期演变趋势研究中,双积累曲线(DMC)方法以简单、直观、实用而被广泛应用。近30年来我国学者应用该方法分析水土保持措施、土地利用变化的水沙效应取得了良好效果。双累积曲线方法的理论基础是分析两个要素(或变量)应具有正比关系。故在应用时要注意分析的要素应该具有相同物理成因或具有明确的因果关系,参考变量应该是不受其他因素影响的、自然变化的正确值,特别是在河流水沙分析中,降雨量需用具有代表性的面平均降雨量。

黄土丘陵沟壑区集水区尺度土地利用格局变化的水土流失效应

以陕北杏河集水区 1 985和 1 995年两期土地利用数据为基础 ,结合水文、DEM数据 ,定性分析了土地利用格局变化条件下的水土流失效应 ,其中采用双累积曲线法来界定土地利用格局基本没有变化的时间段 ,用 C值在坡度、距河流距离上的分布来表征土地利用格局 ,用不同时期降雨量 /径流量、降雨侵蚀力 /输沙率相对增加的比例来表征水土流失效应。研究结果表明 :(1 ) 1 981～ 2 0 0 0年 ,土地利用格局变化剧烈的年份为 1 990～ 1 991年 ,可以用 1 985、1 995年两期数据分别代表 2 0世纪 80年代和90年代的土地利用 ;(2 )从 2 0世纪 80年代到 90年代 ,杏河集水区的 C值有明显的增加趋势 ,在较陡坡度和距河流距离较近处 ,C值增加的幅度相对较大 ;(3)土地利用格局变化明显改变了降雨量 -径流量、降雨侵蚀力 -输沙率的关系 ,出现了从 2 0世纪80年代到 90年代 ,虽然降雨量 /降雨侵蚀力在整体上呈现明显下降的趋势 ,但是水土流失量 ,却表现出同比增加的现象 ,而且这种增加在不同月份也有差异。用本文中的方法来表征土地利用格局和水土流失效应 ,其结果具有较好的比配性 ,可以用来定性分析土地利用格局与水土流失的关系。但是 ,由于水土流失效应的表征方法没有考虑降雨的空间变异特征 ,该方法尚不适于雨量站点比较密集?

1950-2011年黄河干流水沙关系变化研究

采用黄河干流主要控制水文站唐乃亥、兰州、头道拐、龙门、潼关、花园口、高村、艾山和利津站的实测径流量和输沙量资料,借助Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线法和Pearson相关分析等方法,探讨50余年来黄河流域不同时段、不同河段水沙关系的变化特征。结果表明:唐乃亥站径流量和输沙量无长期变化趋势,黄河干流自兰州以下各站年径流量和年输沙量均表现出显著下降趋势。借助花园口站实测径流量与输沙量双累积曲线知,2000-2011年无降水影响时的累积减沙量为61.602亿t。径流量和输沙量呈正相关关系,沿程各站相关系数r∈(0.512,0.664),不同年代水沙关联性有较大差别。黄河上中下游之间径流量、输沙量均呈现显著正相关,其相关系数分别为r∈(0.725,0.904)、r∈(0.887,0.918)。不同年代中游来水来沙量对下游径流量和输沙量的贡献率存在较大差异,在2000-2009年达到最小值。

近60年来汾河入黄河水沙演变特征及驱动因素

基于汾河河津站1950～2005年的实测径流和输沙数据,采用Mann-Kendall检验等多种统计方法分析了汾河入黄河的水沙演变特征及驱动因素。结果表明:入黄河水沙量年际波动较大,呈明显减少趋势,且输沙减少的趋势性要强于径流;径流与输沙发生重要突变的时间都是1980年,说明径流量的减少在一定程度上直接影响着输沙量的变化。降水量的减少是径流减少的重要原因,但二者的变化并不是完全一致的,20世纪60年代以来尤其是1980年以后,降水对径流的影响有所减弱,在其他自然条件(如蒸发)相对不变的情况下,人类活动是径流减少的主要驱动因素。根据理论分析,受人类活动的影响,1961～1980年的累积减沙量为108610×104t,平均每年减少5430.50×104t,1981～2005年的累积减沙量为93324×104t,平均每年减少3732.96×104t。

气候变化与人类活动对太湖西苕溪流域水文水资源影响甄别

采用累积距平曲线与Mann-Kendall法对太湖西苕溪流域降水、潜在蒸散发和径流序列进行趋势分析。结果表明,流域径流与潜在蒸散发在95%的置信水平下为下降趋势,而降水无显著变化趋势。为定量甄别气候变化与人类活动对流域水文过程的影响,探寻流域水文变化的主要驱动因素,采用敏感性系数法与改进前后的双累积曲线法分析了气候变化与人类活动对太湖西苕溪流域1972~2010年水文过程的影响。结果表明,气候变化与人类活动对流域径流变化影响的贡献分别为37%~42%和58%~63%,人类活动影响大于气候变化。

近50年来黄河输沙量变化特征及原因分析

收集了黄河重要干流水文站和一些主要支流近50年的输沙量及径流量数据,应用数理统计方法研究了输沙量绝对值和相对径流量的多年变化情况。结果表明:黄河干流除上游唐乃亥站输沙量相对径流量有升高趋势外,其他各站输沙量的绝对值和相对径流量的变化趋势为减少或基本保持不变,这主要是大量水库的拦沙作用和水土保持措施的实施造成的;各支流输沙量的绝对值和相对径流量变化也以减少或不变为主,但黄河中游产沙区的几条主要支流在径流量下降的情况下输沙量相对径流量却没有显著变化,这主要是由该地区的自然地理特征决定的。

近50a来我国东北多年冻土区南缘海拉尔河流域径流变化特征分析

选取位于我国东北多年冻土区南缘的海拉尔河流域作为研究对象,根据海拉尔河水文站1958-2008年的逐月实测径流量资料,用径流量的年内年际变化、各季占年径流量的百分比、年内不均匀系数、集中度以及降水量-径流量双累积曲线等不同指标,分析研究了海拉尔河上游径流量年际变化和年内分配的规律.研究表明:近50 a来海拉尔河径流量总体上呈递减趋势,并且径流量的递减与面上降水量的递减总体上一致;春、秋季节径流量均呈现出下降趋势,冬季径流量呈增加趋势.冬季径流量增加可能是冬季积雪增多以及流域多年冻土退化,积雪对冻结的抑制有利于冬季的产流,从而使冬季产流增加所致.径流量年内分配不均匀程度增加,秋季径流量比重显著下降,水资源年内分布集中程度增加,这一现象可能是由于夏季风的减弱所致.通过运用双累积曲线法,研究区降水与径流的关系在1980年前后发生了明显变化,产流表现为增加趋势,但1999年后产流能力显著下降.

黄土丘陵沟壑区典型流域气候和土地利用变化对径流泥沙产量的影响

为探讨气候和土地利用变化对流域径流与泥沙产量的影响,了解黄土高原区域水土资源变化规律,以黄土丘陵沟壑区罗玉沟流域为研究对象,采用数理统计、双累积曲线、灰色关联度分析、多年平均水量平衡模型等方法分析了流域1986—2008年间降水、径流、泥沙年际变化特征,并量化分析了气候与土地利用变化对流域径流、泥沙的影响。结果表明:1)1986—2008年间,流域年均降雨量变化趋势不显著(P=0.22);流域径流、泥沙呈减少趋势,减少趋势显著程度分别达到P=0.025和0.087,且二者均在1994年发生减少突变;2)除降水外,径流与潜在蒸散敏感性最强,而输沙量大小与日照时数关系更为密切;3)气候变化对径流、泥沙变化的贡献率分别为33.1%和32.5%,土地利用变化贡献率则分别为66.9%和67.5%。

近70年长江干流寸滩站以上流域水沙关系变化及其驱动因素

以长江干流寸滩水文站以上流域为研究对象,基于1953-2018年的实测水沙资料,采用线性回归、Mann-Kendall趋势检验和水沙关系曲线分析径流、输沙的时间趋势及其关系变化,并采用双累积曲线法分析水沙变化的驱动因素。结果表明:寸滩站以上流域多年平均径流量为3425亿m^3,多年平均输沙量为3.61亿t;多年平均月径流量为294.8亿m^3,多年平均月输沙量为3013万t,且主要分布在6-10月,分别占年径流泥沙总量的70%和95%以上。趋势分析显示,流域年降雨量和径流量变化趋势不明显,年输沙量呈极显著减小趋势;月径流量在1-4月显著增加,其他月份变化不显著,而各月输沙量均呈显著减少趋势。水沙关系曲线均可用幂函数拟合,拟合参数受时间尺度影响,统计检验显示悬移质输沙量实测值与水沙关系曲线的估算值差异不显著。双累积曲线分析发现水利工程建设和水土保持等人类活动是寸滩水文站输沙减少的主要原因,其作用占69%~93%,其中2000年以来人类活动的贡献超过90%。

人类活动对鸭绿江下游水沙变化的影响

基于鸭绿江荒沟站1958-2008年的实测径流量和输沙量数据,采用Mann-Kendall法对水沙变化的趋势进行检验,利用双累积曲线法对水沙变化进行阶段性划分,在此基础上研究人类活动对水沙变化的影响。研究结果表明：鸭绿江下游荒沟站的实测年径流量和输沙量变化均呈显著的下降趋势,且年径流量下降的趋势强于年输沙量下降的趋势;以1963年和1994年为转折点,将径流-输沙曲线分为3个时段：1958-1963年、1964-1994年、1995-2008年;自然因素是影响径流量减少的主因,人类活动影响较弱,平均为10%左右,但各时段影响不同;人类活动对年输沙量的阶段性影响增减不一,但总体是减沙为主,平均年减沙量约为0.81×10^6t。

松花江流域年降水和四季降水变化特征分析

利用松花江流域35个气象站1960～2010年的降水资料，采用协克里格插值法、线性倾向估计方法以及M—K秩次相关法等．分析了流域年降水和四季降水的时空变化特征。结果表明：（1）流域年降水由东部向西部递减。51年来流域大部分地区年降水呈不显著减少趋势。（2）流域春季降水呈不显著增加趋势。夏季呈不显著减少趋势，秋季呈不显著减少趋势，冬季降水呈显著增加趋势。（3）流域四季降水在二松源头地区一带较大，流域西部地区降水较少，松花江中下游两侧地区居中。（4）春季，流域大部分地区降水增加．但不显著。夏季，大部分地区降水减少，但不显著。秋季，全流域降水呈不显著减少趋势。冬季．全流域呈增加趋势，且绝大部分地区显著增加。（5）嫩江流域、松花江流域年降水一径流关系发生显著变化的时间是1974年、1980年和1999年。

南方多沙河流水沙演变特征及水库的影响分析

以我国南方一多沙河流控制性水文站1959～2010年共52年的实测水沙资料为基础．运用Mann—Kendall法、变差系数、类比法和灰色系统理论等分析了该河的水沙演变特征及其梯级开发的影响。结果表明：①该河的水沙演变特征具有明显的年代际差异；在梯级开发前水沙均呈上升趋势。在梯级开发建库后呈下降趋势；输沙量的变化较径流量的变化显著。②水沙变化呈正相关关系：梯级开发后径流量和输沙量都明显小于梯级开发前；在1986年和2008年水沙关系有较明显的变化。③梯级开发会使径流量和输沙量减少；梯级开发是该河2008年水沙关系发生变化和输沙量明显减小的主要原因。

连拱变厚度曲中墙隧道围岩稳定性研究

目前,国内外对连拱变厚度曲中墙隧道施工过程中围岩和支护的变形及破坏机理的研究成果很少。文章结合沪蓉西八字岭分岔隧道连拱段的工程地质条件和变厚度曲中墙结构设计特点,采用有限元程序模拟研究隧道动态开挖过程中围岩和支护结构的稳定性。研究成果表明:曲中墙上方围岩在开挖过程中应力变化较大,曲中墙厚度越大的断面,曲中墙上方围岩所受压应力越小,围岩发生塑性破坏的范围也越小,而曲中墙自身随着厚度的增大,所受的最大压应力也越小。最后,将该数值模拟成果与现场监测结果进行对比分析,其变化规律和现场实测结果基本一致。

1950年以来汾河水沙演变规律及影响因素分析

利用汾河河津水文站1950年以来的水文资料,应用多种统计分析方法,系统分析了汾河水沙的季节及年际变化规律,并且对人类活动导致的年径流变化影响进行了估算。研究表明,汾河流域水沙年内分配极不均匀,年内不均匀系数有明显上升趋势,且越到近期稳定程度越低。水沙的年际变化剧烈,且在20世纪80年代之后年径流基本都是枯水时段。应用累积滤波器对汾河水沙变化趋势进行分析,结果显示,汾河流域水沙均呈减少趋势,且泥沙变化幅度大于径流变化。通过降水—径流双累积曲线及对天然径流的还原分析表明,径流变化趋势在1964年发生明显偏离,从多年平均值来看,人类活动导致的径流减少量占径流减少总量的75.912%,人类活动是汾河流域径流减少的主要因素。

近50年澄碧河流域降雨径流变化趋势及成因分析

为探讨岩溶区流域降雨径流变化特征,基于澄碧河流域1963年至2011年共49a的降雨径流序列,运用Mann-Kendall方法、Hurst指数法和双累积曲线法分别进行趋势及突变分析、序列未来的趋势预测分析和降雨径流变化产生的影响分析,在此基础上,结合流域的历史及地质资料探讨降雨径流关系发生变化的成因。结果表明:①流域降雨量的年际、汛期以及非汛期序列均呈现显著增加的趋势,且年降雨量的突变年为1986年,而径流量的非汛期序列却呈现显著减少的趋势,并在1990年发生突变;②流域的降雨径流相关关系发生了变化,流域水资源量减少达到12亿m3/a;③流域内降雨径流的变化是由人类活动、喀斯特岩溶性的地质构造特征和降雨分布特点导致的。

多维地震激励下曲线梁桥简化模型及最不利输入方向研究

曲线梁桥只有在某一特定方向输入地震动时,结构某点或某截面的内力(或应力)才能达到最大值,需要沿多个可能方向输入计算才能确定地震动最不利输入方向。根据隔震曲线梁桥受力特点,将桥梁上部结构和桥墩简化均具有两个水平自由度和一个围绕质量中心轴扭转自由度的堆积质量模型,建立双质点六自由度简化分析模型,通过求解曲线梁桥的动力学方程研究结构的动力特性和地震动行为。算例表明,双质点模型计算结果与传统的有限元模型基本一致,且计算方法简单,可以考虑各种敏感因素的影响,借助编程更适合提出规律性的设计方法。进而在双质点模型基础上应用MATLAB编程探讨多维地震作用下曲线梁桥地震波最不利输入方向的问题,针对不同参数的隔震曲线梁桥,改变相关参数后只需运行一次就可以实现最不利输入角度的确定,可为有限元法最不利地震波输入方向的确定提供参考,并大大减少多个方向输入试算的工作量。

白龙江上游径流变化特征及其与人类活动的关系

以1961～2010年白龙江上游舟曲站月径流和降水为基础,利用年内分配不均匀系数和完全调节系数、线性倾向估计、累积滤波器法、M-K秩次相关性检验、双累积曲线等方法,对白龙江上游径流变化的一般特征、变化趋势和人类活动的影响进行分析。结果表明：白龙江上游径流年内分配趋于稳定,径流年际变化呈显著下降趋势,其中4、7、9～11月份径流呈极显著减下趋势。在1970年前,白龙江上游径流变化主要受降水影响;1970年之后,人类活动对径流的影响逐渐加大,成为影响白龙江上游径流变化的主要因素。

荥经河流域径流变化过程分析

为了研究荥经河流域径流演变规律,定量分析影响因素,根据荥经站1965—2010年径流数据及相关气象资料,利用小波分析法、双累积曲线法,综合分析了荥经河流域径流变化过程及影响因素,应用多元线性回归法建立了径流回归模型,并对1965—2010年的径流进行了模拟。结果显示,荥经河流域径流量有减少的趋势,特别是近20年来,枯水年出现的概率增大;1975—1990年、2001—2010年,降雨是影响径流变化的最主要因素,而在1991—2000年人类活动对径流的影响较大;所建立的径流回归模型拟合性较好,有较强的实用性。

河北省井灌区灌溉用水与耗能变化规律研究

开展农业灌溉节水、节能研究既是支撑区域农业可持续发展必然要求,也是支撑国家节能减排承诺的具体实践。受农业节水、地下水位下降的影响,河北省井灌区灌溉用水和灌溉耗能之间关系复杂,分析了1980-2015年河北省井灌区灌溉用水、灌溉耗能、地下水位变化等规律,得出以下结论:(1)地下水埋深与提取单方水耗电量呈幂函数关系,地下水埋深越大,地下水位下降带来灌溉能耗的增加幅度越来越大;(2)由于地下水位下降,每度电可开采水量从1980年的8m^3减少到2015年的0.9m^3,相比1980年2015年灌溉水量减少了13亿m^3,但是灌溉能耗增加了131亿kW·h。(3)1997年后由于灌溉水量减少而降低的能耗不足以弥补地下水位下降增加的能耗,由此导致1998-2015年每公顷灌溉能耗额外损失为20 850kW·h。本研究对指导河北省农业灌溉水-能关系协调发展提供有益的参考。