长江大通站输沙量时间序列分析研究

长江来水来沙直接影响着河口三角洲的发育过程以至入海物质通量变化.大通站作为长江河口的第一个关键界面,有近50年左右的输沙量和流量连续观测资料(1953～2001年).利用肯德尔、有序聚类和熵谱分析等方法,着重对输沙量时间序列进行了统计分析.大通站径流量在保持稳定的情势下,输沙量在过去49年中有明显的下降.输沙量变化主要呈跳跃式下降,同时表现出16年左右周期性阶梯下降规律,1968年和1984年分别为阶梯下降的跳跃点.尤其1984年后,年均输沙量比1984年前下降26.4%,且最大值未超过1984年前的平均值.输沙量减少与人类活动密切相关.20世纪80年代末的'长江上游水土保持重点防治工程'的实施,使长江上游的来沙减少,这是大通站输沙量减少的主要原因;其次是长江流域内水利工程的拦沙作用.

长江大通站径流量变化特征分析

综合采用Mann-Kendall趋势检验、Pettitt突变点检验、Morlet小波分析及径流年内分配量化研究方法分析了长江大通站1946～2009年径流的变化趋势、突变、周期和年内分配特征。结果发现大通站年均、洪、枯季流量无明显变化趋势，但月均流量有明显变化趋势；年均流量无显著突变，但洪、枯季、月均流量均存在显著突变；流量序列存在10年以上的年代周期与10年以内的年际周期；径流年内分配在20世纪60、70、90年代相对集中，在21世纪初则相对均匀，年内径流主要集中于7、8月，年内变幅在20世纪60年代较大．在21世纪初较小。分析了大通站径流变化原因，以期为流域水资源的合理开发利用提供科学依据。

长江大通站水沙过程的基本特征Ⅰ.径流过程分析

长江河口是河海相互作用中河流因子占主导地位的典型河口之一,流域水沙过程及其变化对河口环境演变有重要控制作用。运用时间序列分析方法研究大通站的径流过程基本特征,分析表明,1923年以来大通站的径流序列无明显的趋势变化。但在1955年、1988年前后分别呈现较明显的径流减少和增加的跳跃变化,并具有16年、7年的周期变化特征。该文同时对月均流量的分配型态和洪枯季水情丰枯的匹配状况及其原因作了初步探讨。

长江大通站水沙过程的基本特征Ⅱ.输沙过程分析

长江入海泥沙丰富,对长江三角洲的发育、河口滩槽冲淤演变及开发治理有重要影响。大通站1953-2000年输沙序列的趋势分析和周期分析表明,虽然宜昌站输沙量和大通站径流序列无显著趋势变化,但是大通站的年输沙序列(尤其是汛期各月输沙序列)却呈现较显著的下降趋势,这主要与洞庭湖、鄱阳湖及江汉湖群淤积等因素有关。由于流域产沙区主要集中于上游地区,上、中、下游的产沙效应有很大差异,因此,水沙情势相吻合的年份仅有三成。月输沙更加集中于汛期,5-10月的输沙量占全年的87.7％。关于洪枯季的输沙匹配状况也作了初步分析。

ENSO事件影响下长江大通站汛期径流预测建模分析

从环流指数和ENSO事件指数出发,考虑到大尺度环流系统和海温影响的长期性,使用滑动平均方法对预报因子做前期处理,计算了预报因子在2、3、6月尺度的滑动平均值。在此基础上采用BP神经网络建立了长江大通站汛期径流预测模型(BP-Pre),重点对ENSO事件影响下的径流极值进行预测。为验证模型可行性,采用均生函数模型和利用传统因子建立的BP模型(BP-Ori)作对照分析并进行精度评价。结果表明,部分因子在滑动平均处理下Spearman秩相关系数得到提高;历史平均上,大通站汛期径流与前年发生的ENSO事件关系密切;事件类别不同,对应径流也相对偏大或偏小;BP-Pre模型在率定期拟合效果不及均生函数模型和BP-Ori模型,但从多方法综合评价分析来看其检验期的预测精度更高,对径流极值预测更为精准。

大通站输沙量序列多时间尺度变化分析

随着人类活动影响的加强,长江流域输沙量呈现复杂多变的趋势。利用Morlet复小波变换,对长江大通站1953-2011年输沙量资料进行分析,揭示输沙量序列变化的多时间尺度结构,研究在不同尺度下周期变化的强弱和分布情况。分析结果表明:(1)大通站输沙量时间序列呈现多次周期性振荡:主要存在3年、9年、17年和31年时间尺度的周期性变化,其中比较显著的是17年和31年尺度;(2)不同时间尺度下输沙量丰枯变化过程不同,从多尺度趋势分析来看,近期输沙量仍将呈现减少趋势;(3)影响大通站输沙量变化过程的人类活动因素主要有长江上游水土保持和大型水利工程的建设等。

长江大通站径流量的丰平枯水年划分探讨

河流和河口水文研究一般都采用年平均径流量划分丰平枯水年。根据长江口枯季盐水入侵研究对径流量划分的需要,探讨了以大通站的年平均、洪季平均、枯季平均、枯季月平均径流量划分丰平枯水年类型的差异。结果表明:洪季平均和年平均径流量划分的丰平枯水年类型吻合度达74%,但是枯季平均和年平均径流量划分的丰平枯水年类型吻合度仅38%,枯季各月平均与年平均径流量划分的丰平枯水年类型吻合度平均为33%。对于长江口的各种研究来说,采用多种径流量指标划分丰平枯水等级是很有必要的。

长江大通站流量丰枯演化趋势预测

大通水文站是长江干流最后一个控制站,流量变化对下游感潮河段的潮流界及潮区界变迁、长江口盐水入侵及河床演变具有重要意义。应用Kendall趋势检验法、Markov过程基本的理论、条件概率分析法,就大通水文站1950～2007年实测年均流量时序变化的趋势特性及丰枯演化规律进行了研究。结果表明:大通站年径流量年际变化较稳定,但年内分配不均匀;枯水年多以连续形式出现,枯水状态的出现概率占优。应用研究结果对2008～2010年的丰枯水年进行预测,预测结果与实测资料相符。

基于Copula函数的大通站水沙特征分析

长江口受人类活动影响较为强烈,其水沙序列一致性遭到破坏。以大通站1965—2019年逐月径流量和来沙量资料为基础,采用滑动窗口算法结合Copula理论的方法,研究长江口来水来沙变化特征及丰枯一致性问题,并分析水沙联合分布模型边缘函数选取不确定性问题。结果表明:(1)受人类活动的影响,大通站水沙组合在1965—2019年间均呈减少趋势,并且在1979和2000年发生突变,水沙序列1965—1979年和1980—2000年阶段最优函数模型均为Clayton模型,2001—2019年则为Frank模型;(2)大通水文站3个阶段水沙序列同步频率分别是84.52%、84.40%和83.20%,远大于丰枯异步频率,揭示了长江上游来水来沙条件具有较强的一致性;(3)PE3-PE3边缘分布组合的95%置信区间小于PE3-GPD组合,说明采用PE3-PE3组合可以减少函数选取的不确定性。通过探讨大通站来水来沙联合变化特征,可为长江口水域水资源管理、河道整治等工作提供参考。

大通站水沙关系演变驱动因素分析

大通水文站是长江进入河口的第一个关键界面,其水沙关系的变化不但直接影响河流本身的发展演变,也影响着河口三角洲的发育过程。深入研究大通站水沙关系的驱动因素,有助于更好地认识长江流域的输沙规律,可为流域地貌演变和对人类活动响应的深入研究提供科学依据。本文基于数理统计方法,重点从降水变化、径流变化、水利水土工程等方面定性定量地研究了气候变化和人类活动对大通站水沙演变过程的影响,结果表明:1954—2000年间降水量和输沙量变化特征较为一致,说明气候变化在一定程度上影响着大通站泥沙输移的变化过程,其更多地体现在对泥沙输移长期性变化的影响方面;2001—2010年输沙量急剧下降,大型水利工程的实施等人类活动对泥沙输移的影响是近10年来大通站入海泥沙急剧变化的直接诱因和主要原因,其主要体现在短时间尺度上。

近60年来长江大通站径流量变化特征分析

大通站年径流变化特征是长江流域水资源开发利用的重要依据.基于1956-2016年逐月径流数据,采用Mann-Kendall检验、连续小波变换分析等方法,分析了大通站径流的年内分配、线性趋势和变化周期.结果表明:年内分配系数呈下降趋势,年内分配形式在20世纪80年代以前以双峰为主,20世纪80年代后以单峰为主;年际变化特征上,年径流总量突变点为2004年,年汛期径流总量突变点为2008年,但变化趋势不明显;年非汛期径流量突变点为1978年,1988年后的上升趋势显著;周期特征上,年径流总量在1974-1989年存在约8 a左右的显著周期,年汛期径流总量在1969-1985年间存在显著周期为6~9 a左右.年非汛期径流总量在1976-1990年间存在的显著周期为8 a左右.大通站径流的变化特征分析可为流域水资源的合理开发利用提供科学依据.

长江大通站径流概率分析与预估探讨

长江大通站的径流是长江口治理与开发的基础依据和控制指标。通过近50余年年平均流量变化进程的概率分析与周期性预估,得到了洪水与枯水的概率分布、重现期关系和包络线假设,供学术研究、工程计算时引用与参考。

大通水文站水沙变化特征分析

[目的]分析大通水文站水文泥沙的趋势性、突变性和周期性,揭示其长时间序列的特征,为河口三角洲的发育及演变研究提供理论依据。[方法]采用Mann-Kendall趋势分析法、有序聚类分析法和小波分析法,对大通站近60a来径流量和输沙量时间序列进行特征分析。[结果]大通站年径流量无明显的趋势性变化特征,年际波动较大,年内分配极不均匀;年径流量不存在显著的突变性特征,但具有6和44a的周期性变化特征。年输沙量具有显著的线性下降趋势,同时年内分配不均;年输沙量存在显著的三级突变性变化,2002年为一级突变,1984年为二级突变,1968和1991年为两个三级突变;年输沙量还存在明显的12和30a周期性变化特征。[结论]大通站年径流量无明显的趋势性和突变性,存在一定的周期性;年输沙量存在显著的下降趋势,具有明显的突变性和周期性。

长江大通站水沙年际变化分析

本文首先基于长江大通水文站径流量、输沙量等实测资料，采用传统分析法和时间序列法等方法，对大通站水沙时间序列进行年内分配变化和年际变化分析并进行了趋势预测。研究结果表明：（1）年径流量略有下降趋势：在1955年、1988年、2003年发生上升或下降突变；年径流量呈明显丰枯交替现象，存在32a、20a、6a尺度的周期变化．在32a尺度上的振荡最为强烈。（2）年输沙量呈明显下降趋势；在1969年，1987年，2003年呈连续阶段性下降：存在20a、10a、6a的周期变化，其中20a为全时域周期振荡。（3）水沙变化趋势预测：径流量将进入一个20a左右的枯水期，在8-10a内将呈下降趋势；目前输沙量在10a内都将位于一个少沙周期，且在4—5a内都将呈下降趋势。

长江大通以下流域对入海水沙通量贡献的探讨

长江大通站以下子流域占长江流域总面积的6%,一直是入海水沙通量的监测盲区。为了探讨该区域对长江入海水沙通量的贡献,综合比较了大通以下流域与相邻的汉江和鄱阳湖流域的自然条件和人类活动影响,初步揭示了大通以下流域的产水产沙特点,并粗略估算了其产水产沙量。结果表明,大通以下流域径流量占全流域总径流量的6.3%,而其输沙率大约只相当于大通输沙率的3%～4%。

三峡水库蓄水后大通至江阴河段河床冲淤变化分析

在长江上游及中下游其他水系大型控制性水利枢纽建设和运行的综合影响下,进入长江下游的水沙条件显著变化,从而引起下游大通至江阴河段河床的冲淤调整。2001—2021年,大通至江阴河段河床趋势性的普遍冲刷较为明显,进而给沿江涉水工程的运行带来一定影响。以大通至江阴河段的水文、泥沙、固定断面及水下地形等观测数据为依据,对大通至江阴河段的水沙条件、河床冲淤量开展分析计算。

长江中下游水沙通量变化规律

采用水文学、泥沙运动力学与数理统计学相结合的研究方法 ,对宜昌和大通两个测站近五十年的实测水文、泥沙资料进行分析 ,以探究长江中下游水沙通量的变化规律。研究表明 ,水量由中游向下游沿程递增 ,但各测站的年均增幅不明显 ;长江中下游泥沙主要来源于长江上游地区的金沙江和嘉陵江 ,其次是汉江、洞庭湖和鄱阳湖等水系 ;长江流域来沙主要以悬移质形式下泄 ,悬沙通量由中游向下游沿程递减 ,同时各测站悬移质输沙量也逐年呈阶梯性递减趋势 ;长江中下游水沙通量有明显的季节性变化 ,洪季通量值明显高于枯季 ;悬沙颗粒主要由极细砂和粉砂组成 ,自中游向下游 ,泥沙颗粒逐渐细化 ;由于江阴河段附近边界条件的限制 。

长江河口年平均流量的灰色拓扑预测与趋势分析

以大通站为例,根据1953～2002年年平均流量时间序列进行统计特征分析,其具有多年变化相对稳定的特点,各年的年平均流量值围绕着多年平均值上下波动,序列变差系数Cv为0.146,同时也反映了其年均流量序列年际变化小;丰水年很少连续出现,枯水年中75%是以连续2年的形式出现的,平水年的最长持续时间可达4年。以大通站1961～1990年30年来的实测径流量资料为依据,运用灰色拓扑预测方法建立了一组GM(1,1)拓扑预测模型群,对其径流量进行预测,预测结果的相对误差值较小。采用Kendall秩相关检验对大通站年平均流量1953～2002年时间序列进行趋势检验,检验结果表明,大通站年平均流量存在一定的增加趋势,但趋势不显著。

长江入海径流量突变性和趋势性分析

为研究气候变化和人为因素影响下长江入海口径流的变化趋势,采用长江大通水文站1950～2009年逐日平均流量资料,运用Pettitt突变点检验法,对年、枯季、洪季、汛后及逐月平均流量序列进行突变点分析。利用突变点对时段平均流量序列进行分段,并采用M-K趋势性检验法分析各段及整体序列的变化趋势。结果表明,长江年平均入海径流量序列在20世纪50年代中期、70年代末期、80年代末期和21世纪初,均发生了一定的突变,但突变趋势并不显著。

江淮地区气候变化对长江河口处径流量的影响分析

基于江淮地区23个气象站1957～2005年水文气象资料，分析了大通站天然径流变化特点及影响因子，采用线性回归分析、相关分析、小波分析等方法探讨了径流量对气候变化的响应，揭示了江淮地区气候变化的若干事实及大通径流量对气候变化的响应——气温明显升高、变暖趋势明显且冬季增温幅度高于夏季、蒸发量减小、地表水资源损耗降低、降水量总体呈增加趋势，为合理利用当地气候资源、趋利避害提供了科学依据。