双累积曲线在弥苴河径流影响程度分析的应用

基于1954—2021年弥苴河炼城站年径流、年面降水资料,根据年降水量-年径流深的双累积曲线以及流域以上水利工程建设情况,以流域内年降水量、年径流量最大的年份(1966年)、年降水突变年份(1970年)、径流显著减少年份(1982年)、首个中型水利工程建设年份(1989年)分别作为基准期间隔点;将1990—2021年流域内较大水利工程建设分为影响径流变化的3个时段,分别以不同基准期分析流域面降水量与人类活动对年径流的影响。成果表明在弥苴河流域,径流发生变化的年份与降水、径流发生的最大值无关;弥苴河年径流呈逐渐减少,且减少幅度呈增长趋势;降水量和人类活动均造成弥苴河年径流量的减少。

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。

格林-安普特降雨径流模型改进及初步应用

将基于土壤及降雨资料计算得出的具有物理基础的下渗能力分布曲线引入格林-安普特降雨径流模型,选择中国和美国2个半干旱流域作为研究区域,将改进后的格林-安普特模型与原模型及新安江模型进行模拟对比,研究改进后模型的应用效果及其在半干旱地区的适用性。结果表明:在2个半干旱流域,改进格林-安普特模型模拟结果均好于原始格林-安普特模型及新安江模型;增加的具有物理基础的下渗能力分布曲线能够更好地反映流域内各位置下渗能力随降雨和时间变化的特点,更加精确地计算出流域内下渗量及产流量;半干旱地区洪水多由短时强降雨引起,产流主要以超渗地面径流为主,降雨观测精度和降雨强度对模型模拟精度影响较大;改进格林-安普特降雨径流模型能够在半干旱地区洪水预报中发挥作用。

郑州市降雨-径流关系不确定性分析

为研究郑州市变化环境下的降雨-径流关系,利用1963—2012年郑州市年降水量和年径流量作为基础数据,运用时间突变理论确定径流突变点,将其作为降雨-径流关系的变化点,并将多时间尺度小波分析和集对分析结合研究降雨-径流在多时间尺度上的联系。结果表明:郑州市年降水量无明显变化趋势,年径流量在1985年和2002年发生显著突变,降雨-径流关系愈发复杂;郑州市年降水量具有准2~4 a、5~7 a、6~11 a、23 a、32 a的波动周期,而年径流量具有准2~4 a、4~9 a、8~11 a、17 a的波动周期;郑州市降雨-径流的不确定性关系在短、中、中长周期以同一性为主,在长周期以差异性为主,根据变异年份划分的3个时段基本符合这一规律。

一种简单的年降雨-径流概念模型

以河北省雄县新盖房水文站年径流系列分析为例建立了新盖房水文站年径流量与其控制流域的年降雨量、耗水量和水库、闸坝等蓄水措施储量关系的简单概念模型。通过新盖房水文站年径流和其控制流域年降雨的双累积曲线分析,得出不同阶段人类活动对径流的影响,从中选择具有代表现状人类活动水平的1980～1995年径流系列,对模型及其参数进行了计算和验证,以此简单的年降雨-径流概念模型计算得到了1953～1995年长系列径流量。该模型具有概念明确、简单易用、所需资料和参数少等优点。

基于SWAT模型的巴勒更河流域降雨-径流关系

研究流域的降雨-径流关系可为水资源管理与水土保持等工作提供依据。根据实测降雨资料和历史实测径流数据构建SWAT模型并用于还原径流序列,采用Kendall秩次检验、滑动平均、M-K突变检验、小波分析、累积距平法以及径流系数,分析巴勒更河流域1970—2015年的降雨-径流关系年际变化特征、变化趋势,并运用累积斜率变化率比较方法定量地分离出气候变化和人类活动对径流变化影响的贡献率。结果显示:①将SWAT模型应用在巴勒更河流域时,在校准期时评价指标R^(2)为0.78、纳什效率系数NSE为0.76;验证期R^(2)为0.58、NSE为0.51,这些指标表明将SWAT模型用于巴勒更河流域的径流还原是可行的。②巴勒更河流域1970—2015年降雨有显著上升的趋势,而径流的趋势不显著;降雨突变点出现在1981年,而径流在1995年、2010年均发生突变;此外,在该流域内降雨、径流序列展现出来的周期性变化也存在差异,尤其是在主周期上,降雨主周期为28 a,径流则为23 a。③降雨-径流关系在1989年、2001年均发生变异,且每次发生变异,都导致径流系数下降,其中1970—1988年径流系数是0.15,1989—2006年径流系数为0.11,2007—2015年径流系数为0.10。④以1970—1988年为基准期,1989—2001年人类活动对径流变化占主导地位,其中径流变化人类活动贡献了65%,而气候变化对于径流变化贡献率为35%;2001—2015年人类活动对流域径流变化贡献率为81%,气候变化对径流变化的贡献率为19%;以1989—2001年为基准期,2001—2015年人类活动对径流变化的贡献率为51%,而剩余的49%是气候变化导致的。

讨赖河流域径流-输沙变化特征分析

为了探究讨赖河流域径流和输沙变化趋势、突变规律以及径流、输沙变化影响因素,采用滑动t检验、M-K(Mann-Kendall)检验和累积距平检验方法,对讨赖河流域径流突变进行了分析。采用双累积曲线法研究讨赖河流域径流和输沙突变前后,降水量和人类活动对径流及输沙的影响。结果表明:(1)基于线性倾向斜率法分析讨赖河流域降水、径流和输沙的变化趋势,在1970-2020年,降水量呈下降趋势,径流和输沙量呈上升趋势;(2)采用3种方法确定的径流突变年份为1983年,输沙突变年份为1998年;(3)采用双累积曲线法确定影响径流和输沙变化的主要因素为人类活动。

2011-2020年赣江上游主要支流水沙变化特征

[目的]探讨近十年来赣江流域上游主要支流水沙变化的基本特征,阐明赣江上游水土保持措施与河川输沙量的关系,为赣江流域的水土流失综合治理提供科学依据。[方法]以赣江流域上游4条主要支流把口站2011—2020年水沙实测资料为基础,采用累积距平、双累积曲线等方法对支流水沙变化特征进行分析,并结合相关水土保持措施统计数据对输沙模数进行线性回归分析。[结果](1)赣江上游主要支流的降雨量和径流量的变化趋势大体相同,主要支流的输沙量呈现“丰水丰沙,贫水贫沙”的特征。(2)四条支流的输沙量均表现出持续2~3 a的上升(下降)随后出现下降(上升)的间歇性态势。除平江流域外其他流域输沙能力受非自然因素影响较大,影响因素较为复杂。(3) 2011—2020年赣江流域上游支流中平江、桃江及贡水流域输沙模数与5个水土保持因子无显著相关关系。章水流域输沙模数与新增水保林面积呈显著正相关。章水流域输沙模数与水土保持措施因子的关系方程如下:Mz=0.019S水保林+5.126(Mz表示章水的年输沙模数,S水保林代表对应支流流域内水土保持措施年新增面积)。(4)提出新增水土保持措施的面积占比:封育治理(52.0%~60.0%),经果林(22%~25%),水保林(20%~23%),种草(2%~3%),坡改梯(2%~3%)。[结论]赣江上游主要支流的降雨量和径流量的变化特征大体相同,但个别年份存在径流量与降雨量不成正比的反常情况。影响赣江上游主要支流输沙能力的因素较为复杂,其中水土保持措施是影响赣江上游章水流域水沙变化的主要人为因素,章水流域输沙模数与新增水保林面积呈显著正相关。

西大河水库1982-2022年径流变化特征及归因分析

为研究西大河水库径流变化特征,根据1982-2022年降水与年平均流量数据,采用趋势分析、突变分析、归因分析等方法对径流变化进行了分析。结果表明:西大河水库在1982-2022年间,径流量呈下降趋势,开始突变年份为1994年;区域降水量呈上升趋势,变化期(1994-2022年)内影响西大河水库径流的主要因素为人类活动。

1980—2020年玉门市径流变化与归因分析

为探明玉门市1980—2020年间径流变化及其成因,结合玉门市近40a径流、气温、降水及水面蒸发数据,分析其年际变化趋势,利用M-K、滑动t突变检验和累积距平检验确定玉门市降雨和径流突变年份,使用双累积曲线法对玉门市径流变化进行归因分析。结果表明:1980—2020年玉门市平均年径流量为0.305亿m^(3),年降水量为180.1mm,年均气温为7.556℃,年水面蒸发量为1123.2mm;径流和降水突变年份分别为1983和2020年;由于气温升高,导致冰川融雪和融冰为玉门市径流变化的主要影响因素,径流变化对玉门市水资源合理开发利用及生态可持续发展具有重要意义。

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。

1954-1993年间窟野河径流量变化趋势及其影响因素分析

采用窟野河温家川站1954-1993年的水文资料和降水量资料,应用多种统计分析方法,系统分析了窟野河径流的年内分配及年际变化规律及其影响因素。研究表明:窟野河流域径流年内分配极不均匀,主要集中于7-9月。径流的年际变化剧烈,且呈减少趋势,1980年代以后基本处于枯水时段,与降水量的变化趋势基本一致。从多年平均值来看,温家川站1973-1979年平均年径流量较前期减少24.6%,20世纪80年代以来径流量锐减,年均径流量较1973年以前减少38.6%。在各项水土保持措施中,造林对径流量的影响最大。通过降水-径流双累积曲线的分析表明,径流变化趋势在1973年发生系统性向右偏转,说明径流量变化受降水量和人类活动共同影响。

广州校园区降雨径流污染的初期冲刷效应

对广州市华南理工大学五山校区2012年6-8月4场次实测降雨径流污染的初期冲刷效应进行了研究，结果表明，污染物TSS、COD、TN、TP、TCu、Zn、总硬度、NO2--N、NH3-N、SO2-4等均存在不同程度的初期雨水径流冲刷现象．根据其中3场次降雨的总体结果分析发现：初期20％径流携带的TSS负荷量为其总量的7.0％～39.4％，COD为20.4％～56.0％，TN为13.8％～35.2％，TP为16.0％～35.2％；初期30％径流携带的TSS负荷量为其总量的18.6％～56.1％，COD 为37.8％～72.6％，TN 为22.8％～43.2％，TP 为24.3％～53.1％．对主要污染物TSS、COD、TN、TP的初期冲刷强度与降雨时间、降雨量、平均雨强、最大雨强、最大雨强出现时间、雨前干燥天气期之间的相关性分别进行分析，结果表明，除个别因素显著相关外，总体上表现为相关但不显著或不相关．

栅格新安江-地表地下双人工调蓄分布式水文模型

为了提高地表地下双重人类活动干扰下的流域洪水模拟精度,基于调蓄水库概念提出了考虑地表水利工程和地下水超采影响下的网格化降雨径流模拟方法,通过在栅格新安江模型基础上引入地表地下双调蓄模块,构建了栅格新安江-地表地下双人工调蓄分布式水文(GXAJ-DAR)模型,将该模型同半分布式新安江-海河模型在海河的典型流域清水河流域进行了验证比较。结果表明:GXAJ-DAR模型在清水河流域的模拟精度高于新安江-海河模型;基于栅格的双调蓄结构能根据水利工程控制区域和地下水埋深的实际空间分布对地面和地下径流人工调蓄过程进行准确模拟;GXAJ-DAR模型对自由水蓄水库蓄水容量参数的取值较新安江-海河模型更加合理,能有效提高清水河流域的洪水模拟精度。

1980-2018年拉萨河径流泥沙变化

径流量、输沙量一定程度上可反映流域的环境特性以及水土流失程度。拉萨河作为雅鲁藏布江的一级支流,对其输沙量的长期变化特征以及影响因素缺少精确定量评估。开展拉萨河水沙变化特征及归因识别研究,分析西藏农业及生活用水的格局,对区域生态保护和高质量发展具有重要意义。本文基于1980—2018年拉萨水文站径流泥沙和流域降水数据,采用Mann-Kendall趋势分析、小波分析和双累积曲线等方法分析了拉萨河近40 a的径流、输沙演变规律和周期性特征,并结合降水变化和人类活动探讨了流域水沙变化的主要影响因素。研究结果表明:(1)近40 a拉萨河年径流量和输沙量整体均表现为不显著的增加趋势,其多年变化呈多峰波动,逐年变化方向基本同步;二者年内分配极为不均,汛期(5—10月)径流量占全年总径流的85.79%,输沙量占比达99.62%。(2)年径流量在2005年发生突减变化,年输沙量分别在1994年和2005年发生突增和突减变化。(3)拉萨河年径流量近40 a经历了3次丰-枯循环交替变化,15 a为主周期;年输沙量经历了6次丰-枯循环交替变化,9 a为主周期。(4)拉萨河径流变化的主要影响因素由降水主导(1994—2004年)转变为人类活动(2005—2018年)占主导,而输沙变化的主要影响因素则表现相反;随着不同阶段的变化,人类活动对径流输沙的贡献率逐步增大,生产建设工程、水库运行调度、生态工程实施是人类活动影响拉萨河水沙变化的主要表现形式。研究结果可为流域水资源分配以及水利工程建设提供科学依据,同时为流域生态工程实施成效评估提供数据支撑。

1956-2016年拉萨河径流量变化及影响因素分析

通过分析拉萨河径流量的演变规律和突变情况,开展降水和人类活动对径流量变化的成因分析,为拉萨河流域水资源管理与利用提供科学依据。基于1956-2016年的径流和降水数据,利用Mann-Kendall趋势分析、累积距平-滑动t检验法和降水-径流双累积曲线法,统计分析拉萨河径流序列的趋势性和突变性,计算降水与人类活动对拉萨河汛期6-9月径流量变化的贡献率。结果表明:1956-2016年拉萨河径流量年际变化波动较大,其中1995和2005年为径流量突变年份。以1956-1994年为基准期,通过双累积曲线法定量分析表明1995-2004年人类活动对汛期径流量变化的贡献率小于50%,而2005-2016年人类活动的贡献率增大至70%以上,即人类活动成为汛期径流量改变的主要影响因素,且下游河道人类活动的影响程度更大,主要原因是新建的直孔和旁多水库调控了下游河段的流量过程。

近80年来北洛河流域径流变化特征及其归因分析

为了探究北洛河流域径流变化特征及其驱动因子,对流域治理规划和生态环境建设提供科学依据,基于北洛河流域1937—2018年径流数据,采用现代数理统计方法对径流特征进行了分析,并结合1952—2019年气象资料分析了气候变化对径流的影响。通过降水—径流双累积曲线法定量分析了气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:北洛河流域1937—2018年年均径流量显著减少(p<0.01),在1970年、1994年发生突变,且存在54 a的主周期变化。1956—2019年北洛河流域降水变化趋势不显著(p>0.05),气温显著增加(p<0.01),气候变化对北洛河径流量起到减小作用。与1957—1970年相比,1971—1994,1995—2018年人类活动对于径流减少的贡献率分别高达92%和97%,人类活动是使北洛河径流量发生减少和突变的关键因子。

近60年开都河源区径流演变及驱动因素定量分析

探明开都河径流和降水的演变特征及其关系,对了解流域的水文循环过程、进行水资源管理具有重要的现实意义。基于开都河大山口水文观测站径流量实测数据,利用Mann-Kendall趋势和突变检验以及累积距平法,分析开都河近60a的径流和降水演变规律,利用双累积曲线法定量研究降水和人类活动对开都河径流变化的贡献量。结果表明:(1)开都河年径流量波动较小,多年平均值、最大和最小值分别为35.44×10^(8)m^(3)、57.09×10^(8)m^(3)和24.61×10^(8)m^(3);(2)径流量整体呈上升趋势,以0.166×10^(8)m^(3)/a的速率递增,于1995年发生由少到多的突变;(3)开都河源区降水年际变化较小,多年平均值、最大和最小值分别为271.48mm、406.6mm以及191.4mm,且在1998年发生突变;(4)在径流量增加过程中,降水和人类活动对其贡献率分别为68.2%、31.8%,影响量分别为4.71×10^(8)m^(3)和2.2×10^(8)m^(3)。研究成果为开都河源区水资源管理、利用和水土流失整治提供数据基础和决策依据。

额木尔河流域径流变化及影响因素研究

以额木尔河流域为例,探究流域径流变化规律以及影响因素,基于MATLAB软件的R/S分析法和Mann-Kendall法径流系数的变化特征,利用Spearman相关分析方法,对各气象要素和径流之间的关系进行了研究。采用双累积曲线方法,将气候变化和人类活动对流域水文过程的影响进行量化分析。经过检验,1958-1980年额木尔河流域年平均径流量和降水量均呈下降趋势,年平均气温和蒸发量均呈增加趋势。定量计算结果表明:降水对流域年径流量的影响不大,仅占9.5%,从而说明在流域内人为活动对年径流量的影响较大。

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。