1978-2011年呼图壁河径流的变化趋势

[目的]分析新疆维吾尔自治区呼图壁河径流变化特征与长期变化趋势,为制定科学合理的呼图壁地区水资源供需平衡发展战略提供理论支撑。[方法]采用变差系数法、距平累积法、Mann-Kendall非参数秩次相关检验法及Morlet连续复小波变换对呼图壁河石门水文站1978—2011年实测日流量资料进行分析。[结果]呼图壁河径流的年内变化主要受降水与气温的影响,其主要径流产生于5—9月,汛期为6—8月,径流量占全年径流量的69.4%,枯水期为12月至次年3月。呼图壁河的Cv平均值为0.149。近34a来径流量整体呈现出不显著的增加趋势,径流量的年际变化小,年际间持续枯水与持续丰水的时间几乎相同。此外,呼图壁河年径流存在4个较为显著的周期波动,其中18和29a分别为径流量年际变化的第Ⅰ、第Ⅱ主周期。[结论]呼图壁河近34a来径流量呈增加趋势,径流量的年际变化呈现出较为显著的周期性,径流量的年内分配很不均匀。

近300年来新疆三屯河与呼图壁河水系变迁研究

利用历史文献记载、历史地图、大比例尺地形图、各类地理考察成果、卫星影像资料 ,结合实地考察 ,采用历史地理学溯源法、地名学分析法、历史文献和历史地图解读等方法 ,对一直未引起学术界足够重视的天山北坡三屯河与呼图壁河水系的历史变迁问题进行了深入的论证研究 ,提出了近 30 0年来玛纳斯湖群的历史变迁与三屯河、呼图壁河水系的历史变迁密切相关 ,复原了近30 0年来三屯河与呼图壁河水系河道变迁、水流空间分布过程及其与玛纳斯湖群历史变迁的密切关系 ,并且结合新疆近 35 0年来的气候变化与人类社会经济活动变化的特点 ,分析了不同时间阶段河流水系变迁的主导因素。

呼图壁河流域树轮年表的建立及其特征分析

通过对呼图壁河流域地区6个标准化树轮年表统计参数的分析,发现喀音萨依树轮年表较其它年表可能包含了更多的气候信息,质量较好,而冰沟年表与其他年表的相关性最好,代表性强。在0.05的显著性水平上,冰沟年表树轮指数变化具有明显的具有63.3a,53.3a,31.8a,28.9a,3.7-3.0a和2.03-2.1a的变化准周期。以希勒木布尔克为代表的高海拔采点的年表的高频信息含量较高,而其低频信息含量则是以喀音萨依为代表的低海拔采点的信息含量较高。对年轮指数的观察发现20世纪以来指数在高水平上下波动,从一定程度上佐证了新疆天山山区近40a,特别是近10多年来向湿润发展的大趋势。

呼图壁河水沙年内分配特征及同步性变化分析

利用呼图壁河出山口石门水文站1980—2011年日径流量和输沙量实测资料,采用年内不均匀系数、完全调节系数、集中度(期)等方法指标,分析了呼图壁河水沙年内分配及同步变化规律。结果表明:(1)不同年代的径流与输沙年内分配均呈"单峰型"分布,且输沙量较径流量的分配更为集中;(2)近32年以来,径流和输沙的不均匀系数、完全调节系数、集中度都呈缓慢上升趋势,且二者的年际变化都显示出较好的同步性。径流和输沙的集中期同样有着微弱的上升趋势,但输沙集中期略提前于径流集中期。这是由于河流的补给方式和下垫面等综合影响造成的;(3)呼图壁河泥沙年内分配不均匀系数明显高于径流。完全调节系数与不均匀系数的变化趋势基本一致。各个年代冬春季节径流量与同一时段输沙量的变化不同步。

天山北坡中小流域输沙量变化及其影响因素——以呼图壁河流域为例

利用呼图壁河流域石门水文站1980—2011年实测日径流量、输沙量及降水量资料,采用Mann-Kendall非参数趋势和突变检验法、双累积曲线法等,研究了呼图壁河输沙量年内和年际变化趋势及可能的突变时间,并探讨了可能引起呼图壁河输沙量变化的影响因素。研究结果表明:呼图壁河流域输沙量年内分配极不均匀,连续最大4个月(6—9月)输沙量占全年输沙量的94.61%,7月输沙量最大,占全年输沙量的60.83%;1980—2011年输沙量总体呈增加趋势,年际尺度上呈丰枯相间的周期性变化,并在1989年发生了突变。输沙量受径流量、降雨量、大型水库和水土流失等综合影响,而径流量是影响输沙量的主要因素。流域干燥的气候和较低的植被覆盖率,加上人类对上游山区煤炭资源的过度开采,使得该区域山区突发暴雨洪水时,造成输沙量的剧增。

气候变化对呼图壁河径流量的影响

依据呼图壁河青年干渠渠首水文站1979—2005年径流量资料和呼图壁县气象站同期历史气候资料,统计分析了27a来呼图壁河径流的年内分布特征、多年变化规律以及呼图壁河流域气候变化对河流径流的影响。结果表明:径流量年内分配极不均匀,11月—3月几乎无径流产生,而4月—10月径流十分集中,水热同期的气候特点是形成呼图壁河径流年内分配不均的根本原因;径流量的年际变化较稳定,变差系数仅0.14;27a来呼图壁河年径流量表现出较明显的递增趋势,平均增加倾向率为0.157×108m3.10a-1;降水是影响河川径流的主要气候因素,27a来降水量呈增多趋势是导致呼图壁河年径流量递增的主要原因。气温升高,加快了冰川、积雪融水的产生,对增加和稳定径流也具有重要作用。

天山北坡呼图壁河流域积雪水文过程对气候变化的响应

积雪是干旱区水资源的重要组成部分,气候变暖引起的降水形态和积雪消融的改变势必会对流域径流过程及其组分变化产生重要的影响。选取天山北坡呼图壁河流域作为干旱区积雪补给典型流域,利用站点气象数据及IPCC CMIP5气候情景数据,驱动改进雨雪划分方案、融雪径流计算模块的VIC模型,以观测径流和MODIS积雪面积数据进行模型多目标参数优化,定量解析呼图壁河流域径流组成、变化特征及对气候变化的响应机理。结果表明:(1)呼图壁河径流呈暖季集中的单峰型分布,融雪径流、降雨径流和冰川径流分别占径流总量的27.7%,66.1%,6.2%。1978—2010年呼图壁流域在气温、降水量显著增加,降雪量变化不大,降雪占降水比例显著下降的背景下,总径流和降雨径流显著增加,融雪径流微弱增加。(2)RCP4.5情景下,预估未来呼图壁河流域气温将显著升高,降水缓慢增加,而降雪明显减少;流域总径流将缓慢增加,其中降雨径流显著增加,而融雪径流将显著减少;径流年内分配亦将改变,将表现为春季径流和峰值流量的下降,枯水期流量增加,融雪径流峰值前移。(3)春季融雪径流的占比最高,其变化直接决定着总径流的丰枯变化;预估未来融雪径流显著减少将导致3—6月灌溉期总径流减少,在现有农业生产模式下将进一步加剧灌溉用水矛盾。

准噶尔盆地腹部地区白垩系呼图壁河组沉积特征

以沉积学的方法和原理为指导,综合运用录井、测井、岩心、区域地质背景等资料,对准噶尔盆地腹部地区滴西12井区白垩系呼图壁河组沉积特征进行研究。结果表明:滴西12井区白垩系呼图壁河组岩性主要为灰色细砂岩、粉砂岩和棕红色泥岩的频繁互层,沉积相类型主要为干旱型砂质辫状河,微相类型主要有高能河道、低能河道、心滩、溢岸、河漫滩等,物源方向主要来自西北和东南方向;呼一段和呼二段共划分为14个小层;K1h18小层沉积初期发育西北向的辫状水道,K1h17～K1h15沉积时期辫状水道规模进一步扩宽,K1h14～K1h13沉积时期水流能量开始减弱,河道发育不明显,K1h12～K1h21沉积时期河道水动力条件又逐渐增强,河道不断分叉、合并和摆动,多期河道叠置,形成丰富的水道心滩储油砂体;沉积作用及不同类型沉积微相相带分布是研究区储层物性的主控因素。

内陆干旱区实施最严格水资源管理的关键技术研究——以新疆呼图壁河流域为典型示范区

以最严格水资源管理理念为前提,从最严格水资源管理下的区域水资源综合模拟、水资源管理分配,以及典型研究区流域水资源监测框架核心技术及考核指标的评价体系这4个方面,研究内陆干旱区实施最严格水资源管理的关键技术,且以天山北坡中段呼图壁河流域为典型示范区,揭示流域内水资源的供需规律,建立适应内陆干旱区的最严格水资源管理制度,为实现区域水资源的可持续利用以及支撑区域经济社会的可持续发展提供科学依据和决策建议,为干旱区贯彻和落实最严格水资源管理制度提供科技支撑。

天山北坡呼图壁河流域水资源变化及转化研究

利用天山北坡中段呼图壁河流域石门水文站1956—2011年径流量数据,以及2013年9月—2014年10月逐月呼图壁河地表径流和地下水的δD和δ18O数据,研究了呼图壁河流域地表径流和地下水位变化,并结合同位素和水化学方法探讨了地表径流和地下水之间的转化关系。结果表明,近55 a呼图壁河流域出山口径流量有明显增加趋势,在20世纪90年代之后增加了13.36%,而地下水位呈持续下降趋势。流域地表水与地下水水化学特征差异显著,地表径流受岩石风化作用影响,而地下水受蒸发—结晶沉降作用控制。该流域地表水与地下水出现了两次转化关系,上游地区地下水对地表径流的补给占到18.45%,而中下游区域地下水的补给占到92.31%。

干旱内陆河流域最严格水资源管理应用探讨——以呼图壁河流域为例

"总量控制红线"是干旱内陆河流域实施最严格水资源管理的核心,提出了侧重总量控制和用水效率红线的"地表水-地下水库"联合调蓄及"水-生态-经济"耦合的流域集成水资源管理框架;在实施最严格水资源管理下,按照"两步走战略,近期三七分成,远期五五分账"和"三七调控"的水资源开发利用合理阈值,对水资源进行有效调控;以呼图壁河流域为例,制定了2020、2030年最严格水资源管理考核指标体系,为实施最严格水资源管理提供依据。

天山北坡呼图壁河生态基流量估算研究

利用Tennant法、最枯月平均流量多年平均值法、90%保证率最枯月平均流量法和年型划分方法 4种生态基流估算方法对天山北坡呼图壁河的生态基流进行估算。结果表明:(1)Tennant法获得的生态基流量为一般用水期(10月-翌年3月)的最小生态需水量为0.055亿m^3,鱼类产卵育幼期(4-9月)的最小生态需水量为1.253亿m3;利用最枯月平均流量多年平均值法估算值为0.052亿m^3;利用90%保证率最枯月平均流量法估算基流量为0.072 8亿m^3;利用年型划分法估算生态基流量为0.166亿m^3。(2)对比4种方法可得利用最枯月平均流量多年平均值法估测值数值与实测值较接近,改进的Tennant法估测值不仅与实测接近,而且对年内用水可以进行更细致的划分,所以更适合用于反映呼图壁生态基流量。

新疆呼图壁河流域径流时序变化特征

依据呼图壁河石门水文站1956—2005年50 a径流量资料,选取多种径流量统计参数,分析流域范围内不同径流补给来源的径流年内分配规律和多年变化特征。结果表明:径流量时序特征与径流的补给来源有密切关系;径流量年内分配极不均匀,集中度高达66.47%;而径流量的多年变化变差系数小,仅为0.15。Kendall秩次检验显示在过去的50年,呼图壁河年径流表现出显著的递增趋势;而不同时间分辨率下的Hurst指数,尤其年径流的Hurst指数为0.8,表明径流具有强劲的持续性趋势,即年径流量在未来变化周期内将表现为持续增加的趋势。

基于多变量时间序列CAR模型研究

根据呼图壁河流域石门水文站1978-2011年的气温、降水及径流量资料,研究了呼图壁河流域近34年来径流量的变化趋势和突变特征,建立了基于多变量时间序列CAR(Controlled Auto-regressive)的径流预测模型,并应用该模型预测了未来不同气候变化情景下呼图壁河流域的年径流量。结果表明,呼图壁河流域年径流量、气温及降水量都呈现不同程度的增加趋势,其中年径流量在1987年发生明显突变,而年降水量和年均气温突变特征不明显;CAR模型在呼图壁河流域年径流量模拟的结果较好,平均相对误差为7.1%,达到了模型精度要求,说明该模型在呼图壁河流域有较高的适用性。在未来区域气候暖湿化背景下,对呼图壁河流域未来不同气候变化情景下的径流量进行预测,发现在降水和蒸发增加的情景下,呼图壁河年径流量均呈增加的趋势;在极端干旱条件下,径流量也表现出增加的趋势。该研究对流域水资源的合理利用与综合管理具有重要意义。

新疆呼图壁河径流时间序列分析

基于呼图壁河石门水文站1956—2011年的年径流数据,采用Morlet小波分析和R/S分析方法,对新疆呼图壁河流域径流周期、变化特征和未来趋势进行分析和预测。研究结果表明:(1)通过对呼图壁河1956—2011年径流量的分析发现,径流时间序列存在5 a、10 a、18 a和28 a左右的震荡周期,18 a尺度震荡周期最强,其次是28a尺度。18 a时间尺度上的震荡在56 a研究时段内均较强,且存在4个丰水期和5个枯水期;28 a震荡周期在56 a尺度时段内相对较强,存在3个丰水期和3个枯水期,目前处于偏丰期;(2)利用R/S分析呼图壁河径流量序列,Hurst指数为0.6442,存在明显的赫斯特现象,这就意味着未来一段时间的径流量与过去具有同样的增加趋势。

呼图壁河流域地下水水化学特征分析

通过对呼图壁河流域浅层地下水离子化学成分的分析,探讨了该流域地下水化学成分的特点、水化学的类型等。结果表明:(1)基于水化学分析数据分析可知地下水的pH值为7.98~8.20,平均值为8.05。地下水中主要离子浓度表现为Na^+>SO_4^(2-)>HCO_3^->Ca^(2+)>Cl^->Mg^(2+)>K^+,水化学类型以SO_4^(2-)-HCO_3^--Na^+为主。(2)通过Gibbs图和Piper图分析可知该流域地下水中SO_4^(2-)和HCO_3^-的含量较多,Cl^-含量相对贫乏,主要离子组成为岩石风化作用和蒸发浓缩型。通过主要离子Na^+、SO_4^(2-)与保守型离子Cl^-的摩尔比表明该地区人类活动对水体有一定的影响。

呼图壁河径流对气候变化的敏感性分析

为了预测干旱地区径流对气候变化的敏感性,选取天山北坡中段的呼图壁河流域,根据1978—2011年的气象数据和径流数据,建立了径流与气温、降水的多变量时间序列模型,并设置不同的情景方案对径流对气候的敏感性进行了分析。结果表明:呼图壁河径流主要受降水和气温的影响,径流对降水的敏感性比对气温的高。

呼图壁河渠首工程水库泄空冲沙研究

对于多沙河流上水库的排沙方法,前人已有较多研究,但通过模型试验来模拟水库高淤积后的排沙研究较少。通过水工动床模型试验,对呼图壁河渠首拟建水库高淤积状态下的泄空冲沙进行了研究,根据冲淤前后的断面变化情况,对泄空冲沙过程中的溯源冲刷和沿程冲刷进行了分析,找出了泄空冲沙的规律及运用原则。通过对泥沙冲淤的数值分析,建立了溯源冲沙的概化图形,推导出了一套适合该水库的泄空冲沙公式。经验证,建立的泄空冲沙公式可以用于呼图壁河渠首工程水库排沙形态预测及排沙量的估算。

新疆呼图壁河“99·7”洪水成因分析

依据有关气象与水文资料对新疆呼图壁河1999年7月20日12时发生的大洪水进行了分析,从而揭示呼图壁河"99.7"洪水发生、发展的成因。

基于生态恢复的新疆呼图壁天然河谷景观规划设计对策研究

洪水频发和由此引发的"重防洪工程,轻滨水景观"的倾向是呼图壁天然河谷景观规划设计中面临的两个主要问题,本文在"设计结合自然"思想指导下,受生态修复理论的启发,分析了呼图壁天然河谷的现状与问题,提出了与自然洪水过程相适应的景观规划设计对策,以达到修复河谷生态和营造城市景观的双重目的。