张健
, 李同昇
Zhang Jian, Li Tongsheng
中图分类号: P333
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690(2016)03-0475-06
收稿日期: 2014-11-20
修回日期: 2015-04-22
网络出版日期: 2016-03-20
版权声明: 2016 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
基金资助:
作者简介:
张健（1980-）,男,陕西大荔人,博士,讲师,博士后,研究方向为历史地理及其信息技术、气候变化与社会响应、环境史。E-mail：zhangjian@nwu.edu.cn
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摘要
选取黄河中游区实施水土保持最早的一级支流无定河流域,利用滑动-T、曼-肯德尔和山本等3种突变检测方法相互验证,确定了在受人类活动显著影响下,径流的突变年份为1972年,自此径流平均减少3.55×108m3;基于径流突变前降水与径流的显著相关性,并借助地统计克里格空间插值法,重建1933~2012年无定河流域出口控制水位站天然径流变化序列。采用小波分析法诊断天然径流序列的周期变化,结果显示：天然年径流存在6个不同时间尺度的“丰-枯”演变特征,其平均周期分别对应着35.5、22.2、16.8、12.2、9.3和3.3 a。
关键词：
Abstract
River is the path of water current on the land surface that collection and transmission, and the hydrological response of a catchment and hydrological processes which represents the global changes of the response of the earth′s surface. It is of great importance to study the runoff evolvement process. Changing rules and the influence factors in the Yellow River and would enhance sustainable development of social economy and effectively protect our environment under the reasonable utilization of river basin water resources. If we want to identify the ways of response of runoff to climate change in semi-arid region in northwest of China, the study should be first based on the grasp of the long period evolvement rules of runoff. Based on the observed annual runoff data of the Wudinghe River during 1945-2012, the characteristic of the abrupt change had been diagnosed by employing the methods of Moving t-test technique and Mann-Kendall and Yamamoto. The analysis showed that the annual runoff of the Wudinghe River changed abruptly in 1972, in the year since, the decrease of the runoff is about 3.55×108m3 on average. Precipitation decrease about 6.28% but runoff decrease about 26.62% on average after the abrupt change of the Wudinghe River runoff during 1933-2012. Although precipitation was the primary factor to affect surface water resource, precipitation was not the main reason for runoff decrease compared with human activities. Then reconstruct the sequence of natural runoff of the Wudinghe River during 1933-2012 according to the significant correlation between precipitation and runoff before 1972. Morlet complex wavelet function was used to transform the sequence of runoff of Baijiachuan hydrologic stationin of the Wudinghe River during 1933-2012. According to wavelet to analyze the periodic characteristics of the natural annual runoff, the results showed that the average period of annual runoff change have multi-scale periods such as 35.5 a, 22.2 a, 16.8 a, 12.2 a, 9.3 a and 3.3 a. It will be able to calculate the influence degree of the natural runoff change because of human activities such as building a reservoir, building a dam that silting land for developing farmland, etc.
Keywords：
水资源在人类社会持续发展中有着不可替代的重要地位。近几十年来,伴随全球变化和人类活动对水文要素的负面效应累积,黄河径流发生着明显变化,流域内诸多河流屡现断流、水质污染等水资源短缺和水环境恶化现象,严重制约着区域社会经济良性发展。因此,研究黄河流域径流演变过程、变化规律及其影响因子,可为流域水资源合理开发利用,解决水资源的供需矛盾,促进社会经济和生态环境可持续发展具有重要作用。这是一个新的水科学问题[1]。河流是陆地表面汇集、输送水流的路径,流域水文过程体现出全球变化的地表响应。中国东南湿润区河流径流对气候变化不敏感,而西北半干旱区河流径流对降水、气温变化相对敏感[2]。要辨识西北干旱半干旱区黄河中游河川径流对气候变化的响应,须建立在对河川径流长时段演变规律的把握,及多种影响因子和影响机制判定基础之上,而纵观以往相关成果,就上述问题尚需继续深入研究[3~6]。基于此,本文重建了黄河中游无定河流域出口控制站白家川站点1933~2012年天然径流序列,并分析其周期变化特征,从理论层面量化无定河流域水库修建、打坝淤地等水保措施对天然径流影响程度。
无定河发源于陕西省北部、宁夏回族自治区南部、甘肃省东南部与内蒙古自治区西南部边缘的白于山,流经内蒙古伊克昭盟和陕西定边、靖边、米脂、绥德、清涧县等地区,最后于东南向汇入黄河,上游称为红柳河,流经靖边新桥至巴图湾后始称无定河,全长491 km,流域面积30 260 km2。无定河古称生水、朔水、奢延水,由于不同历史时期流域内农牧经营方式多有变化,径流亦随之变化,历史上无定河清浊无常,故有无定河之名。明清以来,人口数量陡增,山地开发处于一个高潮时期,中国西北地区包括无定河流域在内,受人类活动的影响力度持续加大。建国后,无定河是黄河中游区实施水土保持最早的一级支流,流域内的主要支流有纳林河、海流兔河、芦河、榆溪河、大理河、淮宁河等（图1）。地貌类型主要分为3类：上游黄土丘陵区、中游风沙滩区及下游黄土丘陵沟壑区,其中水土流失面积高达23 130 km2,占总面积的76% [7]。该流域属温带大陆性干旱半干旱气候类型,降水特征表现为总量少、集中、一次降雨强度大,年降雨量的变率较大。多年降水实测值显示,无定河流域的年均降水约400 mm,年内降水主要集中于6~9月,多以暴雨、大暴雨为主,河流汛期降水高达年降水量的70%左右[8]。
图1 无定河流域水系结构和白家川水文站
Fig.1 Study area and the hydrological station in Wudinghe River Basin
本文研究数据分为两部分,水文数据主要取自于黄河流域水文资料与黄河中游水土保持径流测验资料(① 水利部黄河水利委员会.黄河流域水文特征值统计（第3册）•黄河中游区上段（河口镇至龙门）（内部资料）;黄河中游水土保持委员会.1945~1963年黄河中游水土保持径流测验资料,1965（内部资料）。
),气象数据采用中国气象观测站日值数据集。无定河流域现代气象水文观测站早在1933年1月于陕西省绥德县城关镇薛家畔村设立绥德站,主要测定内容为基本水文和雨量数据。随后设立了米脂、横山、靖边、榆林、赵石窑等站。经整理数据,1933~1955年各站点降水数据中米脂站、绥德站点的数据比较完整,赵石窑、横山等站有10 a左右记录,整体上可反映降水空间分布特征。
借助地统计克里格（Kriging）插值法,对观测站按年份进行空间插值,考虑研究区周边同一年份有记录的站点,利用周围台站的长/短序列观测资料,对研究区观测站缺值年份进行数据估算,从而重建所需观测站降水的完整序列。以往研究结果表明,可以依据现有空间数据样本进行空间插值,预测空间临近其他未知站点的数据特征,并在比较不同空间插值方法优劣之后,认为基于Kriging空间插值法具有最佳的插值效果[9,10]。
依据降水与河流径流变化相关关系,重建无定河流域出口控制站白家川站点1933~2012年的径流变化序列。以往有学者通过对1955~1990年共36 a黄河上、中游两个水文站径流和区域降水的季节、年际变化趋势分析认为,在较长时间尺度上,黄河中游区各级河流的径流与降水的变化趋势一致,降水是影响径流的主要因素[11]。故本文依据降水-径流的同期相关分析模型推求径流变化序列。
本文采用滑动-T检验、Mann-Kendall检测和Yamamoto等3种方法分析径流序列突变,并进行相互比较印证。利用滑动-T检验和Yamamoto检测时,基准状态的人为选择对检测结果有影响,但可利用多次变动子序列长度比较印证,从而避免子序列选取长度不同时造成的突变点漂移或隐匿;M-K法是一种非参数统计检验方法,其优点无需样本遵从一定分布,适用于水文突变检测[12],此法在气候与水文学领域应用比较广[13,14]。
本文选取复Morlet小波分析径流变化的周期特性。因径流周期变化具有多时间尺度的特性,使用一般方法很难详细诊断其变化的复杂结构。根据以往的研究成果,小波分析法在气象-水文等领域研究中得到了广泛应用,相比常规分析法而言,小波分析在时域、频域上具有局部辨识力,可诊断出径流序列变化的多层次特征,从而得到周期变化在各个时间尺度上的详细信息。在选择小波函数时,相比实小波变换,复Morlet小波变换可消除虚假变化,径流序列的时频局部化能力更强,从而使得结果更为准确,在实际中得到较多应用[15~19]。
天然状况下河川径流变化主要受自然因素影响,伴随人类活动不断加强,其对流域水文过程的影响在持续增大。20世纪70年代左右无定河流域开展大规模人工措施进行水土保持（水库修建、打坝淤地等）,曹太身、陈同善等曾在80年代初对70年代及前期无定河流域各级水库、淤地坝分布和运行情况进行过实地调查,当时的库坝在控制水沙上起到显著作用[20,21]。许炯心等按梯田和林草坡面等分类,对水库、淤地坝的拦水引沙作用做了分析,显示各项水保措施在1970年之后的水沙量变化均呈减少趋势[22]。因而,本文考虑到人工措施对降水与径流关系的影响,在重建天然径流序列之前,首先对1933~2012年实测径流序列进行突变检测,获取人类活动效应影响下的径流突变点,为利用降水与径流相关关系重建天然径流提供依据。
首先采用滑动-T检验径流序列突变,为避免选取不同子序列长度造成的突变点漂移,分别采用4、5、6、7 a等4种不同子序列长度进行反复检测比较（显著水平α=0.01）。当n1=n2=4,t分布自由度ν=n1+n2-2=6 (t0.01≈±4.60),统计量在1972、2008和2009年等3处超出显著性水平;当n1=n2=5时,ν=n1+n2-2=8(t0.01≈±4.03),1971、1972和2008年等3处超出显著性水平;当n1=n2=6,ν=n1+n2-2=10(t0.01≈±2.31),1971和1972年2处超过显著性水平;当n1=n2=7,ν=n1+n2-2=12(t0.01≈±3.50),仅1972年1处超过显著性水平。通过对4种不同子序列检验比较,共同存在1972年突变最显著。
为了对滑动-T检测法得出的突变年份准确性评估,进一步采用M-K和Yamamoto两种检测方法验证。在给定显著水平α=0.01情况下,M-K检验1956~2012年无定河径流实测序列突变结果为1979年,这与滑动-T检测结果相差较大。但据李靖等对20世纪70年代无定河流域被水毁淤地坝原因分析,1977和1978年暴雨洪水超过了多数淤地坝、水库等水保设施设计标准,且自70年代初期所建的水保设施都多数基本已被淤满。其中绥德、子洲、米脂及其中上游诸县域内的受到暴雨袭击,多地堤坝损毁率占50%以上,部分达80%以上,可见此两年的极端降水对库坝影响严重[23]。考虑到1977年和1978年为极端降水特殊年份,本文对此两年按径流实测序列平均值处理,由此可避免极端降水年份影响突变检测结果出现较大偏差。经第二次检测突变年份为1973年,与滑动-T检测结果比较接近。
进而采用Yamamoto法对以上两种检测结果进行验证,通过选择3、4、5 a等3种不同子序列,在显著水平α=0.01下,检测结果存在一处共同突变点为1972年。经过以上3种不同检测方法相互验证,最后确定径流突变年份为1972年,自此之后无定河水沙显著减少。
根据对实测径流突变检测结果,利用1945~1971年的降水与径流关系之间显著相关关系（图略;y=0.022x+5.619,R²=0.813）,推算出1933~1944年和1972~2012年的无定河天然径流值,其中1933~1944年的降水量通过前文所述的克里格插值法获得,天然径流序列重建结果见图2,包括天然径流、实测径流序列,及其1972年突变后的实测和天然径流平均值。对比无定河径流天然值和实测值,显示自1972年始径流平均减少3.55×108m3。另外,突变之后降水平均减少约6.28%,而径流平均减少约26.62%,显示出降水减少不是影响径流变化的主要原因,同时反映出人类活动对无定河径流变化的强烈干扰和显著影响。
需要说明的是,为了对本文重建的无定河天然值进行检验,选取与无定河流域临近区的窟野河流域,该流域径流变化在20世纪70年代之后受人类活动影响显著,利用其水文控制站温家川站的1972~2010年径流实测值和天然值的显著相关性,模拟无定河径流的天然值。通过对比无定河径流重建值与模拟值,两者相似度较高,通过了α=0.05的显著性检验,可见本文重建的无定河径流信度较高。
图3 1933~2012年无定河径流的小波系数实部等值线
Fig.3 Multi-scale wavelet analysis of Wudinghe River runoff in 1933-2012
采用复Morlet小波进行分析,无定河径流变化存在多个时间尺度的周期特征。图3中等值线是经小波变换算出的径流量小波系数实部值,等值线闭合中心则分别对应着径流在各个时间尺度层面的“丰-枯”演变,正值表示丰,负值表示枯,中心值大小反映波动振荡强度。无定河天然径流历年变化主要包括55~57、34~36、25~27、18~20、、3~5 a等6类时间尺度上的特征,反映了径流演变过程的复杂性。根据图3可以看出,前4个时间尺度上的周期特征在径流变化的整个时间过程表现较明显;而在13~15 a尺度上,1960年之后径流周期特征表现较明显,3~5 a尺度上的周期特征在1955~1970年反映较明显。
为计算上述不同尺度所对应的周期数值,进一步统计了小波方差变化（图4）,结果显示各周期频率对应56、35、26、19、14、4 a,这些不同周期频率共同控制着无定河径流“丰-枯”演变特征。在56 a尺度上,径流演变的平均周期为35.5 a,大约经历2个“丰-枯”转换时期;35 a尺度上,径流演变的平均周期为22.2 a,大约经历3个“丰-枯”转换期;26 a尺度的平均周期为16.8 a,大约经历了5个“丰-枯”转换期;19 a尺度的平均周期为12.2 a,大约经历了6个“丰-枯”转换期;14 a尺度的平均周期为9.3 a,大约经历7个“丰-枯”转换期;4 a尺度的平均周期为3.3 a,大约经历23个“丰-枯”转换期。
利用3种突变检验方法,对无定河径流变化进行反复检测比较,确定了在受人类活动显著影响下径流突变年份为1972年。基于径流突变前降水-径流的同期相关分析模型,重建1933~2012年无定河流域出口控制水位站80 a的天然径流变化序列。小波分析显示无定河径流变化过程存在多时间尺度特征,6个不同时间尺度的“丰-枯”演变平均周期分别为35.5、22.2、16.8、12.2、9.3、3.3 a,共同控制整个研究时段内径流周期特征,这种多尺度的周期变化反映无定河径流变化的复杂性。
就气候变化与人类活动对环境影响力度的界定,学界一直颇为重视,客观定量地评价二者对干旱-半干旱区河流水资源变化的影响,是中国水资源评价的基础工作。就本文对无定河径流突变前后径流减少量的分析,突变后平均减少3.55×108m3,若通过量化每年径流减少量,可从理论层面计算出人类活动（无定河流域的修建水库、打坝淤地等）对天然径流变化的影响程度。虽然此法还有待商榷,但在气候变化背景下持续探索,将对中国干旱-半干旱区水资源合理利用与可持续发展应对策略研究具有重要意义。
The authors have declared that no competing interests exist.
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中国西部流域水循环研究进展与展望 [J].
<p>由于中国西部水文循环的地区特性、生态系统的脆弱性和社会经济发展对水资源需求的增加，使得中国西部开发面临十分现实和严峻的水资源问题。从中国西部流域水循环的特点及存在的问题出发，探讨了中国西部流域水循环研究基础科学问题。同时，对21世纪中国西部流域水循环科学问题的研究进行了展望。核心的方面是：自然变化和人类活动影响的西北干旱地区水资源演变规律是什么？在西部生态环境建设中如何估算生态需水量？西北干旱地区的水资源究竟能够承载多大规模的社会经济发展需求？如何合理分配与调控水资源，最大限度地发挥其潜力，促进该地区社会经济的可持续发展？</p>
The progress and prospect of water cycle study in western china .
<p>由于中国西部水文循环的地区特性、生态系统的脆弱性和社会经济发展对水资源需求的增加，使得中国西部开发面临十分现实和严峻的水资源问题。从中国西部流域水循环的特点及存在的问题出发，探讨了中国西部流域水循环研究基础科学问题。同时，对21世纪中国西部流域水循环科学问题的研究进行了展望。核心的方面是：自然变化和人类活动影响的西北干旱地区水资源演变规律是什么？在西部生态环境建设中如何估算生态需水量？西北干旱地区的水资源究竟能够承载多大规模的社会经济发展需求？如何合理分配与调控水资源，最大限度地发挥其潜力，促进该地区社会经济的可持续发展？</p>
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Xiong Lihua et al.A macro-scale and semi-distributed monthly water balance model to predict climate change impacts in China [J].https://doi.org/10.1016/S0022-1694(02)00075-6 URL [本文引用: 1] 摘要
Climatic change has great implications for hydrological cycle and water resources planning. In order to assess this impact, a macro-scale and semi-distributed monthly water balance model was proposed and developed to simulate and predict the hydrological processes. GIS techniques were used as a tool to analyze topography, river networks, land-use, human activities, vegetation and soil characteristics. The model parameters were linked to these basin characteristics by regression and optimization methods. A parameterization scheme was developed and the model parameters were estimated for each grid element. Based on the different GCM and RCM outputs, the sensitivities of hydrology and water resources for China to global warming were studied. The proposed models are capable of producing both the magnitude and timing of runoff and water resources conditions. The semi-dry regions, such as Liaohe, Haihe, Ruanhe and Huaihe River basins in north China, The runoffs of these basins are small or even zero during dry season (from Oct. to May) and are very sensitive to temperature increase and rainfall decrease. While in the basins of the humid south China like Yangtze River basin, the runoffs are perennial and the base flow normally occupies a large portion of the total runoff volume. These humid basins are less vulnerable to climate change. Results of the study also indicated that runoff is more sensitive to variation in precipitation than to increase in temperature. Climate change challenges existing water resources management practices by additional uncertainty. Integrated water resources management will enhance the potential for adaptation to change.
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人类活动对水文序列的显著影响干扰点分析——以黄河中游无定河流域为例 [J].Jia Xi'an, Chen Jiangnan et al. Analysis on the transition point of hydrological series impacted by human activities—A case study of Wudinghe basin in the middle reaches of the Yellow River . |
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无定河年径流量变化特征及人为驱动力分析 [J].Magsci 摘要
<p>分析无定河年径流量1956—2000年时间序列变化特征及其对气候因子的敏感程度，以径流突变前的数据建立预测模型；对比分析径流量的实测值与模型输出值，其差值即人为影响程度。结果表明无定河年径流总量显著减少，径流量演变以1971年为突变点分为前后2个阶段；人为因素驱动力占总驱动力的份量显著上升，1997年达到最大值，为56.9％。可以认为在全球变化的气候背景下，人类活动因子是无定河径流演变的主要驱动因子。</p>
The analysis on the change characteristics and driving forces of wudinghe river runoff .Magsci 摘要
<p>分析无定河年径流量1956—2000年时间序列变化特征及其对气候因子的敏感程度，以径流突变前的数据建立预测模型；对比分析径流量的实测值与模型输出值，其差值即人为影响程度。结果表明无定河年径流总量显著减少，径流量演变以1971年为突变点分为前后2个阶段；人为因素驱动力占总驱动力的份量显著上升，1997年达到最大值，为56.9％。可以认为在全球变化的气候背景下，人类活动因子是无定河径流演变的主要驱动因子。</p>
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无定河流域产沙量变化的淤地坝效应分析 [J].https://doi.org/10.11821/yj2008040009 URL 摘要
无定河流域1971~1989年的年均流量、悬移质含沙量及输沙率比1954~1970年的明显变小,而月均水沙过程曲线也发生了明显变化。上述水沙过程的变化受到1970年以来人类活动的强烈影响,而淤地坝建设是主因。为探讨淤地坝的减沙效应,提出淤地坝有效减沙面积这一概念,并拟合了动态变化的淤地坝有效减沙面积与年份之间的关系,发现该关系曲线与无定河流域各年代产沙量的变化情况相符。自1990年以来无定河流域淤地坝有效减沙面积呈明显递减趋势,导致了自上世纪90年代以来该流域的产沙量出现增大现象。为了抑制该流域的产沙量,势必需要加大淤地坝建设的力度。如果想使该流域的产沙量逐渐减少,则至少要使流域内年淤地坝有效减沙面积逐年增加。
Analysis of dam effect on sediment yield in the Wudinghe River Basin .https://doi.org/10.11821/yj2008040009 URL 摘要
无定河流域1971~1989年的年均流量、悬移质含沙量及输沙率比1954~1970年的明显变小,而月均水沙过程曲线也发生了明显变化。上述水沙过程的变化受到1970年以来人类活动的强烈影响,而淤地坝建设是主因。为探讨淤地坝的减沙效应,提出淤地坝有效减沙面积这一概念,并拟合了动态变化的淤地坝有效减沙面积与年份之间的关系,发现该关系曲线与无定河流域各年代产沙量的变化情况相符。自1990年以来无定河流域淤地坝有效减沙面积呈明显递减趋势,导致了自上世纪90年代以来该流域的产沙量出现增大现象。为了抑制该流域的产沙量,势必需要加大淤地坝建设的力度。如果想使该流域的产沙量逐渐减少,则至少要使流域内年淤地坝有效减沙面积逐年增加。
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无定河流域1956~2009年径流量变化及其影响因素 [J].Du Jun et al. Annual runoff change and influencing factors in the wuding river basin in 1956-2009 . |
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空间内插方法比较 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2000.03.004 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>空间内插可以分为几何方法、统计方法、空间统计方法、函数方法、随机模拟方法、物理模型模拟方法和综合方法。介绍了每一种方法的适用范围、算法和优缺点。指出没有绝对最优的空间内插方法,必须对数据进行空间探索分析,根据数据的特点,选择最优方法;同时,应对内插结果做严格的检验。开发通用空间内插软件、智能化内插以及加强相关基础研究将是空间内插研究的重点。</p>
Comparison of spatial interpolation methods .https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2000.03.004 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>空间内插可以分为几何方法、统计方法、空间统计方法、函数方法、随机模拟方法、物理模型模拟方法和综合方法。介绍了每一种方法的适用范围、算法和优缺点。指出没有绝对最优的空间内插方法,必须对数据进行空间探索分析,根据数据的特点,选择最优方法;同时,应对内插结果做严格的检验。开发通用空间内插软件、智能化内插以及加强相关基础研究将是空间内插研究的重点。</p>
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基于地统计学方法的降水空间插值研究 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0852.2010.01.003 URL [本文引用: 1] 摘要
为了实现离散降水数据到连续降水数据的插值,以内蒙古自治区多年 (1950～2000年)平均降水量为例,讨论了不同空间插值方法的优劣,发现基于地统计方法的Kriging插值具有最佳的插值效果.进一步对比 Ordinary Kriging和CoKriging插值方法的4种不同的半变异函数模型,结果表明利用指数半变异函数的CiKriging插值方法具有最小的预测误差. 地统计方法对于预测降水具有重要的价值,而不同的地区具有各自适合的模型,理解该方法的数学原理和操作过程,对相关研究具有借鉴意义.
Study on Precipitation Interpolation Based on the Geostatistical Analyst Method .https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0852.2010.01.003 URL [本文引用: 1] 摘要
为了实现离散降水数据到连续降水数据的插值,以内蒙古自治区多年 (1950～2000年)平均降水量为例,讨论了不同空间插值方法的优劣,发现基于地统计方法的Kriging插值具有最佳的插值效果.进一步对比 Ordinary Kriging和CoKriging插值方法的4种不同的半变异函数模型,结果表明利用指数半变异函数的CiKriging插值方法具有最小的预测误差. 地统计方法对于预测降水具有重要的价值,而不同的地区具有各自适合的模型,理解该方法的数学原理和操作过程,对相关研究具有借鉴意义.
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黄河流域代表水文站径流和降水量变化的初步分析 .https://doi.org/10.3969/j.issn.1009-0827.2003.02.009 URL [本文引用: 1] 摘要
通过对 1995～ 1990年共 36a黄河上游和中游两个代表站径流量和区域降水量资料的季节和年际变化趋势的分析 ,初步揭示了黄河不同流域降水量和径流量之间的关系 ,发现虽然黄河上游区域平均降水量距平的变化在夏季和秋季呈下降趋势 ,但代表黄河上游的兰州水文站径流量在夏季和秋季却呈现出明显的上升变化趋势 ,而黄河中游区域平均降水量距平的变化在夏季和秋季呈下降趋势 ,代表黄河中游的花园口水文站径流量在夏季和秋季也呈现出明显的下降变化趋势。因此 ,在比较长时间的气候趋势上 ,黄河中游地区径流量异常与降水量异常变化趋势是一致的 ,降水量异常是影响径流量异常的主要因子。而在黄河上游地区径流量异常与降水量异常变化趋势并不一致 ,降水量减少的同时径流量却增加 ,这可能与伴随着降水量减少的全球增暖所引起的高原冰川和积雪融化等因素有关。因此 ,影响黄河上游径流量的因素除了降水等自然因子外 ,其它因子诸如上游的径流量、人类活动、全球增暖等也同样会影响黄河上游的径流量
Analysis of runoff and precipitation at representative hydrographic stations along the Yellow River .https://doi.org/10.3969/j.issn.1009-0827.2003.02.009 URL [本文引用: 1] 摘要
通过对 1995～ 1990年共 36a黄河上游和中游两个代表站径流量和区域降水量资料的季节和年际变化趋势的分析 ,初步揭示了黄河不同流域降水量和径流量之间的关系 ,发现虽然黄河上游区域平均降水量距平的变化在夏季和秋季呈下降趋势 ,但代表黄河上游的兰州水文站径流量在夏季和秋季却呈现出明显的上升变化趋势 ,而黄河中游区域平均降水量距平的变化在夏季和秋季呈下降趋势 ,代表黄河中游的花园口水文站径流量在夏季和秋季也呈现出明显的下降变化趋势。因此 ,在比较长时间的气候趋势上 ,黄河中游地区径流量异常与降水量异常变化趋势是一致的 ,降水量异常是影响径流量异常的主要因子。而在黄河上游地区径流量异常与降水量异常变化趋势并不一致 ,降水量减少的同时径流量却增加 ,这可能与伴随着降水量减少的全球增暖所引起的高原冰川和积雪融化等因素有关。因此 ,影响黄河上游径流量的因素除了降水等自然因子外 ,其它因子诸如上游的径流量、人类活动、全球增暖等也同样会影响黄河上游的径流量
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1960~1997年新疆北部降水序列的趋势探测 [J].Trend Analysis of Precipitation over Northern Xinjiang for the Period 1961-1997 . |
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1965~2005年泾河流域极端温度事件变化特征 [J].Trends of Extreme Temperature Events in Jinghe Watershed During 1965-2005 . |
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小波分析在水文学中的应用研究及展望 [J].
扼要介绍了20世纪80年代初发展起来的,被誉为数学“显微镜”的信号分析新方法——小波分析。在此基础上,综述了小波分析在水文水资源系统中的应用研究现状。展望了小波分析在该领域的未来研究趋势和发展方向。将小波分析引入水科学,不但拓宽了应用范围,而且推动了小波理论本身的发展。
Application and prospect of wavelet analysis in hydrology .
扼要介绍了20世纪80年代初发展起来的,被誉为数学“显微镜”的信号分析新方法——小波分析。在此基础上,综述了小波分析在水文水资源系统中的应用研究现状。展望了小波分析在该领域的未来研究趋势和发展方向。将小波分析引入水科学,不但拓宽了应用范围,而且推动了小波理论本身的发展。
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黄河流域降水序列变化的小波分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0479-8023.2006.04.014 URL 摘要
采用1961-2000年黄河流域97个气象站点的系列资料,在 分析黄河流域降水空间变化格局的基础上,采用墨西哥帽小波函数,对黄河流域近40 a来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了黄河流域降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变 点,并确定了各序列中存在的主要周期.结果表明:黄河流域多年平均降水量的地区分布既受天气系统的制约,又受地形等地理环境的影响,造成明显的地区性差 异;黄河流域年降水和各季节降水均存在8～12 a左右时间尺度的多少交替,表现出明显的周期特征,其次4～6 a左右时间尺度的周期特征也较明显,夏季降水和年降水变化趋势具有较大相似性,不同时间尺度的周期特征之间有不同程度的吻合,说明夏季降水较大程度地控制 着年降水.小波分析的时频局部化特性可展现降水时间序列的精细结构,为分析气候多时间尺度变化特征及短期气候预测等节水关键问题研究提供了一种新途径.
Wavelet analysis of rainfall variation in the Yellow River basin .https://doi.org/10.3321/j.issn:0479-8023.2006.04.014 URL 摘要
采用1961-2000年黄河流域97个气象站点的系列资料,在 分析黄河流域降水空间变化格局的基础上,采用墨西哥帽小波函数,对黄河流域近40 a来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了黄河流域降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变 点,并确定了各序列中存在的主要周期.结果表明:黄河流域多年平均降水量的地区分布既受天气系统的制约,又受地形等地理环境的影响,造成明显的地区性差 异;黄河流域年降水和各季节降水均存在8～12 a左右时间尺度的多少交替,表现出明显的周期特征,其次4～6 a左右时间尺度的周期特征也较明显,夏季降水和年降水变化趋势具有较大相似性,不同时间尺度的周期特征之间有不同程度的吻合,说明夏季降水较大程度地控制 着年降水.小波分析的时频局部化特性可展现降水时间序列的精细结构,为分析气候多时间尺度变化特征及短期气候预测等节水关键问题研究提供了一种新途径.
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黑河流域近60 年来径流量变化及影响因素 [J].Magsci 摘要
基于莺落峡、正义峡水文站径流量数据及相关气候资料,借助小波分析、小波神经网络模型和GIS空间分析方法,研究黑河干流径流量变化周期、突变、趋势及原因。结果显示:1944~2005年莺落峡年均径流量变化长周期约7和25年,变化总体呈增加趋势,增加率约1.04m<sup>3</sup>/(s·10a);1954~2000年正义峡年均径流量变化长周期约6和27年,变化总体呈减少趋势,减少率约2.65m<sup>3</sup>/(s·10a);2006~2015年莺落峡年均径流量呈增加趋势,增加率约2.04m<sup>3</sup>/(s·10a);莺落峡径流量的增加主要与黑河流域上游气候向暖湿型转化有关,而正义峡径流量的减少与中游水资源利用量的迅速增加有关。
Characteristics and Tendencies of Annual Runoff Variations in the Heihe River Basin During the Past 60 years .Magsci 摘要
基于莺落峡、正义峡水文站径流量数据及相关气候资料,借助小波分析、小波神经网络模型和GIS空间分析方法,研究黑河干流径流量变化周期、突变、趋势及原因。结果显示:1944~2005年莺落峡年均径流量变化长周期约7和25年,变化总体呈增加趋势,增加率约1.04m<sup>3</sup>/(s·10a);1954~2000年正义峡年均径流量变化长周期约6和27年,变化总体呈减少趋势,减少率约2.65m<sup>3</sup>/(s·10a);2006~2015年莺落峡年均径流量呈增加趋势,增加率约2.04m<sup>3</sup>/(s·10a);莺落峡径流量的增加主要与黑河流域上游气候向暖湿型转化有关,而正义峡径流量的减少与中游水资源利用量的迅速增加有关。
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基于小波分析的长江和黄河源区汛期、枯水期径流特征 [J].URL 摘要
利用db3小波分解和重构1965~2007年长江源沱沱河站、直门达站和黄河源吉迈站、唐乃亥站春汛期、夏汛期和枯水期流量数据,除沱沱河外,各站春汛期、夏汛期和枯水期流量皆呈下降趋势,各站流量下降速率依次为夏汛期>春汛期>枯水期。沱沱河站多年流量呈增加趋势,夏汛期变化速率依然高于春汛期。应用复Morlet小波分别分析上述4个水文站实测流量的周期特征。黄河源总体存在11~12a波动周期;长江源春汛期有4~6a波动周期,夏汛期有13~14a波动周期。不同流域春汛期、夏汛期和枯水期主周期分布规律不同。
Liu Jiyuan et al. Runoff Characteristic in Flood and Dry Seasons in Source Regions of Changjiang River and Huanghe River Based on Wavelet Analysis .URL 摘要
利用db3小波分解和重构1965~2007年长江源沱沱河站、直门达站和黄河源吉迈站、唐乃亥站春汛期、夏汛期和枯水期流量数据,除沱沱河外,各站春汛期、夏汛期和枯水期流量皆呈下降趋势,各站流量下降速率依次为夏汛期>春汛期>枯水期。沱沱河站多年流量呈增加趋势,夏汛期变化速率依然高于春汛期。应用复Morlet小波分别分析上述4个水文站实测流量的周期特征。黄河源总体存在11~12a波动周期;长江源春汛期有4~6a波动周期,夏汛期有13~14a波动周期。不同流域春汛期、夏汛期和枯水期主周期分布规律不同。
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泾河流域近50年来的径流时空变化与驱动力分析 [J].
利用近50 a的实测数据,分析了泾河流域的径流时空变化规律和主要驱动因子。研究表明:年降水量和径流深的空间分布均呈现从南到北的明显减少趋势,并在上游山区出现 高值区。流域径流总量自20世纪60年代到21世纪初显著减少,由50.1 mm减到22.3 mm,但各区域的变化很不均匀,其中西部、西南和东南的子流域径流大量减少,可达17.5 mm/10 a;北部和东北则减少不明显,最大减少率仅为1.3 mm/10 a。降水量变化曾是径流减少的重要原因,但20世纪90年代后实施的退耕还林等生态工程在2000年后已经成为引起径流减少的最主要原因。
Yu Pengtao et al. Spatio-temporal Variance of Annaul Runoff in Jinghe River Basin of Northwest China in Past 50 Years and Its Main Causes .
利用近50 a的实测数据,分析了泾河流域的径流时空变化规律和主要驱动因子。研究表明:年降水量和径流深的空间分布均呈现从南到北的明显减少趋势,并在上游山区出现 高值区。流域径流总量自20世纪60年代到21世纪初显著减少,由50.1 mm减到22.3 mm,但各区域的变化很不均匀,其中西部、西南和东南的子流域径流大量减少,可达17.5 mm/10 a;北部和东北则减少不明显,最大减少率仅为1.3 mm/10 a。降水量变化曾是径流减少的重要原因,但20世纪90年代后实施的退耕还林等生态工程在2000年后已经成为引起径流减少的最主要原因。
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红柳河芦河流域坝库群建设运用情况调查 [J].
正 红柳河是无定河上源,发源于陕西吴旗县白于山北麓。芦河为其支河,于横山县境汇入无定河。芦河口以下41公里处设有赵石窑水文站,该站控制面积15325 平方公里,占无定河总面积50.69%。年水量6.7亿立米,年输沙量0.65亿吨,分别占无定河水、沙量的42%和24.6%。流域内有三个侵蚀类型 区。河源区:面积2248平方公里,占赵石窑总面积14.7%,以
Dam construction of long-term use case investigation in HongLiu & Luhe river-basin .
正 红柳河是无定河上源,发源于陕西吴旗县白于山北麓。芦河为其支河,于横山县境汇入无定河。芦河口以下41公里处设有赵石窑水文站,该站控制面积15325 平方公里,占无定河总面积50.69%。年水量6.7亿立米,年输沙量0.65亿吨,分别占无定河水、沙量的42%和24.6%。流域内有三个侵蚀类型 区。河源区:面积2248平方公里,占赵石窑总面积14.7%,以
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无定河流域淤地坝调查 [J].
正 一、淤地坝的发展概况 打坝淤地在无定河流域有较久的历史。清涧县高杰公社辛关大队,在160多年以前就有打坝淤地的经验;子洲县岔巴沟和米脂县马家铺也有50年以上的坝地。但 在全流域广泛开展打坝淤地则是始于解放以后。目前无定河流域共建成淤地坝9096座,可淤坝地30多万亩,已淤19.87万亩。其中丘陵沟壑区15.81 万亩,占79.5%;河源区2.08万亩,占10.47%;风沙区1.98万亩,占9.96%。 根据调查统计,无定河流域目前坝地面
Investigations on silt-arresters in Wuding River Valley .
正 一、淤地坝的发展概况 打坝淤地在无定河流域有较久的历史。清涧县高杰公社辛关大队,在160多年以前就有打坝淤地的经验;子洲县岔巴沟和米脂县马家铺也有50年以上的坝地。但 在全流域广泛开展打坝淤地则是始于解放以后。目前无定河流域共建成淤地坝9096座,可淤坝地30多万亩,已淤19.87万亩。其中丘陵沟壑区15.81 万亩,占79.5%;河源区2.08万亩,占10.47%;风沙区1.98万亩,占9.96%。 根据调查统计,无定河流域目前坝地面
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水土保持措施对流域泥沙输移比的影响 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-6791.2004.01.006 URL [本文引用: 1] 摘要
以黄土高原无定河流域为例研究了水土保持措施对流域泥沙输移比的影响.水土保持措施极大地改 变了流域泥沙的侵蚀、输移和堆积过程,因而改变了流域的泥沙收支关系.在天然状况下,无定河流域的泥沙输移比接近1.0.20世纪60年代后流域内大规模 地展开水土保持工作以来,泥沙输移比急剧下降为0.2～0.4.泥沙输移比的变化,主要是由于流域内人为沉积汇的形成所致.这种人为沉积汇表现为水库、淤 地坝的拦沙作用,导致了泥沙输移比大幅度减小.在目前状况下,人工沉积汇的拦沙作用相当于坡面措施减蚀作用的2.4～6.3倍,表明坡面治理措施的有效性 尚有待提高,并亟待在生态环境建设中予以加强.
Effect of erosion control measures on sediment delivery ratio .https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-6791.2004.01.006 URL [本文引用: 1] 摘要
以黄土高原无定河流域为例研究了水土保持措施对流域泥沙输移比的影响.水土保持措施极大地改 变了流域泥沙的侵蚀、输移和堆积过程,因而改变了流域的泥沙收支关系.在天然状况下,无定河流域的泥沙输移比接近1.0.20世纪60年代后流域内大规模 地展开水土保持工作以来,泥沙输移比急剧下降为0.2～0.4.泥沙输移比的变化,主要是由于流域内人为沉积汇的形成所致.这种人为沉积汇表现为水库、淤 地坝的拦沙作用,导致了泥沙输移比大幅度减小.在目前状况下,人工沉积汇的拦沙作用相当于坡面措施减蚀作用的2.4～6.3倍,表明坡面治理措施的有效性 尚有待提高,并亟待在生态环境建设中予以加强.
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20世纪70年代淤地坝水毁灾害原因分析 [J].
20世纪70年代,黄河中游地区连降几次较大暴雨,该地区的淤地坝均遭到不同程度的水毁破坏.学术界因此也对淤地坝建设出现了一些不同的看法,甚至是偏见.在大量调查水毁实例,客观分析灾害原因,总结经验教训的基础上,提出了今后淤地坝建设在防治洪水灾害方面应注意的问题.
The analysis of the causes of disasters on silt-arresters in 1970s .
20世纪70年代,黄河中游地区连降几次较大暴雨,该地区的淤地坝均遭到不同程度的水毁破坏.学术界因此也对淤地坝建设出现了一些不同的看法,甚至是偏见.在大量调查水毁实例,客观分析灾害原因,总结经验教训的基础上,提出了今后淤地坝建设在防治洪水灾害方面应注意的问题.
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